什么是加密货币挖矿或加密挖矿？其运作原理是什么？

关键要点

• 加密货币挖矿是区块链交易排序与验证流程的关键环节，同时负责生成新的加密货币单位。

• 尽管矿工的作业需消耗大量运算资源，但正因如此，区块链网络才能保持安全。

• 矿工会整理并收集待处理交易打包成区块后广播至网络，若验证节点通过该区块，矿工即可获得区块奖励。

• 加密货币挖矿的获利性取决于硬体效率、电力成本、市场波动与区块链协议变更等多项因素。

什么是加密货币挖矿？

加密货币挖矿是一种为比特币（BTC）等加密资产提供安全性的过程。挖矿就是将交易验证并写入区块链公开账本的机制，也是比特币实现去中心化网络的核心环节之一。

挖矿操作还负责将新币加入已存在的流通中。要创造新的加密货币单位，矿工会动用算力来解答密码学谜题，第一个解出谜题的矿工可将新区块写入区块链并同步广播至全网。

加密货币挖矿的运作机制

简要流程

1. 交易打包进区块。 当用户进行加密货币收发时，未确认的交易会被打包进待确认的“区块”。

2. 矿工解答谜题。 矿工透过计算机反复尝试寻找特殊数字（nonce），使得结合区块数据后产生的输出低于目标值。

3. 写入区块链。 首位解出谜题的矿工可将区块写入区块链，其他矿工会验证该区块的有效性。

4. 获得奖励。 获胜矿工可获得奖励，包括新生成的加密货币以及该区块的交易手续费。

详细流程

区块链每有新交易产生，这些交易会汇入一个称为 memory pool（内存池）的池中。验证节点负责查验交易有效性。矿工的职责是从内存池中收集这些交易并将其整理成区块。

区块类似于区块链账本中的一页，记录多笔交易。挖矿节点会从 memory pool 汇集未确认交易并组装为候选区块。

接着，矿工会尝试将候选区块转换为已确认区块，必须解出复杂数学题目且需消耗大量算力。每挖出一个区块，矿工可获得区块奖励，包括新发行的加密货币及交易手续费。

步骤 1：交易哈希运算

挖矿第一步是从内存池挑选待处理交易，逐笔通过哈希函数处理。每段数据经哈希函数后会生成固定长度的哈希输出。

矿工还会加入一笔 coinbase 交易，把区块奖励发放给自己，这笔交易即为新币的生成方式。

步骤 2：建立 Merkle 树

对每笔交易进行哈希后，哈希值会被组织成 Merkle 树结构。Merkle 树是将交易哈希两两配对再进行哈希，重复直到只剩下一个哈希值。

新生成的哈希输出继续成对组合、反复哈希，最后得到唯一的根哈希（root hash）。

步骤 3：寻找有效区块头（区块哈希）

区块头是每个区块的唯一识别标志。矿工在创建新区块时，会将前一区块的哈希和当前候选区块的根哈希结合，再加入 nonce，生成新区块哈希。

矿工需反复尝试不同的 nonce，将根哈希、前一区块哈希与 nonce 一起输入哈希函数，直到输出值低于协议规定目标，才能视为有效。

步骤 4：广播已挖出区块

矿工会不断变更 nonce，对区块头进行多次哈希，直到挖出有效区块哈希。一旦找到有效哈希便向全网广播，所有验证节点会核查区块有效性，若通过则将新块同步到各自区块链账本。

如果两笔区块同时被挖出会发生什么事？

有时两名矿工会同时广播有效区块，导致网络暂时出现两个竞争区块。矿工会根据最先收到的区块继续挖下一区块，网络会暂时分裂为两条链。

竞争会持续到下一个区块被挖在其中一条链上，率先接到新区块的链即为主链，未被采纳的区块则称为孤块。

什么是 挖矿难度？

区块链协议会定期调整挖矿难度，以维持新区块产生速率恒定，确保新币发行速率可预测。难度根据全网算力动态调整。

每有新矿工加入、竞争加剧，哈希难度就提升；反之矿工离场，哈希难度降低。如此维持全网平均出块时间稳定，无论算力总量如何变化。

加密货币挖矿类型

CPU 挖矿

CPU 挖矿是指利用计算机中央处理器（CPU）进行 Proof of Work 所需哈希计算。比特币早期挖矿成本低、门槛也较低。

随着 BTC 挖矿参与者增多、全网哈希率上升，CPU 挖矿难以获利，如今几乎不可行。

GPU 挖矿

图形处理器（GPU）专为并行处理大量任务而设计，虽常见于游戏和图像渲染，也能用于挖矿。

GPU 成本较低且灵活度高，相较 ASIC 更适合挖掘部分山寨币。

ASIC 挖矿

专用集成电路（ASIC）为单一目标设计，在加密领域即专用于挖矿的硬体。ASIC 挖矿效率最高、但价格也最昂贵。

ASIC 矿机代表挖矿技术顶尖水准，单机成本远高于 CPU 或 GPU。ASIC 挖矿虽成本高，却最有效率，适合规模化挖矿以追求盈利。

矿池挖矿

区块奖励只分配给首位挖出区块者，单打独斗的矿工几乎无缘奖励。矿池则是矿工整合算力、提升获奖机率的方案。

矿池成员共享算力，挖到区块后按各自算力占比分配奖励。

矿池可降低个人在设备与电价上的压力，但其主导地位亦引发中心化疑虑。

云端挖矿

云端挖矿是租用云服务商算力而非自购设备，入门门槛低，但易遭遇诈骗或低获利等风险。

比特币挖矿是什么？怎么运作？

比特币是最具代表性且成熟的可挖矿加密货币，采用 PoW（Proof of Work）共识机制。

PoW 由中本聪提出，是区块链最早的共识机制。PoW 让区块链网络所有分布式参与者无需第三方中介即可达成共识。

在 PoW 网络中，矿工负责为未确认交易排序、打包进区块，并以专业硬体竞速解谜，第一个解出谜题者可将区块广播至链上，经验证节点通过后获得区块奖励。

比特币区块链目前每一块奖励为 3.125 BTC。因比特币减半机制，每 210,000 区块（约四年一次）区块奖励减半。

加密货币挖矿还有获利空间吗？

加密货币挖矿可能带来收益，但需完善评估、风险控管与研究。挖矿也涉及硬体投资、币价波动及协议变更等风险。

挖矿获利关键在于多种因素，包括币价变动。币价上涨时，挖矿奖励的法币价值随之提升。

硬体效率亦极关键。挖矿设备昂贵，需衡量投资与潜在回报。电力成本若过高，也可能抵消收益。

挖矿设备淘汰快，需频繁升级。协议重大变动也可能冲击挖矿收益。例如以太坊 2022 年 9 月由 PoW 转为 Proof of Stake，原本的挖矿机制已不适用。

结论

加密货币挖矿是比特币与其他 PoW 区块链不可或缺的环节，既守护网络安全，也确保新币发行稳定。

挖矿有其优劣势。最显著优点是区块奖励带来的潜在收益，但实际获利还受电价、市场行情等多因素影响。

常见问题

PoW 挖矿和 PoS 挖矿有何差异？

PoW 需大量计算解谜，PoS 则依据持币数量验证交易。PoS 能耗更低，适用门槛更广。

挖矿启动资金及主要成本为何？

初期投入视币种而定。比特币挖矿需数百万美元 ASIC 硬体及电费，主要支出为专业硬体、供电与维护。小规模投资可用 GPU 挖山寨币。

挖矿获利需配备哪些设备与软体？

需专业 ASIC 矿机、CGMiner 或 BFGMiner 等软体、低廉电力与稳定网路。ASIC 在效率与收益远优于 GPU。

现阶段挖矿还有利润吗？主要风险为何？

挖矿利润受电力、硬体成本及行情波动影响。风险包括币价波动、政策变动与竞争加剧。至 2026 年，采用再生能源高效运营依然具竞争力。

矿池奖励如何分配？

奖励按矿工贡献算力比例分配，以有效份额计算。贡献越大，分得的奖励越多。