《浅析比特币挖矿科普》

经过前文的知识铺垫，相信读者朋友们已经对比特币的交易和区块产生有所了解。然而，“挖矿”这一概念与它们之间有何关联呢？本文将为您揭晓答案。

在比特币网络中，无数个挖矿节点和矿工协作生成新区块。若多个节点同时创建同一高度的区块，系统该如何判断哪个合法？这就引入了PoW（Proof of Work）共识机制。通过挖矿竞赛，争取新区块的记账权。只要赢得了记账权，所创造的新区块便是合法的。因此，挖矿的目标在于争夺记账权并确认新区块和交易。矿工与挖矿节点又是如何协同工作的呢？

挖矿节点创建预备区块后，将其区块头数据发给矿工。矿工收到挖矿任务后，将递增区块头中的随机数。每次调整后，矿工会根据比特币协议的规定，采用SHA256算法计算区块头的哈希值。如哈希值大于目标哈希，则需继续调整随机数，直至哈希值小于或等于目标哈希（或挖矿节点发现新区块已被其他节点挖掘出来，便会放弃原有任务，构建新的预备区块，并重启挖矿进程）。

一旦矿工找到能使预备区块头哈希值小于目标哈希的随机数，会立即向挖矿节点报告挖矿成果。挖矿节点接收信息后，会根据矿工提供的信息重组区块并进行验证。验证无误后，节点将新区块存储至本地数据库，并将其加入本地区块链中。

挖矿节点在本地保存新区块后，会立即将其广播到比特币网络。通常会优先广播新区块的区块头。其他节点收到广播后，会先验证区块头信息，验证成功后会在本地区块索引库中创建新区块的索引。在收到新区块的完整信息后，节点会验证交易信息和区块头的MerkleRoot哈希，验证通过后，节点将会把这些交易信息输入新区块，并延长自身的区块链。至此，新区块的广播和验证完毕，挖矿节点可开始挖掘新的区块。

虽然理论上任何人都可以自建比特币挖矿节点，参与到挖矿行列中，甚至是手工验证区块头哈希以破解挖矿任务，争夺记账权。然而，正如上一篇文章所述，当前的挖矿难度使得即使使用主流矿机，也需要花费约42年的理论时间才能找到符合比特币网络要求的新区块。而对于普通电脑或手动计算来说，这个时间更是高达几百万年之久。

因此，单打独斗的普通矿工经济效益较低，很可能在设备报废之前都无法获得回报。于是矿池应运而生，大量矿工将自己的矿机接入矿池，从矿池的挖矿节点获取挖矿任务，共同挖掘新区块。这样一来，就能在较短的时间内找到新区块，获取区块奖励。矿池会根据矿工在挖矿过程中所作出的贡献程度，公平地分配挖矿收益，使所有矿工都能实时获取收益，以便回本或再次投资。

在矿池和矿工合作的过程中，矿池会给矿工提供一个初始挖矿难度，这个难度远小于比特币网络的整体挖矿难度，对应的TargetHash也要大得多。在这种难度下，矿机能在相对较短的时间内找到符合要求的随机数，向矿池提交更多的挖矿结果。这样，矿机能够更好地发挥出自身的优势，提高效率，从而带来更高的经济收益。

另外，虽然算力这个词经常出现在比特币挖矿的相关讨论中，但实际上很多人并不清楚它的具体含义。算力是指矿工验证区块头哈希值的速度。矿机在获得挖矿任务后，会根据任务的内容递增区块头的随机数，每次调整都需要验证一次区块头的哈希值。因此，验证区块头哈希值速度的快慢，就成了衡量矿机性能的关键指标。目前，常规比特币矿机的算力单位为TH/s，这意味着每秒钟可以验证1T次哈希。

需要注意的是，矿机本地显示的算力与矿池显示的算力可能会有所不同。矿机本地的算力是指矿机验证哈希的速度，与矿机性能密切相关。而矿池显示的算力则是基于矿机实际提交的挖矿结果计算得出的。如果矿机运气不佳，长时间无法找到符合要求的随机数，便无法向矿池提交挖矿结果，矿机在矿池的算力也会随之下降。但是，随着时间的推移，运气对于矿机破解挖矿任务的影响会逐渐减弱，矿机长期的矿池平均算力与矿机本地算力之间的差距也会变得越来越小。

本文详细阐述了比特币挖矿的基本原理和方法，希望读者们能从中对挖矿有一个清晰的认识。如果您想了解更多关于挖矿方面的知识，欢迎关注我们的微信公众号“闲话挖矿”，在这里您不仅能了解到最新的挖矿资讯，还能与我们一起深入探讨挖矿相关的话题。

注解:

区块高度: 又称为Block Height，是区块在区块链中的位置编号。区块链的第一个区块被称为创世区块，区块高度为0，第二区块的高度为1，第三区块的高度为2，依此类推。区块链中的区块总数等于最新区块的区块高度加1。

PoW: 全称Proof of Work，中文名为工作量证明。是一种比特币网络用来解决新区块确权问题的方法。在网络中，任何人都可以参与到新区块的创建工作中，PoW机制规定，谁能以最快的速度找到一个区块头哈希值小于比特币网络指定的TargetHash的预备新区块，谁就有权利成为新区块的正式记账者。

记账权: 比特币的区块链本质上是一个链式的账本，链上的每个区块都是一本账本，记录着区块链上的比特币交易信息。因此，我们可以将创建新区块的过程视为记账的过程。记账权，顾名思义，即记录交易账本的权利，也就是在比特币区块链上创建新区块的权利。

参考文献:

《挖矿的实现》

《Block Height》

《工作量证明》