比特币挖矿全解析

在比特币的世界里，\"挖矿\"是一种特殊的工作方式，它负责创造新区块并确认交易。在本文中，我们将深入探讨矿工如何通过破解挖矿任务与挖矿节点合作，验证区块，最终向全网广播新区块的过程。了解这些内容后，你就能全面掌握比特币挖矿的基本知识。

当挖矿节点准备好预备区块之后，会将其区块头数据发送给矿工。矿工们会不断尝试递增区块头中的随机数，然后根据比特币协议的规定，利用SHA256算法计算区块头的哈希值。一旦区块头的哈希值超过目标哈希，他们便会继续调整随机数，直至找到一个使区块头哈希值低于或等于目标哈希的随机数（若发现新区块已被其他节点挖出，则放弃原有任务，构建新预备区块并重新开始挖矿）。

当矿工找到正确的随机数时，他们会迅速将挖矿结果报告给挖矿节点。接收到信息后，挖矿节点会根据矿工提供的信息重组区块并进行验证。验证无误后，挖矿节点会在本地数据库中保存新区块，并将其添加到本地区的区块链中。

区块验证主要包括以下几个步骤:

检查区块头是否合法（区块头哈希值≤TargetHash）；

核对区块头的Merkleroot哈希与区块中交易数据的MerkleRoot哈希是否一致（确保交易未被篡改）；

确认交易数据中的第一笔交易为Coinbase交易；

确保区块中每一笔交易均合法。

当新区块在本地存储成功后，挖矿节点会立即向比特币网络广播其挖矿成果。通常情况下，先广播新区块的区块头。其他节点在收到广播后，会首先验证区块头信息。通过验证后，它们会在本地的区块索引库中创建新区块的索引，并在接收到新区块的完整信息后，进一步验证交易信息和区块头的MerkleRoot哈希。一旦验证成功，新区块将被记录在这些节点的区块链上，宣告新区块的广播和验证过程结束。随后，这些节点将开始挖掘下一个新区块。

尽管任何人都可以建立自己的比特币挖矿节点，参与到挖矿的竞争中去，但是随着挖矿难度的提高，单个矿工想要通过主流矿机甚至是手动验证区块头哈希来获得记账权的可能性微乎其微。因此，矿池应运而生，让大量矿工将自己的矿机连接起来，共享挖矿任务，从而缩短找到新区块的时间，增加收入。矿池会根据每个矿工在挖矿过程中的贡献情况进行收益分配，使得矿工能够即时获取挖矿收益，进行回本或再投资。

矿池与矿工之间的合作仍然遵循上述流程。矿机通过网络向矿池申请挖矿任务，矿池会向矿机发送包含区块头等数据的挖矿任务。矿机会修改区块头的随机数，并验证区块哈希。当找到符合挖矿任务TargetHash要求的随机数时，矿机会按照挖矿协议的格式向矿池提交挖矿结果。矿池根据矿工提交的结果计算其收益。

值得注意的是，如果矿池向矿机发送的挖矿任务中的TargetHash是此时比特币网络的TargetHash，那么矿机几乎不可能找到符合条件的随机数，因此无法提交有效的挖矿结果。为此，矿池会向矿机发送挖矿任务时，加入一个初始挖矿难度参数，该参数远低于比特币网络的整体挖矿难度，对应的TargetHash更大。这样一来，矿机可以在相对较短的时间内找到满足要求的随机数，向矿池提交更多的挖矿结果。

当我们讨论挖矿时，常常会遇到\"算力\"这个词。实际上，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，会不断地递增区块头的随机数，并对区块头的哈希值进行验证。因此，衡量矿机性能的一个重要指标便是\"算力\"。

现在，常见的比特币矿机算力单位是TH/s，表示每秒可验证1T次哈希，1T=1×10G=1×10^6M=1×10^9K=1×10^12次。

对于有经验的矿工来说，他们可能会注意到矿机本地显示的算力与矿池显示的算力之间存在差异。原因在于，矿机本地显示的算力只是反映了矿机验证哈希速度的能力，与矿机是否能找到满足挖矿任务要求的随机数无关。然而，矿机在矿池中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，长时间没有找到符合要求的随机数，那么它在矿池中的算力将会下降。

不过，随着时间的推移，运气对矿机破解挖矿任务的影响会逐渐减小，矿机在矿池中的长期平均算力与矿机本地算力的差距也会越来越小。

了解了以上内容后，你一定对比特币挖矿有了更深刻的理解。如果你还有其他关于挖矿方面的问题，欢迎关注我们的微信公众号\"闲话挖矿\"，我们会定期分享最新的挖矿资讯和专业知识。

注：文中提及的几个概念

区块高度：又称为Block Height，其实质是一个区块在区块链中的顺序号，即区块链中位于此区块之前的区块数量。区块链的第一个区块被称为创世区块，区块高度为0，第二区块的区块高度为1，第三区块的区块高度为2，依此类推。区块链中区块的总数等于最新区块的区块高度加1。

PoW：全称为Proof of Work，中文名为工作量证明。这是比特币网络采用的一种解决新区块确权问题的方法。在比特币网络中，所有人都可以参与新区块的生成工作，而PoW机制规定，谁能在最短时间内找到一个区块头哈希值低于比特币网络指定的目标哈希值的预备新区块，谁就有权记录正式新区块。

记账权：比特币的区块链本质上是一个链式的大型账本，其中的每一个区块都是一个账本，记录着发生在区块链上的比特币交易信息。因此，我们可以说，创建新区块的过程就像是记账的过程。而记账权，则意味着在比特币区块链上记录交易账本的权利，也就是拥有创建正式新区块的权利。

参考文献：

挖矿的实现

Block Height

工作量证明