比特币与挖矿的关系及挖矿原理分析

说明

如果你想学习区块链，比特币系统是我们肯定要面对的第一个大知识模块。为什么会这样？在昨天的分享中，我们已经提到比特币是区块链的前身实现，而区块链是比特币的后期提炼。两者的逻辑关系，决定了比特币是一个不可回避的家伙；如果每个人都是当你第一次接触比特币的时候，当你想和别人交流的时候，你面临的第一个概念可能就是挖矿。

那么问题来了？挖矿是什么意思？挖矿和比特币有什么关系？挖矿原理是什么？还有很多。在学习区块链的过程中，这些问题一直困扰着我。现在，让我们一一来看看。

我们先从比特币和挖矿的关系说起；

在我开始这个话题之前，让我问一个问题：你有没有想过为什么每个区块链系统都会发行自己的数字货币？也就是前段时间的ICO热潮；这就涉及到区块链的基础作用，就是实现社会价值在区块链上的自由流通（类似于互联网的基础作用：实现信息的自由流通）；比如我可以开发车用车链，房子用房链，母猪用母猪链；等等;如果一个组织或个人有足够的能量，也可以放出一条全产业链，这个估计也只有央行能做到；那车、房子、母猪……想要在各自的链条上自由流通，从A名到B名，或者从C名到D名，一定是需要A的尺度；这个规模是通过花费相应的数字货币来实现的；换言之，各链发行的数字货币作为链上价值流通的一般等价物；打个现实的比喻：也是我们生活中用于交易的人民币、美元、泰铢、英镑等中央货币，在我们的购物中发挥着作用。每个链条都可以比作一个国家。每个国家都有自己的货币体系吗？这样想，是不是很清楚为什么每条链都发行数字货币，目的是为了促进链上资产的顺畅流通；

就数字货币而言，对于那些想做事情的人来说，它充当了价值流通的一般等价物；对于那些积累金钱的人来说，它是一种赚钱的工具；

我们进入正题：分析比特币与挖矿的关系；说起两者的关系，就需要说一下区块链中数字货币的发行模式；

从总体上看：区块链发行链上的数字货币主要有两种形式：一种就像比特币，通过挖矿节点不断消耗自己的算力，也就是不断挖矿的意思是兑换比特币；由于比特币系统是完全开源的，所以这个开源代码中包含了挖矿功能。只要一个人理解代码，就可以编译和部署代码。加入比特币网络并开启挖矿功能，您的主机将开始挖矿；在比特币系统中，全网节点的挖矿难度可以通过自身的算法进行动态调整，保证每10分钟通过，在比特币网络中，就会有一个节点成功挖矿；一旦有人挖矿成功，比特币系统会奖励这个人一定数量的比特币，这个数量也是由算法控制的。这个算法可以说：最前四年比特币和挖矿机有关系吗，每个成功挖矿的人将获得25比特币的奖励，每四年减半；即接下来的四年成功挖矿奖励12.5，然后下一个四年奖励6.25，以此类推；到2140年左右，将发行区块链，总计约2100万比特币；

通过上面的讲解，大家应该明白挖矿和比特币的关系了。这种关系是：挖矿是比特币系统发行自己的数字货币的唯一途径，这是比特币的唯一途径。比特币系统利用挖矿完成自身数字货币的发行；发行数字货币的过程是各个矿工竞相挖矿的过程。每 10 分钟，谁先挖到谁就会获得一定数量的比特币奖励。这个奖励的过程就是比特币发行的过程；每个挖矿节点在利益的驱使下，都在不断地寻找更快的挖矿方式，从而催生了市场上各种各样的矿池节点；

正如我们刚才所说，数字货币的发行主要有两种形式；一个是比特币；另一个，我以国产NEO为例； NEO的发行模式是：系统创建时，一次在创世区块中写入1亿个NEO；借助ICO，用户可以直接以人民币认购和持有；这种模式有点类似于央行发行人民币；并且比特币的发行模式与淘金热非常相似；

在刚才的分享中，我们一直在谈论挖矿，那么比特币的低挖矿是怎么回事？

实际上，挖矿是比特币系统中的一种视觉表达；其背后的真名是POW算法，也就是工作量证明算法；工作量证明来自经济学；它是 1993 年由两位经济学家提出的一项战略，是一种有效的阻止经济战略，以防止滥用服务或滥用资源；

这个POW在比特币之前已经被广泛使用；比较有名的是谷歌邮箱的反垃圾邮件系统；谷歌如何使用它？这就是google的做法：他要求向google邮件服务器发送邮件的对方服务器先完成一定的计算工作；对于对方的服务线程，这个计算可能需要 2 到 3 秒； 2到3秒，如果是一个人发送电子邮件是完全可以容忍的；如果对方是一个发送垃圾邮件的脚本程序，他根本无法忍受。电子邮件脚本需要做的是每秒发送数百封电子邮件；

它在比特币系统中是如何使用的？中本聪在设计和实施比特币系统时，希望每 10 分钟完成一次比特币发行。既然比特币网络中有数千个节点，那么这些币应该发给谁呢？根据工作量证明策略，也就是POW算法的思想，中本聪为比特币系统中的每个节点制造了一个问题。我们来看看语音下方的截图。这是块头的数据结构。 ，大家注意了，里面有一个Nonce字段；中本聪的问题是：在其他字段值不变的前提下，通过不断调整Nonce的值，将BlockHeader结构的值计算为一个Hash，需要找到一个Nonce。 value，使得计算出来的hash值小于或大于一个固定值，在BlockHeader结构中用Bits表示；

由于哈希算法是不可逆算法，不可能通过具体的哈希值推导出原文；这样，每个节点只能使用穷举法，即从 1, 2 3 4 5. 开始。 . 稍后继续尝试；在这个过程中，会测试每个节点的CPU计算速度。如果计算快，很快就会得到 Nonce 值，然后他将 Nonce 值放入结构中，通过 P2P 网络。广播出去；各系统节点收到后比特币和挖矿机有关系吗，发现Nonce值合法且符合要求后，认为挖矿成功；对于那些计算到一半的节点，如果有人已经计算过了，他们就会放弃这个耗尽。然后开始通过穷举法寻找下一个区块头的Nonce值；

这样大家就会明白，所谓挖矿，就是计算机不断寻找Nonce值，通过穷举的方法计算出Hash值的过程；谁先找到它，谁就能成功挖矿。