什么是比特幣挖礦，比特幣是怎么發(fā)行的？

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什么是比特幣挖礦

比特幣節(jié)點互相連接時，會從對方處獲取自己沒有的交易。但由于比特幣長期積累天量的交易，兩個節(jié)點逐條對照你缺了哪些交易/我缺了哪些交易，是非常困難的事情。

為解決這一難題，中本聰發(fā)明了區(qū)塊鏈（Block chain）這一重要技術。節(jié)點借助區(qū)塊（block）來同步交易，保證了所有節(jié)點數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性，并通過競爭區(qū)塊打包權（也就是挖礦）的方式，保證了區(qū)塊鏈的唯一性。

1. 區(qū)塊和區(qū)塊鏈

一段時間內(nèi)的交易打成的一個包稱為區(qū)塊，比特幣全網(wǎng)平均每10分鐘產(chǎn)生一個區(qū)塊，每一個區(qū)塊都鏈接到上一個區(qū)塊，依次相連形成區(qū)塊鏈。

2. 以區(qū)塊為單位同步交易數(shù)據(jù)

區(qū)塊從1開始編號，因此節(jié)點A連接節(jié)點B后，只要檢查雙方的區(qū)塊編號高度，就能方便地同步交易數(shù)據(jù)。例如節(jié)點A自己的區(qū)塊高度是100，發(fā)現(xiàn)節(jié)點B的區(qū)塊高度是110，則只要向B請求同步101~110這10個區(qū)塊即可。

3. 打包區(qū)塊的獎勵

為保證有節(jié)點打包比特幣交易，比特幣規(guī)則規(guī)定：打包交易的節(jié)點將獲得比特幣作為酬勞。A、打包獎勵的一部分來自交易創(chuàng)建者支付的交易手續(xù)費（每KB交易大小100~1000聰手續(xù)費）。B、另一部分來自初始2100萬個比特幣的分發(fā)，最開始獎勵是每個區(qū)塊50比特幣，之后每經(jīng)過21萬個區(qū)塊（約4年時間）獎勵將減半一次，直到2140年左右區(qū)塊獎勵不足1聰為止，此時區(qū)塊獎勵總和為2100萬比特幣，這就是比特幣2100萬總量的來源（準確地說是 20999999.97690000個）。2140年后打包獎勵將只來自于交易創(chuàng)建者支付的交易手續(xù)費。

4. 對區(qū)塊打包權的競爭

節(jié)點打包交易只需要消耗很低成本的網(wǎng)絡和計算資源，打包獎勵的存在（目前每個區(qū)塊的打包獎勵25比特幣約為4萬元），使得有大量節(jié)點想打包交易。為保證區(qū)塊鏈的唯一性，比特幣規(guī)則規(guī)定：節(jié)點使用類似“扔硬幣”的方法爭奪交易打包權。節(jié)點不斷地扔硬幣，誰首先扔出符合規(guī)則的結果，誰就能獲得這個區(qū)塊的交易打包權，以及這個區(qū)塊的打包獎勵。

5. 競爭交易打包權的方式

“扔硬幣”在實現(xiàn)上是計算機做一次哈希（SHA-256）運算，并檢查運算結果從第一位開始是否有足夠多連續(xù)的0（可以簡單理解為一次扔256個硬幣，然后看從第一個硬幣開始是否有足夠多的連續(xù)硬幣正面）�！叭佑矌拧鲍@勝的唯一訣竅是提高每秒扔硬幣的次數(shù)，一個每秒能扔100億次硬幣（做100億次哈希計算）的節(jié)點，搶到打包權的概率是每秒扔1億次硬幣節(jié)點的100倍。

6. 獲勝節(jié)點打包交易并廣播

一旦有某個節(jié)點扔出符合系統(tǒng)規(guī)則的硬幣結果（例如區(qū)塊379543的哈希值 000000000000000008bdeb575056584429ea4be876ea7ca4ce70262d3edb8c8b），他就會立即將這段時間搜集到的交易打包成一個區(qū)塊，附上“扔硬幣”的結果、區(qū)塊序號379543、上一區(qū)塊關系等附加信息廣播出去，其它節(jié)點一旦收到區(qū)塊379543并驗證無誤，就會停止“扔硬幣”搶這一區(qū)塊，轉而在這一區(qū)塊的基礎上開始“扔硬幣”搶下一區(qū)塊379544。

7. “挖礦”和“礦工”的由來

節(jié)點大量進行哈希計算需要計算機設備，并消耗大量電力，這個過程在本質(zhì)上和金礦挖礦很相似（通過挖礦設備，消耗能源換取黃金）。比特幣總量恒定，產(chǎn)量越來越少的產(chǎn)生方式也和黃金很相似。因此人們形象地將比特幣搶打包權的過程稱為挖礦（mine），將搶打包權的比特幣節(jié)點稱為礦工（miner）。

挖礦設備的演變

1. CPU：最早的礦工使用CPU進行挖礦，挖礦速度在M級別（1M=1000K=10^6=每秒100萬次哈希運算）。

2. 顯卡礦機：顯卡有數(shù)百個計算核心（流處理器），因此速度相當于數(shù)百個CPU，挖礦速度在百M級別。由于ATI和NVIDIA顯卡的架構不同，同檔次A卡流處理器數(shù)量遠超過N卡，因此A卡在挖礦上有巨大優(yōu)勢，專業(yè)礦工往往用H61B等有6個PCI-E插槽的主板，插上5-6張ATI 7850等高端顯卡，組成礦機群挖礦。

3. 集成電路礦機：隨著比特幣價格的不斷上揚，挖礦越來越有利可圖，集成電路礦機隨之出現(xiàn)，礦機使用專門設計的，只能做挖礦哈希運算的芯片，因此在挖礦速度和功耗上較CPU和顯卡這樣的通用計算設備有很大的優(yōu)勢，代價則是除了挖礦和做電暖器以外什么都做不了。CPU和顯卡在挖礦產(chǎn)出不夠電費被淘汰后，還能當普通電腦用；而礦機被淘汰后，除了少數(shù)人有免費電可以繼續(xù)挖外，就只能當電暖器或報廢了。

集成電路礦機經(jīng)FPGA礦機集成電路礦機經(jīng)FPGA礦機（FPGA：現(xiàn)場可編程門陣列，一種半定制電路）的短暫過渡（速度數(shù)百M到G級別，1G=1000M），進化到ASIC礦機（ASIC：專用集成電路）時代，速度亦從G級別逐步進化到T級別（1T=1000G），其每秒能進行萬億次哈希運算，相當于一百萬個CPU的計算能力。也就是說目前全球排名第二的天河二號超級計算機如果用于挖礦，其312萬個CPU核心的計算能力僅相當于價值幾千元的T級別礦機。

5. 2013年起比特幣價格的飆升，上百萬臺ASIC礦機的大量部署，使得比特幣全網(wǎng)算力目前已達到驚人的435P（1P=1000T），下圖為KnCMiner在瑞典的大型礦場。

礦池

由于有數(shù)以萬計的礦工競爭打包權，單個礦工搶得打包權的概率非常小，產(chǎn)出非常不穩(wěn)定，有可能走狗屎運1小時就搶到一次，也有可能一年都搶不到一次。為穩(wěn)定挖礦產(chǎn)出，礦工往往選擇加入礦池挖礦，礦池將大量礦工的算力整合在一起，在全網(wǎng)總算力中占據(jù)一定的份額，由此得到較穩(wěn)定的挖礦產(chǎn)出，礦池在收取2%~4%礦池手續(xù)費后，將產(chǎn)出按礦工算力分配給礦工。這就好比一個人買彩票很難中獎，于是礦池把很多人組織在一起買彩票，中獎了再按出資額分配給大家。

隨著礦池的發(fā)展，還出現(xiàn)了像萊比特（http://LTC1BTC.com）這樣的自動切換礦池，俗稱機槍池。機槍池會在各種山寨幣收益高時切換到山寨幣挖礦，以此將礦工的收入提高5%~10%。

比特幣挖礦的意義——分發(fā)初始比特幣

比特幣反對者指責挖礦白白消耗了大量資源去做無意義的扔硬幣，支持者則舉例黃金挖礦也是白白消耗了大量資源去做無意義的挖洞。對于比特幣系統(tǒng)而言，這種消耗大量資源挖礦的最大意義在于：公平地分發(fā)2100萬個初始比特幣，就像消耗資源挖黃金一樣，消耗資源獲挖比特幣是唯一公平的分發(fā)初始比特幣的方式。

比特幣由于其代碼開源，因此出現(xiàn)了數(shù)以千計的抄襲者、競爭者、改進者。通常將只是簡單抄襲模仿比特幣的稱為山寨幣，在比特幣基礎上加入一定新特性的稱為競爭幣，有的幣在比特幣基礎上加入智能合約等其他功能模塊，并自稱“二代幣”。這些數(shù)以千計林林總總的幣嘗試了所有你能想象得到的初始幣分發(fā)模式，例如將初始幣平均分發(fā)給每個冰島人的冰島幣（Aurcoin），將初始幣分發(fā)給73個眾籌參與人的未來幣（Nextcoin），由開發(fā)者控制并緩慢分發(fā)大部分初始幣的瑞波幣（XRP）等等。

但所有這些分發(fā)初始幣的方式，其公平性都遠弱于燒錢獲取初始比特幣的模式，而公平性又是一個貨幣系統(tǒng)的最核心問題，因此比特幣挖礦雖然消耗了大量資源，但和消耗資源挖金礦一樣是合理的經(jīng)濟行為。