比特币挖矿如何运作？新手指南

什么是比特币挖矿？

比特币挖矿是将交易正式输入区块链的过程。这也是新比特币进入流通的方式。

挖矿是由矿工使用硬件和软件生成的加密数字，该数字等于或小于比特币网络难度算法设定的数字。

第一个找到问题解决方案的矿工将获得比特币作为奖励，然后这个过程重新开始。这种奖励是一种激励，激励矿工协助挖矿的主要目的：获得在区块链上记录交易的权利，以供网络验证和确认。

在投入时间和购买昂贵的设备之前，请继续阅读以了解采矿是否真的适合您。

关键要点

• 比特币矿工因创建添加到区块链的新区块而获得比特币作为奖励。
• 由于竞争激烈，挖矿奖励可能很难获得。
• 参与者发现解决方案的概率与网络的总挖掘能力有关。
• 比特币挖矿需要大量的硬件投资。
• 矿工需要一个或多个专门为挖矿而设计的专用集成电路（ASIC）才能具有竞争力。

根据专业风格标准，当提到加密货币的概念和网络时，比特币的拼写为大写“B”。当提到加密货币本身或单个代币时，拼写为小写“b”。

比特币挖矿过程如何运作

挖矿是一个复杂的过程，但简而言之，当钱包之间进行交易时，地址和金额会被输入到区块链上的一个区块中。该区块被分配一些信息，并且区块中的所有数据都会经过加密算法（称为哈希）。哈希的结果是一个 64 位十六进制数，或哈希值。

哈希

以下是哈希的一个示例：

0000000000000000057fcc708cf0130d95e27c5819203e9f967ac56e4df598ee

上面的数字有 64 位。您可能已经注意到，该数字不仅由数字组成，还包含字母。这是为什么呢？

十进制以 100 为基数（例如 1% = 0.01）。这反过来意味着多位数字的每一位都有 100 种可能，即从 0 到 99。在计算中，十进制被简化为以 10 为基数，即从 0 到 9 的数字。

另一方面，十六进制表示以 16 为基数，因为“hex”源自希腊语中的“六”，而“deca”源自希腊语中的“十”。在十六进制系统中，每个数字都有 16 种可能。但是，我们的数字系统只提供 10 种表示数字的方式（从零到九）。一个 10 位数的数字将有 10 10 种可能（100 亿）——出于安全目的，加密技术需要比这更多的可能性。

这就是使用字母的原因——具体来说，就是字母 A、B、C、D、E 和 F。使用这种组合，可以使用生成 64 位哈希值的哈希函数生成 16 64 种可能的组合（1.1579 个 novemvigintillion）。一个 novemvigintillion 是 1 后面跟着 90 个零。

图片由 Sabrina Jiang 提供，© Investopedia 2021

目标哈希和随机数

矿工试图生成一个低于网络目标哈希值的数字。比特币矿工每秒可以生成数万亿个哈希，因此网络必须设置一个非常高的平均尝试次数来生成哈希。记住，64 位哈希有 16 64种可能性，目标哈希是一个十六进制数，具有用于控制比特币哈希率的特定值。

矿工通过调整nonce来进行这些猜测，nonce 是被哈希信息的一部分。“Nonce”是“只使用一次的数字”的缩写，它是生成这些 64 位十六进制数字的关键。由于大小限制，存储 nonce 的区块字段仅允许最多约 45 亿个数字；必须使用另一个计数器对其进行滚动，因为生成 45 亿个哈希值只需不到一秒钟。这个计数器来自 coinbase 交易字段，该字段要大得多 - 它被称为额外的 nonce。使用 nonce 和额外的 nonce 作为计数器，区块链能够生成天文数字的尝试次数。

当信息被哈希化时，除非发生任何变化，否则它总是会产生相同的输出。因此，挖矿程序会将第一个 nonce 为零的区块信息通过哈希函数发送。如果该数字是错误的，则将 nonce 的值增加一，然后重新生成哈希。这一直持续到生成一个值小于目标哈希的哈希为止。

以下是一些哈希值的示例以及它们是否会帮助矿工成功的标准：

注意：这些都是虚构的哈希。

图片由 Sabrina Jiang 提供，© Investopedia 2021

哈希示例

因此，如果你使用在线 SHA256 生成器对“Hello World!”进行哈希处理，你可能会得到：

7f83b1657ff1fc53b92dc18148a1d65dfc2d4b1fa3d677284addd200126d9069

在末尾添加一个数字，如“Hello World!0”，然后重新散列。你可能会得到：

e59f8bdf1305e382a4919ccefd613d3eebae612aa4c443f3af2d65663de3b075

然后，将数字加一，即“Hello World!1”，并重复执行。你可能会得到：

9e2be792bcd092bd5ab7bdac7bda1ae5d0db9f6d052a3c819615900c7c06e9be

这就是挖矿，但它是由挖矿程序自动完成的。矿工网络需要数万亿次尝试才能找到解决方案。

490163 区块的挖矿

下面的截图取自 Blockchain.info 网站，它或许能帮助您一目了然地将所有这些信息整合在一起。您正在查看的是第 490163 号区块被挖掘时发生的所有事情的摘要。

生成获胜哈希的随机数是 731511405（请记住，随机数从零开始，每次尝试都会增加一，并使用额外的随机数作为附加计数器进行滚动——可能进行了数万亿次尝试）。目标哈希显示在顶部。“中继者”字段中的 AntPool 条目指的是这个特定的区块是由 AntPool（最成功的采矿池之一）完成的。

如您在此处所见，对比特币社区的贡献是矿池确认了此区块的 1,768 笔交易。如果您想查看此区块的所有 1,768 笔交易，请转到此页面并浏览“交易”部分。

区块链资讯

您还会注意到此区块的难度级别。比特币网络的目标是每 10 分钟左右产生一个区块。该系统旨在每 2,016 个区块或大约每两周（基于参与者数量）评估和调整一次挖矿难度。这并不总是导致 10 分钟的区块时间，但很接近。

挖矿难度数字表示为 2,016 除以上一时期挖出一个区块所需的平均时间，再乘以旧的难度级别，即：

= 旧难度 x (2,016 ÷ 上一时期平均挖矿时间)

最低难度等级为 1.0。数字越高，解决方案越难找到。2024 年 12 月 5 日（12 月 1 日测量）的难度等级为 102.89 万亿。您可能会看到它发布为 102.89T。

为什么比特币需要矿工

区块链挖矿是网络节点为验证区块中包含的信息而进行的计算工作。因此，实际上，矿工实际上是因其作为审计员的工作而获得报酬。他们正在进行比特币 (BTC)交易的首次验证，打开一个新区块，并因其工作而获得奖励。

为什么要挖掘比特币？

人们投入时间和金钱进行挖矿的主要原因之一是获得比特币奖励，随着时间的推移，比特币变得非常有价值。例如，2024 年 12 月 5 日，比特币价格首次突破 100,000 美元，在 Coinbase 上收盘价超过 101,000 美元。当时的奖励为 3.125 比特币。当天交易结束时，该奖励价值约为 315,625 美元。

比特币挖矿的奖励每四年减少一半。

2009 年首次开采时，一个区块可为您赚取 50 BTC。2012 年，这一数字减半为 25 BTC。到 2016 年，这一数字再次减半为 12.5 BTC。2020 年 5 月 11 日，奖励再次减半为 6.25 BTC。2024 年 4 月，奖励再次减半为 3.125 BTC。

由于减半过程和价格上涨，矿工希望获得尽可能多的比特币，因为新币的供应量正在逐渐减少。大约在 2140 年，将不再产生新的比特币。

挖矿的竞争激励将消失，只有交易费才是参与比特币网络的理由。一些矿工可能仍会参与其中，以参与去中心化货币，但如果没有奖励，大多数人可能都不想挖矿。除非费用增加到足以让他们觉得值得。

图片由 Sabrina Jiang 提供，© Investopedia 2021

如果你想估算你设备的哈希率可以挖掘多少比特币，采矿池 NiceHash 在其网站上提供了一个有用的计算器。其他网络资源也提供类似的工具。

挖掘 1 个比特币需要多长时间？

比特币奖励每四年左右会减少一半，这一事件称为“减半”，即当区块链处理完另外 210,000 个区块时。具体时间会根据网络参与度和哈希率略有不同。

最新一次减半发生在 2024 年 4 月，奖励降至每 10 分钟 3.125 个。2028 年，每 10 分钟将开采 1.5625 个比特币。2032 年，需要 10 分钟才能开采 0.78125 个比特币。考虑到这些数字，你可以看出没有办法专门开采一个比特币。

但是，您可以使用平均出块时间和区块奖励来计算区块链的创建率。例如，2024 年 12 月 5 日，区块链的平均出块时间为 9.796 分钟，奖励为 3.125 比特币。

因此，公式如下：

区块时间÷区块奖励=1 BTC的平均汇率

因此，当天区块链创建1 BTC的速率为：

9.796 分钟 ÷ 3.125 BTC = 3.13 分钟

由于网络哈希率导致区块链的平均区块创建时间发生变化，该速率也会随之变化。

挖掘比特币需要什么

比特币网络挖矿能力的大部分由大型挖矿公司和矿池拥有。如果您拥有最新、最快的图形处理单元之一，仍然可以使用普通家用个人计算机参与比特币挖矿。但是，仅使用计算机中的单个 GPU 进行挖矿获得任何奖励的机会微乎其微。您需要找到一个矿池（如下所述）来增加您的机会。

例如，你花几千美元购买的一张处理卡所代表的算力还不到网络挖矿能力的 0.001%。你可能需要很长时间（甚至永远）才能解决哈希问题，因为这完全取决于你的机器每秒能生成多少个哈希。找到下一个区块的机会如此渺茫，你可能永远无法收回你的投资。

挖矿硬件

为了能够成功挖矿，你需要为你的计算机投资一个顶级图形处理单元（GPU，通常称为视频卡）或专用集成电路（ASIC）。功能强大的 GPU 的价格范围约为 1,000 至 2,000 美元；ASIC 的价格则要高得多，可能达到数万美元。

如今，比特币挖矿网络的大部分哈希算力几乎完全由 ASIC 机器挖矿场和个人矿工池组成。ASIC 比 CPU 或 GPU 强大许多个数量级。随着新芯片的开发和部署，它们每年都会获得更高的哈希算力和能效。如果价格合适（超过 11,000 美元），您可以在 335TH 上进行挖矿，每兆哈希 16.0 焦耳（每秒 1 万亿哈希，16 瓦）。

有许多更便宜的硬件版本，但是你付的钱越多，哈希速度就越快。

采矿池

矿池由第三方运营 ，负责协调矿工团队。通过在矿池中共同工作并让所有参与者分享收益，矿工获得回报的机会比单独工作更大。

大多数矿池使用基于您贡献的工作量的支付系统。例如，如果您的 GPU 每秒提供 121 兆（百万）哈希，而矿池的总哈希率为每秒 121 艾（千万亿）哈希，那么您的奖励（基于您贡献的工作份额）将非常少。

挖矿的弊端

挖矿的风险一般都是财务风险。比特币挖矿需要你花费大量精力和金钱购买价值数百或数千美元的设备，而且很有可能得不到任何回报。

在某些司法管辖区，开采和使用比特币并不合法。在投资采矿设备之前，最好先研究一下您所在国家/地区的监管立场和对加密货币的总体看法。

人们对比特币挖矿对环境的影响和碳足迹存在一些担忧。例如，网络所需的能源非常巨大，有人估计其相当于一些小国使用的能源。

尽管 ASIC 的微芯片效率已大幅提升，但大型挖矿公司仍会产生大量电子垃圾，因为它们不断升级设备以满足保持竞争力所需的不断增长的哈希速度。Digiconmist 估计，每年产生的电子垃圾量为 39.89 千吨。

采矿设备也会产生大量热量，因此您的冷却费用可能会增加，特别是如果您有一台或多台 ASIC 每天 24 小时运行。

然而，人们正在努力减轻这种负面外部性，为挖矿业务寻找更清洁、更绿色的能源（如地热或太阳能）并利用碳补偿额度。此外，一些司法管辖区已采取行动，减少比特币对气候和环境的不利影响。

哪些地方比特币挖矿是非法的？

比特币挖矿在许多国家都是合法的，但由于对电网能力、电网容量和气候变化的担忧，这项活动正受到更严格的监管。许多国家已经颁布了临时禁令或引入了立法，导致挖矿成本过高，而其他国家则彻底禁止了挖矿。以下是一些国家针对比特币挖矿采取的一些行动：

• 巴拉圭：于2024年4月实施为期至少六个月的临时采矿禁令。
• 瑞典：对用于加密货币挖掘的能源征收 6,000% 的税。
• 挪威：2024 年提出一项提案，要求数据中心申请其预期的活动，允许政府驳回加密货币挖掘或其他不受欢迎的数据中心活动的请求。
• 中国：2021 年全面禁止加密货币挖矿。
• 哈萨克斯坦：2022 年和 2023 年增加了用于加密货币挖矿的能源税，并决定仅在能源过剩时才允许进行加密货币挖矿。

常见问题解答

普通人可以进行比特币挖矿吗？

个人可以参与比特币挖矿，但收益已不如从前。如果您仍想参与挖矿，请务必检查您所在国家/地区的法规，以确保您可以合法参与挖矿。

挖掘比特币是否违法？

许多国家已将大规模开采比特币定为非法或成本过高，但个体矿工应该检查其国家的法律，以确保不会因开采加密货币而陷入麻烦。

比特币挖矿可以被追踪吗？

比特币可以通过区块链地址追溯到矿工，但除非他们在使用了解客户验证的交易所将比特币兑换成法定货币，否则无法识别地址所有者。在采矿非法或对其能源使用征收更高税费的国家，采矿能源消耗的增加可能会引起注意。考虑比特币采矿时，最好遵守您所在司法管辖区的法律。