比特幣:科普：比特幣挖礦的過程

比特幣挖礦科普專輯到這里就要收尾了，經過前兩篇文章鋪墊，相信讀者朋友已經對比特幣交易和區塊產生的過程有一定的認識。那么它們跟“挖礦”有什么關系呢？我們知道，在比特幣網絡中，有很多挖礦節點和礦工參與創建比特幣新區塊。如果多個挖礦節點都創建了同一個高度的區塊，該判定誰的區塊更合法呢？比特幣引入了PoW共識機制，通過挖礦的方式，來競爭新區塊的記賬權。誰拿到新區塊的記賬權，它創建的新區塊就合法。挖礦的目的就是贏取記賬權，確認新區塊和交易。那么挖礦節點和礦工是如何配合工作，完成挖礦的呢？

礦工破解挖礦任務

挖礦節點創建好預備區塊后，將預備區塊的區塊頭數據發送給礦工。礦工收到挖礦任務后，會遞增區塊頭中的隨機數。每調整一次，就會按照比特幣協議規定，用SHA256算法計算區塊頭的哈希值。如果區塊頭的哈希值大于目標哈希，就繼續變更隨機數，直到區塊頭的哈希值小于或者等于目標哈希為止。

美國說唱歌手Megan Thee Stallion與Cash App合作發布比特幣科普視頻:美國說唱歌手Megan Thee Stallion與由Square開發的移動支付服務Cash App合作發布了一段名為“Bitcoin for Hotties”的視頻。該視頻從她的角度解釋了什么是比特幣，為什么比特幣有價值等內容。Megan Thee Stallion在Instagram上擁有超過2410萬粉絲，在 Twitter上擁有640萬粉絲。（Bitcoin News）[2021/8/8 1:41:10]

挖礦節點驗證區塊，延長本地區塊鏈

當礦工找到可以使預備區塊頭哈希值小于目標哈希的隨機數時，會立即向挖礦節點上報挖礦結果。挖礦節點接收到信息后，立刻按照礦工上報信息重組區塊，并驗證區塊。驗證無誤后，挖礦節點將新區塊保存到節點本地數據庫，并添加到節點本地區塊鏈上。區塊的驗證信息包括：區塊頭是否合法；區塊頭的MerkleRoot哈希跟區塊中交易數據的MerkleRoot哈希是否一致；交易數據中第一筆是否為Coinbase交易；區塊中每一筆交易是否合法等等。向全網廣播新區塊

IMF今日發布的加密貨幣科普視頻實為兩年前舊聞，且存在諸多疏漏:國際貨幣基金組織IMF今日在推特上發布了一條關于加密貨幣的科普視頻，這段時長兩分鐘的視頻最初發布于2018年6月。該視頻稱加密貨幣是“貨幣進化的下一步”，但沒有特別提到DLT、區塊鏈，甚至是代幣名稱等術語。BTC、XRP和ETH只出現在說明加密交易的圖形中。盡管這段視頻到目前為止已經獲得了超過13.7萬的點擊量和2900個贊，但來自加密社區的許多反應都是批評的，他們指出了信息中的漏洞和似乎具有誤導性的措辭。

Reddit用戶nanooverbtc稱：“他們犯了很多錯誤，比如把私鑰稱為密碼。”該視頻也沒有討論挖礦或加密貨幣供應。Kraken策略師Pierre Rochard等知名人士表示：“可證明的稀缺性是比特幣有趣的原因，你忘了提這一點。”（Cointelegraph）[2020/8/24]

挖礦節點將新區塊在本地保存后，同步向比特幣網絡廣播挖礦結果。由于整個區塊的區塊體積較大，一般會先廣播新區塊的區塊頭。其他節點在接到廣播后，先驗證區塊頭信息，驗證通過后，節點會先在其本地的區塊索引庫中創建新區塊的索引。在接收到新區塊的全部信息后，節點驗證交易信息和區塊頭的MerkleRoot哈希，驗證通過后，節點將這些交易信息錄入新區塊，并延長本地區塊鏈。至此，新區塊的廣播和驗證完畢，挖礦節點開始下一個區塊的挖礦工作。

人大附中物理老師李永樂科普拜占庭將軍問題和區塊鏈:5月14日，人大附中物理老師、科普視頻網紅李永樂在其公眾號發布視頻《拜占庭將軍問題是什么？區塊鏈如何防范惡意節點？》。李永樂老師在視頻中對拜占庭將軍問題和區塊鏈進行了講解，他表示，拜占庭將軍問題本質上指的是，在分布式計算機網絡中，如果存在故障和惡意節點，是否能夠保持正常節點的網絡一致性問題。在近40年的時間里，人們提出了許多方案解決這一問題，稱為拜占庭容錯法。例如蘭波特自己提出了口頭協議、書面協議法，后來有人提出了實用拜占庭容錯PBFT算法，在2008年，中本聰發明比特幣后，人們又設想了通過區塊鏈的方法解決這一問題。區塊鏈通過算力證明來保持賬本的一致性，也就是必須計算數學題，才能得到記賬的權力，其他人對這個記賬結果進行驗證，如果是對的，就認可你的結果。與拜占庭問題比起來，就增加了叛徒的成本。[2020/5/14]

人民數字FINTECH推出區塊鏈科普動畫:人民日報數字傳播發布微博稱，人民數字FINTECH出品《趣味科普|區塊鏈動畫》。[2020/3/31]

當前挖礦的一些特點

集群挖礦-礦池：

比特幣挖礦這件事情，理論上任何人都可以自建比特幣挖礦節點，參與挖礦，甚至可以通過手工驗證區塊頭哈希，破解挖礦任務，競爭記賬權。但博主在上一文中提到，按照當前的挖礦難度，即便使用現在的主流礦機，要找到一個符合比特幣網絡要求的新區塊，理論上需要42年時間，而如果使用普通PC或者是手工計算，則需要上萬年甚至上百萬年。因此，普通礦工單獨挖礦的經濟效益太低，可能挖到機器報廢，還掙不到一分錢。礦池就是在這種情況下應運而生的，大量礦工將自己的礦機接入礦池，從礦池的挖礦節點獲取挖礦任務，集體挖礦。這樣就可以在較短時間內挖到新區塊，獲得區塊獎勵，礦池按照挖礦過程中每個礦工的貢獻情況，分配挖礦收益，所有礦工都可以實時獲取挖礦收益，進行回本或者二次投資。礦機實際收到的挖礦任務中，TargetHash遠大于比特幣網絡要求的TargetHash：

動態 | 新浪財經：官媒針對區塊鏈的報道從科普宣傳轉向打假監管:據新浪財經今日消息，“1025新政”滿月，一個月間，官媒對區塊鏈的態度風向已轉。據11月初的一項統計，七家黨媒在新政一周內發布了65篇直接相關報道，當時文章中的關鍵詞是數據、產業、安全、創新等，大量文章偏向于科普區塊鏈的概念以及應用介紹，提醒警惕虛擬貨幣炒作的僅有3篇。近期，官媒的批評焦點則紛紛指向借區塊鏈之名進行的虛擬貨幣發行和炒作行為。據統計，新華網、人民網收錄轉載的，以打擊虛擬貨幣或揭露假借區塊鏈行騙為主題的文章，自10月25日到11月25日午間，共28篇；其中，11月19日至11月25日的一周內就高達15篇。這些文章主要圍繞三個觀點展開：厘清區塊鏈和虛擬貨幣的關系，說明二者概念不等；打擊偽“區塊鏈”騙局，或是虛擬貨幣騙局揭露；提醒民眾，區塊鏈不能成為炒作的噱頭，更不是行騙的招牌，需警惕此類活動，理性投資。[2019/11/26]

礦池和礦工一起挖礦的流程，一樣遵循上述過程。礦機通過網絡跟礦池通訊，請求挖礦任務，礦池將挖礦任務發送給礦機，礦機變更區塊頭的隨機數，并驗證區塊哈希。符合挖礦任務TargetHash要求的隨機數，將按照挖礦協議的格式提交給礦池，礦池給礦機提交的挖礦結果計算收益。需要注意的是，如果給礦機下發的挖礦任務中，TargetHash是此時比特幣網絡的TargetHash，那么這個TargetHash太小，礦機基本不可能找到符合要求的隨機數，提交挖礦結果，也就不可能獲得挖礦收益。因此，礦池給礦機下發的挖礦任務中，有一個單獨的信息：初始挖礦難度。這是一個遠低于全網挖礦難度的數值，對應更大的TargetHash，在這個難度下，礦機可以在較短時間內找到符合要求的隨機數，向礦池提交更多挖礦結果。礦池算力不同于礦機本地算力：

談及挖礦，總有一個繞不開的名詞：算力。到底什么是算力呢？算力，其實就是礦工驗證區塊頭哈希值的速度。礦機在獲得挖礦任務后，會按照挖礦任務的信息，遞增區塊頭的隨機數，隨機數每調整一次，就驗證一次區塊頭的哈希值。可以看到，限制礦機挖礦快慢的唯一一個因素就是它驗證區塊頭哈希值的快慢，因此有了“算力”這個指標。目前，常規比特幣礦機的算力單位是TH/s，它的意思，每秒鐘可以驗證1T次哈希，1T=1×103G=1×106M=1×109K=1×1012次。有過挖礦經歷的朋友，都會發現，礦機本地顯示的算力跟礦池顯示的算力總是有差異。這是因為，礦機本地顯示的算力，是礦機驗證哈希的速度，它只跟礦機的性能有關，不管有沒有找到符合挖礦任務要求的隨機數，礦機本地算力都一直存在。而礦機在礦池顯示的算力則不同，它是礦池按照礦機實際提交的挖礦結果計算出來的，如果礦機的運氣較差，在較長時間內都沒有找到符合挖礦任務要求的隨機數，無法向礦池提交挖礦結果，礦機在礦池的算力就會降低。但時間拉長后，運氣對礦機破解挖礦任務的影響會降低，礦機較長時間的礦池平均算力，跟礦機本地算力相差不大。以上是比特幣挖礦的基礎知識，如果能讀懂這三篇文章，相信讀者朋友對比特幣挖礦會有一個初步的認識。如果想要跟博主交流探討更多挖礦方面的問題，歡迎關注“閑話挖礦”微信公眾號，同時也能更及時的了解博主更新的挖礦知識。文中涉及的幾個知識點：區塊高度：又叫BlockHeight，相當于區塊的編號，它的值等于區塊鏈中這個區塊之前所有區塊的數量。區塊鏈的第一個區塊是創世區塊，區塊高度為0，第二個區塊的區塊高度為1，第三個區塊的區塊高度為2，以此類推。區塊鏈中區塊的總數，即為最新區塊的區塊高度+1。PoW：全稱為ProofofWork，中文名稱為工作量證明。是比特幣網絡使用的一種用于解決比特幣新區塊確權問題的方法。在比特幣網絡中，人人都可以參與新區塊的創建工作，PoW機制規定，誰能夠在最短時間內找到一個區塊頭哈希值小于比特幣網絡指定的TargetHash的預備新區塊，誰就擁有正式新區塊的記賬權。記賬權：比特幣的區塊鏈，實質上是一個鏈式的大賬本，鏈上的每一個區塊，都是一本賬，上邊記錄了發生在區塊鏈上的比特幣交易信息。因此，我們把創建新區塊的過程看作記賬的過程。記賬權，顧名思義為記錄交易賬本的權利，也即在比特幣區塊鏈上創建正式新區塊的權利。參考資料：挖礦的實現BlockHeight工作量證明

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