区块链安全是如何保障的：矿工在网络中的角色

主要方面：

• 挖掘加密货币是一种机制，通过该机制，网络参与者在分布式账本中排序和验证交易
• 该过程确保创建新的数字资产单位，同时保护网络免受未授权更改。
• 开采者将待处理的交易分组为 (区块)，并解决计算任务以进行确认。
• 收益取决于设备的功率、能源资源的消耗、市场价格的波动以及协议的变化

加密货币挖矿的本质

想象一个全球系统，其中每一笔金融交易都被记录在不可更改的账本中。挖掘加密货币保证了该账本的完整性，并且不允许任何人篡改记录。网络参与者使用专门的计算机执行复杂的数学运算——实际上就是寻找满足特定条件的特定数值。

第一个找到正确解决方案的人将获得数字资产奖励。挖掘加密货币是一个基本过程，它为 Bitcoin (BTC) 等系统提供可靠性。它允许验证用户交易并将其添加到公开账本中。

挖矿是去中心化的关键元素：网络在没有中央控制者的情况下运作，承担分散的责任。同时，这个过程根据预先设定的规则生成新的币，这些规则编码在基础协议中。与法定货币的印钞不同，加密货币的发行是完全透明和受自动机制控制的。

矿工将计算资源用于解决加密方程。第一个找到解决方案的参与者有权将新的交易包添加到区块链，并通过网络传播。

采矿过程的机制

简化方案：

1. 操作分组 – 当用户发送或接收资产时，待处理的操作会汇总成一个组，准备进行验证。

2. 解决数学难题 – 挖矿者使用计算设备寻找特殊数字(，所谓无实际用途的数字)，结合组数据得出低于目标阈值的结果。这类似于数字抽奖。

3. 添加到注册 - 第一个解开难题的矿工有权将其组添加到区块链中。其他参与者会验证该组的正确性。

4. 获得补偿 – 胜者将获得奖励：新创建的硬币加上在开采组中所有操作的佣金。

详细分析：

当链上出现新的操作时，它们会进入一个特殊的存储池(内存池)。执行验证功能的网络参与者确认每个操作的合法性。矿工会获取这些待处理的操作，将它们组合成组并试图进行确认。

一组类似于注册页面，其中记录了多个交易以及附加信息。挖矿节点负责收集未确认的交易并形成候选组。接下来，矿工尝试通过解决一个需要大量计算资源的复杂任务，将这个草稿转换为已确认的组。

每成功挖掘一组，参与者将获得补偿——由新创建的数字资产和佣金组合而成。

第一步：交易哈希

第一步是获取待处理的交易，并将其逐个传递通过一个特殊的函数，该函数生成一个固定大小的唯一代码。每个交易都会转换为这个代码——一种类似于指纹的标识，代表该交易的所有信息。

此外，矿工添加了一个特别的操作，在其中为自己指定奖励。这个操作首先被记录到新区块中，然后是所有未完成的操作。

第2步：构建哈希的层次结构

在对所有操作进行编码后，它们的代码会组织成一个层次结构。代码以成对的方式放置，并重新编码。新的代码再次成对组合并进行编码，直到只剩下一个唯一的代码——这个结构的根。这根代码代表了所有先前的代码。

第3步：寻找有效的组代码

每个组都有一个唯一的标识符 - 组代码。在创建新组时，矿工将前一个组的代码与其候选组的根结合，并添加一个随机数。所有这些都通过编码函数处理。

目标是获得一个小于设定协议阈值的组代码。由于前两个组件无法更改，矿工多次更改随机数，直到达到结果。在Bitcoin网络中，代码必须以特定数量的零开头——这被称为挖矿难度。

第4步：传播提炼的组

当矿工终于找到正确的代码时，他将组传播到整个网络。所有验证节点分析该组，如果有效，则将其添加到他们的区块链副本中。未能及时参与的矿工放弃他们的草稿，重新开始竞争。

同时开采两组的方案

有时两个矿工同时找到解决方案，并传播两个竞争的区块。网络暂时分裂，矿工们开始基于他们首先获得的区块来处理下一个区块。竞争继续，直到一个新的区块在其中一个竞争区块上被发布。出现新块的区块成为赢家。被拒绝的区块称为孤儿块，选择它的矿工必须回到主链上工作。

挖矿难度调节

网络定期调整任务难度，以便以恒定速度挖掘新组。该机制与参与者的总计算能力成正比。

当新的矿工进入网络，竞争加剧时，难度增加，这阻止了区块创建速度的加快。如果矿工退出网络，难度降低，简化了挖矿。这些调整确保了区块间平均时间的稳定性。

开采方法的多样性

中央处理器挖矿 (CPU)

在比特币发展的早期阶段，挖矿可以在普通计算机上进行。然而，随着其受欢迎程度和网络算力的增长，竞争加剧，CPU的性能变得不足。专用设备取代了处理器。如今，CPU挖矿是一种过时的方法。

图形处理器挖矿 (GPU)

图形处理器比专用设备更通用且更便宜，尽管效率较低。GPU可以用于挖掘一些替代数字资产，但性能依赖于算法和复杂性。

ASIC 挖矿

专用集成电路是专门为挖矿而设计的设备。ASIC挖矿是最高效的方法，但也是最昂贵的。设备迅速过时，需要不断更新。然而，它在工业规模上带来最高的收益。

开采联合体

由于奖励仅给予第一个矿工，成功的概率极低。矿池是将参与者的资源结合在一起的联盟。当矿池找到一个区块时，奖励会根据每个参与者的贡献进行分配。然而，矿池的主导地位引发了对集中化和垄断攻击风险的担忧。

云挖矿

参与者不购买设备，而是从供应商那里租用计算能力。这是一个更简单的进入，但与欺诈风险和较低的盈利能力相关。选择可靠的供应商很重要。

作为特例的比特币挖矿

比特币 – 最受欢迎的挖矿资产。它的机制基于工作量证明算法 (PoW)， 由中本聪在2008年的白皮书中提出。

PoW定义了分布式网络如何在没有中介的情况下达成共识。安全性通过巨大的能源和计算成本使攻击在经济上变得不具目的性。

在PoW网络中，矿工组织操作并竞争解决难题。胜者可以扩展其团队；如果节点批准，矿工将获得奖励。

当前Bitcoin的组奖励为3.125 BTC (截至2024年12月)。由于每210,000个区块(约每4年)发生一次的减半机制，奖励逐渐减半。

是否值得从事挖矿？

挖矿可能是有利可图的，但需要仔细的分析和风险管理。设备成本、价格波动和协议变更仅仅是一些因素。

主要的盈利能力决定因素：

资产价格 – 当法定货币的加密货币价值上升时，矿工的奖励也随之增加。当价格下降时，利润减少。

设备的效率 - 以成本来衡量，因此矿工必须权衡成本与潜在收入。

电力成本 – 高昂的能源成本可能会抵消所有利润。

设备更新 – 开采设备迅速过时；新型号优于旧型号。没有现代化，很难保持竞争力。

协议变更 – 比特币的减半将区块奖励减少一半。在其他情况下，挖矿可以完全用替代的验证机制来替代。

结论

加密货币挖掘仍然是基于PoW的区块链的核心元素。它确保网络的安全性并控制新币的发行。潜在的奖励非常吸引人，但理想化是危险的。在开始之前，请进行自己的研究并评估所有风险。

另请参见

• 区块链是如何运作的？
• 从哪里开始开采？
• 什么是数字资产的质押？

免责声明： 本内容仅用于教育目的。 不应将其视为财务或投资建议。 加密货币市场波动性大；投资价值可能会下降。 您对自己的决策负全责。