科普园地04 | 比特币的产生：挖矿

比特币是怎么来的，很简单：要么是你自己挖矿挖来的，要么是别人转给你的，当然，别人转给你的，最早的源头也是来源于挖矿所得。所以，这一期我们先说挖矿，这是比特币的一个初始分配。

在挖矿这一部分呢，我们主要涉及到两个知识点：哈希、工作量证明。

一、挖矿是怎么回事？

最早的50个比特币，是中本聪通过挖矿得到的。我们现在也经常说：比特币是挖矿产生的。挖矿其实是一个形象的比喻，它的意思可以理解为解答一道超级难、超级复杂的数学题。

因为这个解题的过程有点像开采矿产资源那么难，同时呢，又要消耗很大的电力，于是，这个解题过程就被人叫作了“挖矿”，那么参与解题的人呢，被称作“矿工”。 

比特币的第一个区块是中本聪创建的，根据比特币系统的设定，他创建了第一个区块，可以得到50个比特币作为奖励，可以说，中本聪是比特币的第一个矿工。

依据比特币系统的设定，比特币恒定2100万，每四年减半。2009年的时候，中本聪挖矿得到的奖励是50个比特币，到现在将近10年过去了，比特币经历了两次减半，从50，到25，再到12.5，所以，现在挖矿，也就是创建区块的奖励是12.5个比特币。

可能有人会问，比特币每四年减半，那矿工赚的比特币奖励不就越来越少了吗？是什么让他们有动力去一直挖矿呢？其实，矿工获得的报酬不仅是挖矿所得，还包含手续费。

你和别人之间进行比特币转账的时候，要付给矿工一定的手续费。当然，手续费是自愿的，你愿意给多少就给多少。不给可不可以？可以，但是矿工会选择手续费高的交易优先处理，你不给手续费，你的交易可能就被排在后面了。

现在，通过交易平台也好，钱包软件也好，进行比特币交易，手续费的比例都是交易平台和钱包根据你的账户情况，自动生成的一个比较合理的手续费，这一步无需你自己进行什么额外的操作，所以大家可能感受不到付给矿工这笔手续费的存在。

矿工想要得到丰厚的挖矿奖励和交易费，容不容易？并不容易，而且他们的劳动是有成本的，不要小瞧了他们的成本，成本是非常大的，其中最大的成本就是电费。

二、哈希运算与哈希值

我们刚刚讲过，挖矿其实就是解决一道超级难、超级复杂的数学题，这个解题方法是通过“哈希运算”，题目的解呢，就是“哈希值”。

哈希运算是怎么回事呢？简单来讲，“哈希运算”就要把交易信息（包含时间戳在内的一切信息）打包起来，把这些信息统统“代码化”，来进行复杂的计算，得出哈希值。

“哈希”虽然是一个密码学概念，但是我们可以把它理解成数学函数题。只不过，它和数学函数题稍稍不一样：数学函数题的x和y是双向的，已知x可以求出y，已知y可以求出x；但是，哈希函数是单向的，已知x可以求y，已知y不可求出x。

为什么要采用“哈希函数”呢？这和比特币系统的安全性有关。比特币系统是一个巨大的、不断更新的账本，这个“账本”是全网公开的，这里就涉及到个人信息泄漏问题。

哈希函数的“单向性”可以保证账户主体的信息隐私安全：你知道我的交易信息，你却不知道我是谁，查不到我的信息。哈希函数的“单向性”让比特币具有很好的匿名性，这就是为什么暗网上喜欢用比特币进行交易。

利用“哈希函数”来保障隐私是很好的办法，但是，计算哈希值的过程其实是非常非常难的。而且，对于比特币而言，随着比特币每四年产量减半，还会越来越难。

难到什么地步呢？这个哈希值，它是没有固定算法的，只能依靠计算机随机进行哈希碰撞，碰对了就算答对了。

所以呢，挖矿，对计算机的计算能力，也就是算力，要求非常高，挖矿拼的，其实就是算力。有人会问：我想挖矿，但是我又不会算什么哈希，我该怎么挖？还有人可能疑惑：计算哈希，明明就是脑力工作啊？为什么说最大的成本是电费呢？

最早的“挖矿”的确需要计算，需要脑力劳动，但是现在，早就不用计算机（也就是我们的家用电脑）进行挖矿了，而是采用专业矿机来挖矿。专业矿机的产生和发展，弥补了家用电脑算力太低的缺陷，也为我们省去了脑力劳动，让挖矿这件事情变得很容易。

对于专业矿机，我们只需要很简单的安装就可以挖矿，至于计算哈希的过程，专业矿机芯片就帮你完成了。现在主流芯片是ASIC，市面上蚂蚁矿机、阿瓦隆矿机都采用的是ASIC芯片。

所以，对于挖矿来讲，你要付出的成本就是矿机费用和电费。甚至你也不需要买矿机，因为现在有很多矿场，就是专门维护矿机的地方，你可以租矿场的矿机算力来挖矿。

目前主流的矿机有13.5T左右的计算量级，意味着它每秒可以进行13.5万亿次计算，也就是每秒可以做13.5万亿次哈希碰撞。这个数量很惊人是吧，它消耗的电量也可想而知有多高了，这些电费构成了矿工挖矿的主要成本。

刚刚查了一下，现在的行情，买一台矿机挖矿一年很难回本。因为电费太高了，所以现在很多矿场都建立在电费很便宜的地方，我国矿场主要分布在四川、内蒙古。

在比特币系统的规定里，每10分钟增加一个区块，区块里面的内容是过去10分钟系统内发生的一些交易，所以，矿工挖矿的时间大概是10分钟。

早期，在没有矿机的时代，矿工们需要时刻监听网络，一旦网络上广播了交易，他们就需要在10分钟之内，利用自己的电脑，做大量的哈希运算。直到有人第一个计算出正确的哈希值，他就有了记录交易的权利，也就是创建区块的权利，获得比特币奖励，以及交易的手续费奖励，宣告挖矿成功。

现在，有了专业矿机，矿机可以替代矿工，达到“时刻监听网络、做大量哈希计算”的效果。 

三、工作量证明机制（PoW)

我们上面讲到的这一整套计算哈希的工作，就被称之为“工作量证明”，英文缩写PoW。

在工作量证明机制（PoW）下，全网达成一个共识，也就是一个大家都赞同的规则，这个规则（共识）就是：

通过解答“哈希函数”的方式来证明自己完成了一定的工作量，谁能够快准狠完成工作，解答正确哈希值，谁就会获得记录交易（记账）的权力，进而获得比特币奖励。

所以我们说，“工作量证明机制”(PoW)是多劳多得，少劳少得的，你付出的工作量越多，你能得到比特币奖励的概率就越大。从这个角度看，“工作量证明机制”（PoW) 可以看作是比特币系统的激励机制。

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