每个人都在谈论比特币挖矿，但究竟什么是挖矿？

雷锋网AI财经评论出版社：本文作者为中国信息通信研究院（工信部研究院）专家敖萌博士。雷锋网独家专文由雷锋网与信息通信技术研究院联合发布。未来，敖猛博士原创区块链系列文章将继续发表。

比特币最吸引人的地方是采矿。为什么采矿如此迷人？因为挖矿可以赚取比特币。在我写这篇文章的时候，比特币的价格是 3900 美元，如果你能挖出一个区块，你可以获得 48750 美元的挖矿收益和大约 6000 美元的交易手续费收入，是不是很吸引人？

那么究竟什么是挖矿？矿工如何通过挖矿获得比特币？这需要从比特币区块链系统采用的PoW（Proof of Work）共识机制说起。

PoW（工作量证明）共识机制

先讲一个故事：

有一个村子，村子里的很多事情都需要大家一起做决定。比如有一天，村长需要所有的村民来决定今天中午村里的大食堂是包饺子还是卷面。通常，我们能想到的方式就是投票——每个村民投一票，少数服从多数。但是有些村民不想在食堂吃饭，所以他可能会把票给别人，这可能会导致不公平，而大多数在食堂吃饭的人可能无法实现自己的愿望。

于是村长改变了做法。 10点50分，他用扩音器向所有村民广播：“中午在食堂包饺子还是做面条，想来食堂吃饭的，我就去食堂门口了。”食堂推巨石，11：00整，石头推到大门东边，中午吃饺子；如果推到大门西边，中午吃面。 ”

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那些想在食堂吃饭的人跑去推石头。贡献多的人终于实现了愿望，贡献少的人也心甘情愿，因为村里从来都是这样的规矩。

这个故事是关于一种实现人群共识的方法，我们可以称之为“工作量证明”。用努力来证明你愿意选择。

在本系列的第一篇文章中，我们谈到了让每个人的账本保持一致的区块链系统。这种保持所有节点数据一致的机制，我们称之为共识机制。可以使用不同的共识算法来达到不同的性能共识效果，最终目的是保持数据的一致性。

记录工作证明，不可篡改

我们已经知道，在比特币系统中，记录交易是系统工作的基本方式。在比特币区块链系统中，区块是记录交易的最基本容器。在比特币（BTC）中，目前的区块大小限制是1MB，（前几天刚刚诞生了一种新的虚拟货币，叫做比特币现金-BCC，目前区块大小限制是8MB）。由于区块大小是有限的，因此每个区块可以容纳的交易数量也有限制。当前的比特币系统规定平均每 10 分钟生成一个块。因此，矿工的工作方式本质上是在 10 分钟内收集互联网上产生的所有交易，然后将这些交易填充到一个区块中。这个块大致如下表所示：

注意第一项，在任何区块中，第一项都没有传输地址。就是所谓的CoinBase（挖矿交易）。没有人付给矿工这笔钱，矿工只是写他应该得到 12. 5 个比特币。所有节点都同意矿工写这个，所以矿工得到挖矿收益。

不同矿工填块时，数据肯定不一样比特币最开始是怎么挖的，因为每个矿工的第一项肯定不一样，矿工只会将挖矿收益转移到自己的地址。所以矿工 Michael 的 CoinBase 是“Michael got 12. 5 个比特币”，矿工 Nancy 的 CoinBase 是“Nancy got 12. 5 个比特币”。

每个矿工填写他收集的交易和他应该得到的收入。那么，谁的战绩会被大家认可呢？比特币使用工作量证明机制，让矿工相互竞争解决一个数学问题，谁先解决，谁就拥有一个大家都认可的区块。就像开篇的村庄一样，每个矿工都在用力推着那块巨石，当石头压倒自己的记录页时，他喊道：“我的工作量证明是成功的，来吧，来看看！”所有的矿工都过来把账户的页面抄下来，贴在自己的账本背面，然后开始新的记账流程。循环往复，账本逐页增加，账本越来越厚。

当“中本聪”决定采用工作量证明机制时，出发点是防止系统受到攻击。 “中本聪”认为，如果攻击者想要弄乱账本，他需要足够的计算能力。也就是说，他比大多数摇滚推手更强大。这样一来，他需要付出巨大的代价，但回报的收益不足以抵消成本，所以攻击者没有经济动机去攻击比特币系统。

与推石头的方式不同的是，在比特币中，每个人通过将结果一起穷尽来解决一个数学问题。并不是计算能力强的人每次都会获胜，因为有人可能已经足够幸运，一举找到了答案。而算力强的人这一次可能就没那么幸运了，他们已经累了很多次都没有遇到解决办法。但从概率的角度来看，得到答案的次数与自身算力在整个比特币网络中的占比是一致的。也就是说，如果一个矿工拥有全网30%的算力，那么基本上在1000分钟内（100个区块产生），30个区块就是他找到的答案，他得到了30%的挖矿收益。

但是，现在比特币的价格越来越高，推石者已经不再满足于自己推石，而是把家里的大骡子和大马都送去干活了。在“中本聪”的原始设计中，一个 CPU 拥有一票，通过计算能力来决定哪个矿工的账户将成为最终账户。随着比特币价格的上涨，GPU挖矿开始出现。后来比特币最开始是怎么挖的，人们对GPU的速度不满意，开始制造挖矿专用芯片。专用芯片计算比特币问题的能力是普通 CPU 的数万倍。因此，比特币不再是“一个 CPU，一票”。这也偏离了最初的“中本聪”设计。比特币网络基本被几大矿池垄断，背离了去中心化货币的初衷。

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