比特币挖矿是如何运作的？

在本节中，我们将更深入地了解比特币网络中两个非常重要的部分（以及参与者），它们在第5单元中首次被介绍：

• 比特币节点：验证的守门人，主要职责是保存一份比特币账本的副本，并确保所有交易都是有效的，且每个人都遵守相同的规则。通过将这项工作分散给全球许多人，My First Bitcoin 能够在不依赖中心化权威的情况下，抵御潜在的欺诈行为。节点帮助系统保持可信和忠于去中心化的理念，没有任何个人或团体能对其他人拥有过多的权力。
• 比特币矿工：安全的设计师，他们通过使用强大的计算机和电力来解决密码学难题。他们检查并确认交易，确保一切安全。他们的计算工作让账本（或区块链）对任何恶意行为都具有抵抗力，因为篡改区块链会在能源上付出高昂的代价。

比特币节点和矿工共同协作，维护一个去中心化、安全且强大的系统——这是一个全球各地的人们都可以信赖的全新货币体系。让我们更详细地探讨这些角色，了解它们如何为 My First Bitcoin 协议做出贡献。

比特币节点听起来很技术化，但其实它们只是将比特币区块链的副本保存在计算机上的一种软件。区块链是所有比特币交易的共享记录。

当你运行自己的节点时，你可以自己验证比特币交易，而不是依赖他人。这让你更加独立，也有助于保持比特币网络的去中心化。

你可以把比特币节点想象成一个数字交通警察，负责几项重要的工作。

1. 它保存着区块链的副本，也就是所有比特币交易的历史记录。
2. 节点与世界各地的其他节点连接并共享信息。例如，等待确认的新交易列表被称为内存池（mempool）。
3. 节点会检查每一笔交易是否遵守比特币的规则。如果交易无效，节点会拒绝它。

节点还会通过与新节点共享区块链，帮助新节点加入网络。不过，每个新节点仍然会独立检查所有规则。

任何人都可以通过安装如 Bitcoin Core 这样的软件并下载区块链来运行节点。设置完成后，节点大约每十分钟会接收新的区块，并在将其添加到自己的区块链副本前进行验证。

运行节点有助于让比特币网络更加安全和去中心化，因为有更多人独立验证这个系统。

什么是比特币节点？

挖矿的目的不是创造新的比特币；那只是激励机制。挖矿是比特币安全去中心化的机制。
Andreas M. Antonopoulos

矿工收集未确认的交易，组成一个区块，并消耗能源寻找一个能添加并保护该区块的密钥。

矿工们竞争将下一组交易区块添加到区块链。为此，他们必须找到一个特殊的数字，生成一个有效的区块哈希。你可以把这想象成在数十亿种可能性中寻找正确的钥匙。第一个找到正确哈希值的矿工赢得比赛，并获得将其区块添加到区块链的权利。

当矿工找到有效的哈希值后，他们会将自己的区块分享给网络。其他矿工会迅速验证这个解答是否正确。如果正确，该区块就会被添加到区块链，帮助保护比特币的公共账本安全。

矿工有两种方式获得比特币奖励：

• 区块奖励： 新比特币会被创造出来，并奖励给成功添加区块到区块链的矿工。
• 交易手续费： 当人们发送比特币时，会包含一小笔手续费。添加该区块的矿工可以获得该区块内所有交易的手续费。

比特币减半

矿工完成一个区块的奖励每 210,000 个区块减半一次，大约每四年发生一次。

比特币的最大供应量固定为 21,000,000 枚，但在比特币刚诞生时，并不是所有比特币都已被创造出来。相反，新比特币是通过 挖矿 逐步进入流通的。

当矿工成功将一个新的交易区块添加到比特币网络时，他们会获得 区块奖励 ，以比特币的形式发放。在比特币的早期，每个区块的奖励是 50 枚比特币。这个奖励激励人们投入算力和电力来帮助保护网络。

大约每 210,000 个区块（约每 4 年），区块奖励会减半一次。这个事件被称为 减半。减半会减缓新比特币的产生速度，并确保总供应量永远不会超过 2100 万枚。随着时间推移，这让比特币变得越来越稀缺。

流通供应量 指的是某种货币当前可用的总量。对于比特币来说，流通供应量就是已经被挖出并在流通中的比特币数量。

这个 比特币供应计划 是新比特币进入流通的预定且公开的计划，旨在随着时间推移保持比特币的稀缺性。

每次减半事件后，矿工获得的区块奖励都会减半。这会降低新比特币的产生速度。

矿工仍然可以从他们挖出的区块中包含的交易手续费中获得收入。随着时间推移，这些手续费预计会成为矿工收入的重要部分。

减半事件被写入了比特币协议，并且大约每四年会自动发生一次。正因为如此，比特币的发行计划是可预测且透明的。

下表展示了即将到来的减半事件，包括大致日期、发生时的区块高度、新的区块奖励，以及届时已被挖出的比特币总量占比。

随着比特币不断被挖出，流通中的比特币数量会持续增加，直到达到最大供应量 21,000,000 枚，预计会在2140年左右实现。由于新比特币的产出会逐渐减少，如果需求增加，比特币的价格就有可能上涨。这也激励矿工持续通过贡献算力来保障网络安全。

什么是比特币中的有效区块哈希？

在比特币中，矿工们竞争寻找一种被称为区块哈希的特殊代码。这个代码用来标识一个交易区块，并允许其被添加到区块链上。

每个区块都包含了最近的交易信息，同时也包含了前一个区块的哈希值。这将每个区块连接在一起，从第一个区块（创世区块）一直延续到最新的区块，形成一条链。

哈希就像是区块数据的数字指纹。如果区块中的任何信息被更改，指纹也会随之改变。这让任何人都可以轻松验证区块链的交易历史没有被篡改，有助于保障网络安全。

比特币的创造者中本聪挖出了创世区块，解锁了总计50枚比特币。

争夺挖出新区块的竞赛

矿工们竞争寻找一个有效的区块哈希。第一个找到的矿工可以将新区块添加到区块链上，并获得比特币奖励。

要成为有效区块，区块的哈希值必须低于网络设定的一个名为难度目标的数值。由于哈希值是随机的，矿工们必须不断尝试不同的输入，直到找到符合条件的哈希。

如果参与竞争的矿工太多，区块会被挖得太快；如果参与的矿工太少，区块则会被挖得太慢。为了让系统平稳运行，比特币会每2016个区块（大约每两周）自动调整一次挖矿难度。

这种调整确保平均每10分钟就会有一个新区块被添加到区块链上。

难度等级在比特币挖矿中，难度等级衡量找到一个有效区块哈希的难易程度。网络每2016个区块（大约每两周）会调整一次难度，以保证新区块平均每10分钟被添加到区块链上。难度越高，矿工找到有效区块的难度就越大。

通过找到一个有效的区块哈希，矿工证明了他们已经完成了添加新区块所需的工作。这个过程被称为工作量证明（PoW）。这是比特币用来确认交易和添加新区块的安全机制。第一个找到有效哈希的矿工会获得比特币奖励，包括区块奖励和该区块内所有交易的手续费。

工作量证明（PoW）通过让任何试图作弊或控制网络的人付出极高的代价，从而保障了比特币的安全。相比之下，遵守规则会更加有利可图。

矿工主要有四个角色：

1. 收集交易：矿工选择已发送到网络的交易，并将它们放入候选区块中。
2. 执行工作量证明：矿工们通过寻找有效区块哈希，竞争解决一个复杂的数学难题。
3. 广播区块：第一个找到有效解的矿工会将新区块分享给网络。
4. 获得奖励：如果区块有效，它会被添加到区块链中，矿工将获得新生成的比特币和交易手续费。

世界各地有许多矿工同时尝试创建下一个区块。当有矿工找到有效解时，网络会检查该区块。如果一切正确，它就会被添加到区块链中。其他竞争的区块会被丢弃。这个过程让网络保持一致，并防止双重支付。

• 矿工是帮助维护和更新比特币账本的计算机。
• 他们收集交易并将其分组到一个区块中。然后，他们将区块的数据通过哈希算法处理，生成一个称为哈希的唯一代码。
• 矿工会多次重复这个过程，寻找符合比特币规则的哈希。第一个找到有效哈希的矿工会获得新生成的比特币作为奖励，他们的区块会被添加到区块链中。
• 每个区块的哈希也将其与前一个区块连接起来。如果有人试图更改过去的交易，哈希就不再匹配，网络会拒绝被篡改的链。这就是比特币账本安全的原因。

比特币内存池，全称为“内存池”，就像是比特币交易的候车室。当你发送比特币时，你的交易首先会被广播到网络，并被放入内存池中。

你可以把它想象成在餐厅排队等位。你的名字会被写在等候名单上，然后等待有空位。同样地，你的交易会在内存池中等待，直到有矿工把它包含进区块。

比特币节点会检查每一笔新交易，以确保其有效，并且所花费的比特币没有被重复使用。如果交易有效，它就会留在内存池中，直到被确认。

矿工会从内存池中挑选交易，并将它们包含进新的区块。通常，手续费较高的交易会被优先选择。

一旦交易被包含进区块，它就会被确认，并永久记录在比特币区块链上。

活动：探索内存池

本活动让学生接触一个免费且开源的工具，无需技术技能即可使用。它对所有层级的比特币用户都有帮助，无论是初学者还是有经验的人。

要点

1. 内存池 指的是每个比特币节点维护的未确认交易列表，而不是某个特定的服务或平台。
2. 并不存在单一、统一的内存池。Mempool.space 只是众多工具之一。
3. Mempool.space 是开源的，并以易用的可视化区块浏览器而闻名。它提供关于未确认交易、手续费率及其他网络活动的实时数据。

学生提示

Mempool.space 不仅仅是可视化区块。还可以探索比特币生态系统的其他部分：例如，闪电网络、挖矿、算力、矿池，以及区块空间“眼镜”等。

现在你已经了解了公钥和私钥，以及节点和矿工的作用，下面是一次比特币交易从开始到结束的全过程。

1. 亚当想要发送比特币给小明。他创建了一笔包含小明地址、发送金额和手续费的交易。
2. 亚当用他的私钥签署这笔交易，以证明他对比特币的所有权。
3. 他将这笔交易广播到比特币网络。
4. 节点收到交易后，会检查其是否符合规则，包括验证签名以及亚当是否有足够的比特币。
5. 如果交易有效，它会在网络中传播，并被加入到内存池，等待处理的交易都会在这里排队。
6. 矿工从内存池中挑选交易，并将其包含在他们尝试挖掘的区块中。
7. 当某个矿工成功挖出一个区块后，这个区块会被分享给网络，并由其他节点进行验证。
8. 如果区块有效，它就会被添加到区块链上。小明收到比特币。
9. 随着更多区块的加入，这笔交易获得更多确认，安全性也随之提高。

一旦交易被包含进区块，就算作已确认。亚当不能再次花费这部分比特币，而小明可以在新的交易中使用他收到的比特币。

资源

How To Setup Bitcoin Core

观看这个关于比特币节点的视频