比特币挖矿的原因是什么？它有什么目的？

星蕴 2024年10月15日 09:12 0

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新比特币的铸造过程在某些方面类似于从地下开采贵金属。因此，这一过程被人们称为“比特币挖矿"。这种新货币数额持续稳定的增长类似于黄金矿工耗费资源来增加黄金的流通量。对于比特币来说，消耗的资源是 CPU 计算时间和电力。那么比特币挖矿的原因是什么？它又有什么目的呢？

一、比特币为什么需要挖矿？

比特币挖矿是比特币网络系统的一个重要组成部分，用于达成对账本当前状态的共识。这是让人们能够安全地进行比特币交易的核心。

比特币网络是一个全球级的分布式公共账本，由一个巨大的带有时间戳的交易列表组成。该交易列表记录了所有的账户至今为止的所有交易，例如，A 在星期一上午 10 点向 B 发送了 1 个比特币。账本大约每 10 分钟更新一次，即，增加列出新交易的“区块"。账本被数以千计的被称为“节点"的参与者自动存储，因此，账本的存在让任何人可以看到比特币所有权的当前状态和完整历史。

根据设计，没有一个中心化的机构可以决定哪些交易应该被加入到新区块中。相反，这些“事实"是由各节点根据比特币协议集体协调达成的。这种去中心化使比特币具有一些非常有趣的特性，即抗审查性和无需许可性。

大多数节点只进行交易真实性的验证、存储账本，并将更新传递给其他节点（更新的形式是在链上添加新的区块）。另一方面，有一小部分被称为矿工的节点群体，以相互竞争的方式创建新的区块。当矿工创建新的区块时，他们实际上是在更新账本的状态，或者说是在更新关于谁拥有什么的“事实"。

二、比特币挖矿的目的是什么？

比特币挖矿有以下几个功能：

它是分配新币的一种方法。

比特币设有一套完整的机制用于确保仅在区块链上添加有效的交易，比特币挖矿就是这一套机制中的一部分。

它是一种在有限的吞吐量下对交易进行优先排序的方法（它为有限的区块空间创造了一个公平的市场）。

它为参与者（矿工）提供财务激励，促使其为比特币网络贡献能量，从而有助于保护网络免受攻击者的影响。

三、比特币挖矿如何保护比特币网络？

由于挖矿采用工作量证明机制，因此，潜在攻击者需要在攻击中投入的资源要比可以从攻击中获得的资源还多，从而有助于保护比特币网络的安全。换句话说，挖矿确保了攻击比特币是一个赔钱（并且成本高昂）的买卖，这使得比特币攻击发生的可能性非常小。

四、比特币挖矿是如何进行的？

首先，矿工是向账本提出更新的人，只有成功完成工作量证明的矿工才被允许添加新的区块。这已被编入比特币协议。

矿工可以从一个已被节点广播给网络的潜在交易池中自由选择有效的交易。这些交易被收集到“mempool"（内存池）中。理性诚信的矿工根据交易费用从 mempool 中选择交易，优化得到更高的费用。这就产生了费用市场，有助于确保有限的区块空间得到公平使用。

第一个完成工作量证明的矿工将他/她提出的新区块广播给更广泛的节点网络，然后这些节点会进行检查以确保该区块遵循协议规则。这里的关键规则是：(1) 区块中的所有交易都是有效的（即，没有重复消费）；(2) 新区块适当地引用了前一个区块，并在链中作为下一个区块进行编号（即，新区块构成最长链中的最新区块）。如果该区块遵循协议规则，这些节点会将其发送给其他节点，然后其他节点也会完成同样的过程。通过这种方式，新区块在网络中传播，直到它被广泛接受为事实。

然而，会发生这样一种情况（而且经常会发生）：多名矿工几乎在同一时间完成工作量证明，并同时向网络广播他们的新区块。此外，由于网络延迟和地理位置上的差异，不同节点可能在稍微不同的时间收到新提出的区块。

请注意，不同的矿工提出的新区块可能会略有不同。这是因为，如前所述，矿工是选择将哪些交易纳入区块的人。当两个矿工发出不同的新区块时，竞争性的“事实"版本开始在网络上传播。网络倾向于选择让链以更快速度增长的那个“事实"作为正确版本。

我们来分析一下最后一部分。想象一下，有两条相互竞争的链。假设 75 %的矿工选择了版本 A，并开始为下一个区块进行工作量证明。而 25% 的矿工选择了其他版本，并开始在所选版本的基础上进行同样的工作。据统计，在版本 A 上工作的矿工更有可能首先完成工作量证明，将新版本广播到网络上。由于节点总是以生成最长的链作为选择依据，版本 A 很快会在网络中占据主导地位。事实上，随着链的增长，版本 B 增长较快的可能性会随之消失。当添加 6 个区块后，这从统计学上来说已是不可能的了。