比特币挖矿到底是指什么？运算是什么原理

什么是比特币挖矿？

事实上，比特币挖矿是一个比喻性的术语； 人们常常将比特币称为“数字黄金”，因为比特币的总量与黄金一样有限，而且价格昂贵。

黄金是从金矿里挖出来的，比特币是矿工从数字中“挖”出来的。 这里所说的“挖矿”、“矿工”与我们日常生活中所指的不同。 在日常生活中，“采矿”是指矿工开采黄金、煤炭等天然矿物的过程。 “矿工”自然指的是采矿工人。 在比特币世界中，“矿”指的是比特币，所以“挖矿”指的是开采比特币，“矿工”指的是使用挖矿设备（比特币矿机）参与开采比特币的人。

比特币挖矿原理：

比特币系统由用户（用户通过密钥控制钱包）、交易（交易广播到整个比特币网络）和矿工（通过竞争性计算生成一条在各节点达成共识的区块链）组成。区块链是一个分布式的公共网络。包含比特币网络上发生的所有交易的权威账簿）。

比特币矿工通过解决具有一定工作量的工作量证明机制的问题来管理比特币网络——确认交易并防止双重支出。 由于哈希操作是不可逆的，所以找到符合要求的随机调整数非常困难，需要不断试错的过程才能预测总次数。 这时候，工作量证明机制就发挥作用了。 当节点找到符合要求的解决方案时，它可以将其结果广播到整个网络。 其他节点可以接收这个新解出的数据块并检查其是否符合规则。 如果其他节点通过计算哈希值发现确实满足要求（比特币所需的计算目标），则该数据块有效，其他节点将接受该数据块。

中本聪将生成比特币所消耗的 CPU 能力和时间比作金矿消耗资源以将黄金注入经济。 比特币的挖矿和节点软件主要发起零知识证明，通过点对点网络、数字签名和交互式证明系统来验证交易。 每个网络节点向网络广播交易。 这些广播交易经过矿工（网络上的计算机）验证后，矿工可以使用自己的工作证明结果来表达确认。 确认的交易将被打包成数据块。 ，数据块串在一起形成连续的数据块链。 每个比特币节点都会收集所有未确认的交易并将它们聚合到一个数据块中。 矿工节点附加一个随机调整数并计算前一个数据块的哈希值。挖掘节点不断尝试，直到找到一个随机调整，该调整产生的哈希值低于某个目标。

比特币挖矿常用的矿机类型：

ASIC矿机

ASIC矿机是指采用ASIC芯片作为核心计算部件的矿机。 ASIC芯片是专门为特定用途而设计的芯片。 必须说明的是，它不仅仅用于挖矿，还有更广泛的应用范围。 此类芯片的特点是简单、高效。 例如，如果比特币采用算法，那么比特币ASIC矿机芯片就被设计成只计算。 所以在挖矿方面，ASIC矿机芯片的性能超过了目前顶级电脑CPU。 。 由于ASIC矿机在算力上占有绝对优势，计算机和显卡矿机正在逐渐被淘汰。

GPU矿机

GPU矿机，简单解释一下，就是通过显卡（GPU）挖矿的数字货币矿机。 继比特币之后，一些其他的数字资产也相继出现，比如以太坊、达世币、莱特币等，其中一些使用的算法与比特币不同。 为了达到更高的挖矿效率，矿工们做了不同的测试，最终发现算法的数字货币使用ASIC来挖矿效率最高。 对于其他算法的数字货币来说，GPU显卡的挖矿效率最高，这就催生了专门的GPU矿机。

IPFS矿工

IPFS类似于http，是一种文件传输协议。 IPFS的运行需要许多计算机（存储设备）作为网络中的节点。 广义上讲，所有参与的计算机都可以称为IPFS矿机。 为了吸引更多的用户作为节点加入并为网络做出贡献，IPFS网络设计了一种名为 的加密货币，根据贡献的存储空间和带宽量作为奖励分配给参与者（节点）。 狭义上，专门为获取奖励而设计的计算机称为IPFS矿机。 由于IPFS网络需要存储空间和网络带宽，为了获得最高的收益比例，IPFS矿机通常会增强存储空间并降低整机功耗。 例如，配备10个以上大容量硬盘、配备千兆或更高速网卡、采用超低功耗架构处理器等。

FPGA矿机

FPGA矿机是以FPGA芯片作为算力核心的矿机。 FPGA矿机是早期矿机之一。 他们第一次出现是在2011年底，当时一度被看好，但活跃期并不长。 逐渐被ASIC矿机和GPU矿机取代。 FPGA（Field-Gate Array），中文名称为现场可编程门阵列。 更通俗的理解是，FPGA是封装在一个盒子里的大量逻辑器件（如与门、非门、或门、选择器）。 盒子里的逻辑元件如何连接，完全由用户（程序员）决定。

如果把挖矿程序写在FPGA中，那么构建出来的就是一台FPGA矿机。 而且由于FPGA的灵活性很高，不仅可以支持比特币算法，还可以支持GPU矿机擅长的算法。 在FPGA矿机活跃的时期，与同时代的CPU、GPU矿机相比，FPGA的算力性能虽然并不优越，但功耗却低很多，整体功耗比非常高。