【科普】解说：挖矿、比特币、区块链

12月初以来，比特币等各种虚拟货币价格一路飙升，大量散户涌入币圈。结果，在12月结束之前，货币市场已经全面暴跌。其中，比特币从17日的1.96万美元跌至22日的1.19万美元，现在又涨到了1.35万左右。这个时候，大家都冷静了下来。

当然，本文的主题不是炒币，而是试图回答两个问题：

一些基本概念

比特币背后的技术被称为区块链。区块链，顾名思义，就是一条链。当然，“链”只是一个形象，表达了区块之间的联系。

什么是块？在你的电脑上安装一个随机的比特币钱包（比如Bitcoin Core），它会下载所有的区块数据（目前最大145GB）到你的电脑上。同步区块的过程其实就是同步历史交易记录的过程（如下图），所以区块大概可以理解为交易记录的集合。

比特币的一个重要特征是去中心化。它没有中央服务器，所有数据都存储在分散的节点中，就像网络一样。安装了比特币客户端的用户将自动成为节点。如果不想成为节点，可以使用在线比特币钱包。各个节点的数据是同步的，所以第一次安装比特币钱包的时候需要下载大量的数据。

所以总的来说，区块链是一条公共交易记录链，即公共账本。

该账本由矿工维护。

挖矿，是什么意思？

挖矿可以理解为记账，即在区块链中打包、提交、确认交易。如果交易没有得到矿工确认，交易就没有完成，如果矿工从不确认，转移的比特币就会凭空蒸发。所以记账（即挖矿）是一个非常重要的过程。

安装了比特币客户端的用户可以自愿参与记账。当然，其他工具也可以用来记账，不一定是比特币客户端。簿记（即采矿）是有偿劳动。报酬有两个来源：

1）假设你是一名矿工，你已经支付了大量的电费和算力帮助网友记账。为了“回报”你，每一笔交易，网友都会向你支付一笔“手续费”。最近交易太多了，但是矿工每天只能记录有限数量的账户，所以谁有更多的费用谁先记录他们的账户。如果费用很少，可能会拖延很长时间，如果不支付费用，可能会永远。没有会计。结果手续费上涨了，平均每笔订单超过20美元（手续费是以比特币计算的，所以也和比特币的价格有关）。

2）手续费其实很低，矿工的收入大部分是记账过程中凭空产生的比特币。人民币由中央政府用印刷机印制，比特币由矿工赚取。这就是比特币的生成机制。比特币的另一个机制是平均每 10 分钟产生一个新块，这意味着无论矿工多么疲惫，他们也只能每 10 分钟完成一次记账。目前，1个记账奖励12.5比特币比特币为何要挖矿，预计2020年6月减为6.25比特币。有一天，奖励减为0，矿工只能赚取手续费。

挖矿就是记账，顺便赚点比特币。会计流程是怎样的？会计是解决数学问题的过程。

我们来看看block长什么样子：下图左侧是block的整体结构。可以看到，所谓的block就是一串超长的，完全看不懂的字符！

嗯，所谓挖矿其实就是不断地改变区块中的值（当然有些值是不能改变的，比如上一个区块的hash值），可以改变时间，改变nonce，改变交易量等，尝试各种组合，打包成一个区块，计算区块的哈希值。

如果这个值（比如 X）小于比特币系统设置的某个值（比如 Y），恭喜！你已经完成了簿记！即这个区块成为合法区块，成为比特币区块链的一员，你将获得12.5个比特币（目前）加63个交易费！如果X大于Y，对不起，这个区块不合格，你不能记录这个账户，你必须重新组合重新计算，直到X小于Y。这叫挖矿。

实际上，Y 也是一个 256 位的字符串。Y通常以很多0开头，所以X开头也会出现很多0。如果X不以0开头，那肯定是不合格的。

SHA-256本身并不是一个复杂的加密算法，但是为了让X小于Y，这个计算量超超超超超超超！如果块中的任何值发生变化，则哈希值可能会非常不同。如果你碰巧发现了一个前面有很多0的哈希值，这个概率是非常非常低的，你需要执行很多操作才能“中奖”。

目前比特币全网算力已经达到1200万TH/s左右，即每秒可以计算120亿个区块的哈希值。速度已经非常快了。即便如此，仍然需要 10 分钟的连续运行才能找到一个合格的区块并完成一个记账。采矿并不容易。

当然，无论多么困难，这都是机器的工作。但我告诉你，2014 年，一位名叫 Ken Shirriff 的专家尝试用一张纸和一支笔进行挖矿，但不幸的是计算能力只有 0.67 哈希/天，这是计算一个块。哈希值，需要一天半的时间。需要多少百万年才能找到一个合格的区块？

你可能会问，比特币的设计者与这样的麻烦无关吗？挖矿，也就是反复计算哈希值，本身没有意义，耗电很大。这样做的目的是为了保证会计的难度。区块链是一个公共账本。如果有人想要篡改账本（例如，将比特币转移到自己的比特币地址），他必须付出巨大的计算能力。

还值得一提的是，让 X 小于 Y，即挖比特币，是一个完全随机的事件。这意味着你可能只用了1秒就找到了一个合格的区块，赚到了十几个比特币，但是​​这样的概率无限接近0，无限接近0其实就是0。为了减少随机性，很多人形成了一个所谓的矿池，用于分组挖矿。

比特币，到底是什么？

我先问你一个问题，下面这个苹果是什么鬼？答：是图片。

那比特币是图片吗？不。是一段文字吗？不。是频率吗？不。是音频吗？不。那是什么？比特币没有物理形式，即使在计算机系统中，比特币也是一种空灵的东西。

比特币不是硬币。比特币交易的最小单位是0.00000001 个比特币。你见过什么真币就算分一亿也能交易吗？比特币只是一个数字，一个数字对应于公共账本（即区块链）中的一个属性。所谓账本记录了一定的归属关系比特币为何要挖矿，公共账本将这个数字与某个比特币地址关联起来。

比特币地址是公开的，任何人都可以查看所有地址。转账比特币其实就是在账本上更改这个号码对应的地址，但是转账需要用私钥签名。如果你同时持有这个地址对应的私钥，那么你就相当于拥有了这个地址对应的数字，也就是拥有了这些比特币。

如果你必须从视觉上“看”比特币，它看起来是这样的（也许你可以这样理解……）：

总结：