您很可能会听到“比特币开采”一词，然后您的思维开始向西方的镐，泥土和丰富的幻想转变。 事实证明，这个比喻距离还不太远。
比特币的挖掘远不那么迷人，但同样具有不确定性，它是由解决复杂的计算数学问题的高性能计算机执行的（也就是说，如此复杂以至于无法手工解决，甚至还足以对功能强大的计算机征税）。 解决这些问题之一的计算机所需要的运气和工作，相当于矿工在沙箱中挖金。 在撰写本文时，计算机解决这些问题中的一个的机会约为13万亿分之一，但稍后会更多。
“比特币挖掘”的结果是双重的。 首先，当计算机在比特币网络上解决这些复杂的数学问题时，它们会产生新的比特币（当指代单独的硬币本身时，“比特币”通常不使用大写字母出现），这与采矿作业从地下提取黄金的过程一样。 其次，通过解决计算数学问题，比特币矿工通过验证其交易信息，使比特币支付网络值得信赖和安全。
很有可能所有这些都变得很有意义。 为了更详细地解释比特币采矿的工作原理，让我们从一个离家更近的过程开始：对印刷货币的监管。
比特币基础知识：比特币与传统货币的区别
至少在美国，消费者倾向于信任印刷货币。 这是因为美元由一家名为美联储的中央银行支持。 除了承担其他责任外，美联储还监管新货币的生产，联邦政府则起诉使用伪造货币。
甚至使用美元进行的数字支付也得到中央机构的支持。 例如，当您使用借记卡或信用卡进行在线购物时，该交易将由万事达卡或Visa等付款处理公司处理。 除了记录您的交易历史记录之外，这些公司还核实交易不是欺诈行为，这也是您旅行时借记卡或信用卡可能被暂停的原因之一。
另一方面，比特币不受中央机构监管。 取而代之的是，比特币得到了全球数百万台名为“节点”的计算机的支持。该计算机网络执行的功能与美联储，维萨卡和万事达卡相同，但有一些主要区别。 节点存储有关先前交易的信息，并帮助验证其真实性。 但是，与那些中央机构不同，比特币节点遍布世界各地，并将交易数据记录在公共列表中，任何人甚至您都可以访问。
比特币基础知识：什么是加密货币挖矿？
当某人使用比特币进行购买或销售时，我们称之为“交易”。在商店和在线进行的交易均由银行，销售点系统和实物收据进行记录。 在没有这些机构的情况下，比特币矿工通过将交易分组为“区块”并将其添加到称为“区块链”的公共记录中来达到相同的效果。然后，节点将维护这些区块的记录，以便可以在将来进行验证。
当比特币矿工向区块链添加新的交易块时，他们的工作之一就是确保这些交易是准确的。 （更多有关如何在一秒钟内发生魔术的信息。）特别是，比特币矿工确保比特币不会被复制，这是一种独特的数字货币怪癖，称为“双倍支出”。对于印刷货币，复制货币就不会一个问题。 一旦您在商店中花了20美元，那张账单就交给了店员。 但是，对于数字货币，情况就大不一样了。
数字信息可以相对轻松地进行复制，因此，使用比特币和其他数字货币时，存在这样的风险，即消费者可以复制自己的比特币并发送给另一方，同时仍然保留原始信息。 让我们暂时回到印制货币，并说有人试图复制他们的20美元钞票，以便在杂货店里消费原始货币和伪造货币。 如果业务员知道客户在重复付款，他们所要做的就是查看账单的序列号。 如果数字相同，那么业务员就会知道钱已经被重复了。 这个类比类似于比特币矿工在验证新交易时所做的事情。
奖励矿工
但是，一天中发生多达500, 000笔买卖，因此，验证每笔交易对于矿工来说可能是一件繁重的工作，这与比特币矿工与美联储，万事达卡或Visa卡之间存在另一个重要区别。 作为对他们努力的补偿，每当矿工向区块链添加新的交易块时，他们都将获得比特币。 每个开采的区块释放的新比特币数量被称为“区块奖励”。 每210, 000个方块或大约每四年一次，方块奖励减半。 2009年为50。2013年为25，2018年为12.5，到2020年中期的某个时候，它将减半至6.25。
以这种减半的速度，流通中的比特币总数将接近2100万，这使得该货币随着时间的推移变得越来越稀少和更有价值，但矿工的生产成本也更高。
比特币采矿如何运作？
抓住了。 为了使比特币矿工能够从验证交易中实际赚取比特币，必须发生两件事。 首先，他们必须验证价值1兆字节（MB）的事务，理论上该事务可以小到1个事务，但通常要几千个，具体取决于每个事务存储的数据量。 这是简单的部分。
其次，为了向区块链添加交易块，矿工必须解决一个复杂的计算数学问题，也称为“工作量证明”。 他们实际上正在尝试提供一个小于或等于目标哈希的64位十六进制数字，称为“哈希”。 基本上，矿工的计算机会根据单位每秒散列（MH / s），每秒千兆位散列（GH / s）或什至每秒兆兆散列（TH / s）的速度散列散列值，猜测所有可能的64-直到找到解决方案为止。 换句话说，这是一场赌博。
在撰写本文时，最新区块的难度级别超过13万亿。 也就是说，计算机产生低于目标的哈希值的机会为13万亿分之一。 从角度来看，与单次尝试选择正确的哈希值相比，单张彩票赢得强力球大奖的可能性高出大约44, 500倍。 幸运的是，采矿计算机系统吐出的哈希可能性比这还多。 尽管如此，挖掘比特币需要大量的能量和复杂的计算设备，但在以后还要更多。
难度级别每2016个区块或大约每2周调整一次，目的是保持采矿速率恒定。 也就是说，有更多的矿工竞争解决方案，问题将变得更加困难。 反之亦然。 如果将计算能力从网络上夺走，则难度会向下调整以使挖掘更加容易。
像我五岁一样解释它（ELI5）
这是一个有用的类比考虑：
“例如，我告诉三个朋友我正在考虑一个介于1到100之间的数字，然后将该数字写在纸上并将其密封在信封中。我的朋友不必猜测确切的数字，他们只是必须是第一个猜出小于或等于我在想的数字的人，而且对得到的猜测数没有限制。
“比方说，我在想数字19。如果朋友A猜21，他们就输了，因为21> 19。如果朋友B猜16，而朋友C猜了12，那么理论上他们都得出了可行的答案，因为16 < 19和12 <19。即使B的答案更接近目标答案19，B也没有“额外的功劳”。
“现在想象一下，我提出了'猜我在想什么数字'这个问题，但是我不是在问三个朋友，而是在问一个介于1到100之间的数字。相反，我是在问数百万个的潜在矿工，而我正在考虑一个64位的十六进制数字。现在您将看到，很难猜出正确的答案。”
您如何与数百万矿工竞争？
如果13万亿美元中的1个听起来不够困难，那么这就是难关。 比特币矿工不仅必须提出正确的哈希，而且还必须是第一个这样做的人。
因为比特币的挖掘本质上是猜测，所以在另一位矿工面前找到正确的答案几乎与计算机产生哈希的速度有关。 就在十年前，比特币的开采可以在普通台式计算机上进行。 但是，随着时间的流逝，矿工们意识到，视频游戏中常用的图形卡比台式机更有效，而图形处理单元（GPU）主导了游戏。 2013年，比特币矿工开始使用专门设计用于尽可能高效地开采加密货币的计算机，称为专用集成电路（ASIC）。 这些费用可能从几百美元到数万美元不等。 另一方面，鉴于撰写本文时比特币的当前价格约为9, 330美元，完成一个区块的奖励为12.5个硬币，或接近117, 000美元，因此对昂贵的ASIC进行前期投资可能最终值得。
如今，比特币挖矿竞争如此激烈，以至于只有使用最新的ASIC才能盈利。 使用台式计算机，GPU或较旧型号的ASIC时，能耗成本实际上超过了产生的收入。 即使拥有最新的设备，一台计算机也不足以与矿工所说的“矿池”竞争。
矿池是一群矿工，他们结合自己的计算能力并在参与者之间分配开采的比特币。 不成比例的大量区块是由池而不是单个矿工开采的。 在比特币历史上的某些时候，采矿池和公司已经占据了大约80％至90％的比特币计算能力。
比特币矿业可持续吗？
在13万亿的赔率中，有1分之几，扩展难度级别以及庞大的用户验证交易网络，大约每10分钟验证一次交易。 但重要的是要记住10分钟是一个目标，而不是规则。
比特币网络每秒可处理约7笔交易，每10分钟将交易记录在区块链中一次。 相比之下，Visa每秒可以处理约24, 000笔交易。 但是，随着比特币用户网络的不断增长，在10分钟内完成的交易数量最终将超过10分钟内可以处理的交易数量。 届时，除非更改比特币协议，否则等待交易的时间将开始并持续更长的时间。
比特币协议的核心问题是“缩放”。虽然比特币矿工普遍同意必须采取某些措施来解决缩放问题，但如何达成缩放共识却很少。 提出了两种主要的解决方案来解决缩放问题。 开发人员建议（1）减少验证每个块所需的数据量，或者（2）增加每个块可以存储的事务数量。 解决方案1减少了每个区块要验证的数据量，将使矿工的交易更快，更便宜。 解决方案2将通过允许增加块大小每10分钟处理更多信息来处理扩展。
2017年7月，代表该网络计算能力约80％至90％的比特币矿工和矿业公司投票决定合并一项程序，该程序将减少验证每个区块所需的数据量。 也就是说，他们采用了解决方案1。
矿工投票添加到比特币协议中的程序称为隔离见证人，即SegWit。 该术语是“隔离的”和“见证”的合并，“见证”是指“比特币交易的签名”。然后，“隔离的见证”意味着将交易签名与区块分离，并将其作为扩展区块附加。 虽然在解决方案中似乎没有将单个程序添加到比特币协议的可能性，但据估计签名数据最多占每个交易块中处理数据的65％。
不到一个月后的2017年8月，一群矿工和开发人员发起了一次硬分叉，离开了比特币网络，使用与比特币相同的代码库创建新货币。 尽管该小组同意解决规模问题的必要性，但他们担心采用隔离见证技术无法完全解决规模问题。
相反，他们采用了解决方案2。由此产生的货币称为“比特币现金”，将块大小增加到8 MB，以便加快验证过程，每天可以执行约200万笔交易。 在2019年11月6日，比特币现金的价值约为302美元，而比特币的约为9, 330美元。
