比特币挖礦科普專輯到這裡就要收尾了，經過前兩篇文章鋪墊，相信讀者朋友已經對比特币交易和區塊産生的過程有一定的認識。那麼它們跟“挖礦”有什麼關系呢？

我們知道，在比特币網絡中，有很多挖礦節點和礦工參與創建比特币新區塊。如果多個挖礦節點都創建了同一個高度的區塊，該判定誰的區塊更合法呢？比特币引入了PoW（Proof of Work）共識機制，通過挖礦的方式，來競争新區塊的記賬權。誰拿到新區塊的記賬權，它創建的新區塊就合法。挖礦的目的就是赢取記賬權，确認新區塊和交易。那麼挖礦節點和礦工是如何配合工作，完成挖礦的呢？

礦工破解挖礦任務

挖礦節點創建好預備區塊後，将預備區塊的區塊頭數據發送給礦工。礦工收到挖礦任務後，會遞增區塊頭中的随機數。每調整一次，就會按照比特币協議規定，用SHA256算法計算區塊頭的哈希值。如果區塊頭的哈希值大于目标哈希，就繼續變更随機數，直到區塊頭的哈希值小于或者等于目标哈希為止（或者挖礦節點發現新區塊已經由其他節點挖到，此時就會放棄原來挖礦任務，構造新的預備區塊，重新開始挖礦）。

挖礦節點驗證區塊，延長本地區塊鍊

當礦工找到可以使預備區塊頭哈希值小于目标哈希的随機數時，會立即向挖礦節點上報挖礦結果。挖礦節點接收到信息後，立刻按照礦工上報信息重組區塊，并驗證區塊。驗證無誤後，挖礦節點将新區塊保存到節點本地數據庫，并添加到節點本地區塊鍊上。

區塊的驗證信息包括：

• 區塊頭是否合法（區塊頭哈希≤TargetHash）；

• 區塊頭的MerkleRoot哈希跟區塊中交易數據的MerkleRoot哈希是否一緻（驗證交易是否被篡改）；

• 交易數據中第一筆是否為Coinbase交易；

• 區塊中每一筆交易是否合法等等。

向全網廣播新區塊

挖礦節點将新區塊在本地保存後，同步向比特币網絡廣播挖礦結果。由于整個區塊的區塊體積較大，一般會先廣播新區塊的區塊頭。其他節點在接到廣播後，先驗證區塊頭信息，驗證通過後，節點會先在其本地的區塊索引庫中創建新區塊的索引。在接收到新區塊的全部信息後，節點驗證交易信息和區塊頭的MerkleRoot哈希，驗證通過後，節點将這些交易信息錄入新區塊，并延長本地區塊鍊。至此，新區塊的廣播和驗證完畢，挖礦節點開始下一個區塊的挖礦工作。

當前挖礦的一些特點

集群挖礦-礦池：

比特币挖礦這件事情，理論上任何人都可以自建比特币挖礦節點，參與挖礦，甚至可以通過手工驗證區塊頭哈希，破解挖礦任務，競争記賬權。

但博主在上一文中提到，按照當前的挖礦難度，即便使用現在的主流礦機，要找到一個符合比特币網絡要求的新區塊，理論上需要42年時間，而如果使用普通PC或者是手工計算，則需要上萬年甚至上百萬年。

因此，普通礦工單獨挖礦的經濟效益太低，可能挖到機器報廢，還掙不到一分錢。礦池就是在這種情況下應運而生的，大量礦工将自己的礦機接入礦池，從礦池的挖礦節點獲取挖礦任務，集體挖礦。這樣就可以在較短時間内挖到新區塊，獲得區塊獎勵，礦池按照挖礦過程中每個礦工的貢獻情況，分配挖礦收益，所有礦工都可以實時獲取挖礦收益，進行回本或者二次投資。

礦機實際收到的挖礦任務中，TargetHash遠大于比特币網絡要求的TargetHash：

礦池和礦工一起挖礦的流程，一樣遵循上述過程。礦機通過網絡跟礦池通訊，請求挖礦任務，礦池将挖礦任務（包含區塊頭等數據）發送給礦機，礦機變更區塊頭的随機數，并驗證區塊哈希。符合挖礦任務TargetHash要求的随機數，将按照挖礦協議的格式提交給礦池，礦池給礦機提交的挖礦結果計算收益。

需要注意的是，如果給礦機下發的挖礦任務中，TargetHash是此時比特币網絡的TargetHash，那麼這個TargetHash太小，礦機基本不可能找到符合要求的随機數，提交挖礦結果，也就不可能獲得挖礦收益。

因此，礦池給礦機下發的挖礦任務中，有一個單獨的信息：初始挖礦難度。這是一個遠低于全網挖礦難度的數值，對應更大的TargetHash，在這個難度下，礦機可以在較短時間内找到符合要求的随機數，向礦池提交更多挖礦結果。

礦池算力不同于礦機本地算力：

談及挖礦，總有一個繞不開的名詞：算力。到底什麼是算力呢？

算力，其實就是礦工驗證區塊頭哈希值的速度。礦機在獲得挖礦任務後，會按照挖礦任務的信息，遞增區塊頭的随機數，随機數每調整一次，就驗證一次區塊頭的哈希值。可以看到，限制礦機挖礦快慢的唯一一個因素就是它驗證區塊頭哈希值的快慢，因此有了“算力”這個指标。

目前，常規比特币礦機的算力單位是TH/s，它的意思，每秒鐘可以驗證1T次哈希，1T=1×103G=1×106M=1×109K=1×1012次。

有過挖礦經曆的朋友，都會發現，礦機本地顯示的算力跟礦池顯示的算力總是有差異。這是因為，礦機本地顯示的算力，是礦機驗證哈希的速度，它隻跟礦機的性能有關，不管有沒有找到符合挖礦任務要求的随機數，礦機本地算力都一直存在。而礦機在礦池顯示的算力則不同，它是礦池按照礦機實際提交的挖礦結果計算出來的，如果礦機的運氣較差，在較長時間内都沒有找到符合挖礦任務要求的随機數，無法向礦池提交挖礦結果，礦機在礦池的算力就會降低。

但時間拉長後，運氣對礦機破解挖礦任務的影響會降低，礦機較長時間的礦池平均算力，跟礦機本地算力相差不大。

以上是比特币挖礦的基礎知識，如果能讀懂這三篇文章，相信讀者朋友對比特币挖礦會有一個初步的認識。如果想要跟博主交流探讨更多挖礦方面的問題，歡迎關注“閑話挖礦”微信公衆号，同時也能更及時的了解博主更新的挖礦知識。

文中涉及的幾個知識點：

區塊高度：又叫Block Height，相當于區塊的編号，它的值等于區塊鍊中這個區塊之前所有區塊的數量。區塊鍊的第一個區塊是創世區塊，區塊高度為0，第二個區塊的區塊高度為1，第三個區塊的區塊高度為2，以此類推。區塊鍊中區塊的總數，即為最新區塊的區塊高度 1。

PoW：全稱為Proof of Work，中文名稱為工作量證明。是比特币網絡使用的一種用于解決比特币新區塊确權問題的方法。在比特币網絡中，人人都可以參與新區塊的創建工作，PoW機制規定，誰能夠在最短時間内找到一個區塊頭哈希值小于比特币網絡指定的TargetHash的預備新區塊，誰就擁有正式新區塊的記賬權。

記賬權：比特币的區塊鍊，實質上是一個鍊式的大賬本，鍊上的每一個區塊，都是一本賬，上邊記錄了發生在區塊鍊上的比特币交易信息。因此，我們把創建新區塊的過程看作記賬的過程。記賬權，顧名思義為記錄交易賬本的權利，也即在比特币區塊鍊上創建正式新區塊的權利。

參考資料：

• 挖礦的實現

• Block Height

• 工作量證明

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