挖矿（mining）：全球彩票

矿工做什么

矿工全天候运行相同的循环，与其他所有矿工竞争添加下一个区块。

工作量证明

工作量证明是一场很难猜中但很容易检验的猜谜游戏。

• 矿工修改区块头中的一个数字（即 nonce；一旦用尽，就修改 coinbase 中的额外 nonce 或时间戳），并对区块头进行哈希（hash）计算。
• 矿工需要得到一个低于当前目标值的哈希值。没有捷径可走：唯一的办法就是不断尝试，一台现代机器每秒要尝试数百万亿次。
• 任何人都只需一次哈希计算就能检验获胜区块，因此工作量无法伪造。

目标值与难度调整

目标值决定了这场猜谜游戏的难度。比特币会对其进行调整，使区块平均大约每十分钟产生一个。

• 目标值越低，符合条件的哈希（hash）就越少，因此平均需要尝试更多次。
• 每经过 2,016 个区块（约两周），节点就会比较这些区块实际耗时与预期的两周，并调高或调低目标值。
• 在两次调整之间，区块产生的间隔可能快于或慢于十分钟。

区块补贴与减半

每个区块都会向矿工支付新发行的比特币（Bitcoin），即区块补贴，以及区块内交易的手续费。

• 区块补贴最初为 50 BTC，每 210,000 个区块减半一次，约每四年一次。
• 自 2024 年减半以来，每个区块的补贴为 3.125 BTC。
• 节点执行这一发行计划，因此总供应量会逐渐接近但永远不会超过 2100 万。
• 随着区块补贴减少，手续费在矿工收入中所占的比例会越来越大。

矿工为什么挖矿

挖矿（mining）是一门生意：矿工在竞争市场中争取区块奖励。

• 收入：区块补贴加手续费。
• 成本：机器、电力、冷却和人员。
• 当单台机器的收入低于其运行成本时，这台机器就会被关闭。
• 这就是挖矿倾向于寻找廉价电力，以及算力（hashrate）可能在不同地区之间快速转移的原因。

矿池、算力与能源

大多数矿工加入矿池，汇集算力并分享奖励。

• 矿池让矿工获得更稳定的收入，但也使决定哪些交易被纳入区块的权力更加集中。
• 挖矿消耗真实的电力，并倾向于选择电力便宜或原本会被浪费的地方。
• 这可能有助于平衡电网或利用无法输送到其他地方的能源；同时也会产生电子垃圾和当地成本。
• 真正的问题不是“它是否消耗能源？”，而是“与其他方案相比，这些能源换来了多少安全保障？”

安全预算

矿工收入使攻击比特币的成本变得高昂。随着区块补贴减半，手续费需要承担其中更大的份额。

• 如果手续费持续偏低，相对于链所保护的价值，攻击这条链的成本就会降低。
• 如果手续费上涨，用户为完成结算支付的费用就会增加。
• 没人知道最终结果会怎样。这是比特币（Bitcoin）后期发展中最核心的悬而未决的经济问题，应当以此来看待。

挖矿不是投票

矿工提议区块；节点判断这些区块是否有效。

• 违反供应上限或包含无效签名的区块，无论投入了多少工作量，都会被拒绝。
• 矿工可以选择纳入哪些有效交易，也可以尝试进行 51% 重组。
• 矿工无法自行改写规则。把算力与治理混为一谈是一个常见错误。

51% 的局限

控制超过一半算力的攻击者很危险，但并非无所不能。

• 能做的事：挖出一条竞争链、对自己的币进行双重支付，以及暂时审查交易。
• 不能做的事：凭空创造币、花费他人的币，或在节点不接受新规则的情况下改变供应上限。
• 攻击成本高昂且容易被发现：它是真实的风险，却不是账本的万能钥匙。