《区块链100问》第21-30节

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1、比特币的数字签名

比特币的数字签名，就是只有比特币转账中转出的人才能生成的，一段防伪造的字符串。通过验证该数字串，一方面证明该交易是转出方本人发起的，另一方面证明交易信息在传输中没有被更改。数字签名由数字摘要和非对称加密技术组成。首先通过数字摘要技术把交易信息缩短成固定长度的字符串，然后用自己的私钥对摘要进行加密，形成数字签名。完成后，需要将完整交易信息和数字签名一起广播给矿工，矿工用发起人XX的公钥进行验证，如果验证成功，说明该笔交易确实是发起人XX发出的，且信息未被更改。非对称加密技术是指数字签名加密的私钥和解密的公钥不一致。看起来好复杂，其实真实转账过程只需要你输入私钥就瞬间完成啦！

2、比特币交易和找零机制

比特币转账可以一次把多个地址的余额转出，也可以一次转入多个地址。举个例子，你需要支付给某人 5 个比特币，但是你的 A、B、C 三个地址里个有 1、2、2 个比特币，每个地址的余额都不足以支付 5 个比特币。这时候，你可以发起一笔转账，同时把 A、B、C 三个地址共 5 个比特币转账给某人。在举个例子，如果你的比特币地址有 5 个比特币，但是你只需要转 1 个给某人，你需要在转账的时候告诉矿工，我有 5 个比特币，其中 1 个转账给某人，另外 4 个转回给我自己，可以是原地址或创建新的地址，千万别忘了说，不然剩余的 4 个比特币就全部给矿工当手续费了，这就是比特币的找零机制。

3、挖矿是什么？

挖矿是将一段时间内比特币系统中发生的交易进行确认，并记录在区块链上形成新区块的过程。挖矿的人叫做矿工，简单说来，挖矿就是记账的过程，矿工是记账员，区块链就是账本，怎样激励矿工来挖矿呢？比特币系统的记账权利是去中心化的，即每个矿工都有记账的权利，成功抢到记账权的矿工，会获的系统新生的比特币奖励，因此挖矿就是生产比特币的过程。中本聪最初设计比特币时规定每产生 210000 个区块，比特币奖励减半一次，直至比特币不能再被细分。因为比特币和黄金一样总量有限，所以比特币被称为数字黄金，比特币生产也俗称挖矿。

4、比特币怎么挖矿？

比特币通过挖矿产生，每 10 分钟，全网矿工一起计算一道算术题，谁先算出答案，就相当于挖到了这个区块，该矿工便能获得系统新生的比特币奖励。在比特币刚诞生的时候，通过计算机的 CPU 便可以挖矿，随着挖矿的矿工越来越多，目前用 CPU 已经不能挖出比特币了，大家开始用矿机挖矿。如果你想挖矿，首先需要准备好矿机、比特币地址、挖矿软件等。但是目前比特币网络算力太大，个人配置少量矿机也很难挖出区块。很多矿工加入矿池一起挖矿，矿场只负责计算，矿池负责信息打包，矿池挖到比特币之后根据矿场的算力占比例分配收益， 以此保证更加稳定的投入产出。

5、矿工是怎么挖矿的？

在区块链兴起之前，矿工专指挖煤矿的工人，群体印象是浑身沾满了煤屑，衣服以外都是黝黑皮肤的男人。区块链诞生之后，矿工不再只是煤矿工人的简称，有了一种全新的含义：从事虚拟货币挖矿的人。和传统的“矿工”不同，区块链产业区块链领域的矿工具有更多的科技色彩。矿工的主要工作是交易确认和数据打包，如果你想成为一名矿工，其实也比较简单，购买一台专用的计算设备，下载挖矿软件，就可以开始挖矿了。挖矿不需要矿工亲自动手，实际是由电脑在执行特定的运算，对于矿工来说只要保证矿机电力供应和网络连接就可以了。

6、矿机是什么？

以比特币为例，比特币矿机就是通过运行大量计算争夺记账权从而获得新生比特币奖励的专业设备，一般由挖矿芯片、散热片和风扇组成，只执行单一的计算程序，耗电量较大。挖矿实际是矿工之间比拼算力，拥有较多算力的矿工挖到比特币的概率更大。随着全网算力上涨，用传统的设备(CPU、GPU)挖到比特的难度越来越大，人们开发出专门用来挖矿的芯片。芯片是矿机最核心的零件。芯片运转的过程会产生大量的热，为了散热降温，比特币矿机一般配有散热片和风扇。用户在电脑上下载比特币挖矿软件，用该软件分配好每台矿机的任务，就可以开始挖矿了。每种币的算法不同，所需要的矿机也各不相同。

7、比特币挖矿机的进化史

自从比特币诞生以来，比特币挖矿经历了以下四个阶段：CPU 挖矿 → GPU 挖矿 → 专业矿机挖矿 → 矿池挖矿。2009 年 1 月 3 日，比特币创始人中本聪用电脑 CPU 挖出了第一批比特币。随着大家对比特币的认可，挖矿的人越来越多，全网算力不断上升，挖矿难度逐渐上涨。2010 年 9 月 18 日第一个显卡挖矿软件发布。一张显卡相当于几十个 CPU，挖矿能力得到明显提升。之后又有人发明了基于挖矿芯片的专业挖矿设备，即矿机。目前行业领先的蚂蚁矿机装有将近 200 张 BM1387 芯片，相当于 3 万多张 GPU 的算力。随着更多矿机加入挖矿，单独的矿机也很难挖到比特币了。于是，矿工将自己的矿机集中起来，形成了矿场和矿池。

8、矿场长什么样？

矿场是集中管理矿机的场所，一般选址在电费相对比较便宜并且比较稳定的地方。早期的矿场运营比较粗放，就是搭一个架子，然后把矿机放上去，就可以开始运营了。后来发现这种运行方式下，矿机损坏率高，维修成本太高了。后来开始有了通风、还有隔尘等方案，再往后发展，就有了有室内温度和湿度的严格控制。现在整个矿场的运营方案还在不断升级和进化。因为矿机运行起来噪音比较大，一台矿机运转时，在一米处测试噪音达 73dB 左右，几千台矿机运转起来的时候对周围的影响可想而知，所以有些地方经过设计和装修改造，出现了静音矿场。

9、矿池怎么挖矿？

随着参与挖矿的人数越来越多，比特币全网的算力不断上涨，单个设备或少量的算力都很难再挖到比特币，这时候，矿池诞生了。矿池突破地理位置的限制，将分散在全球的矿工及矿场的算力进行联结，一起挖矿。矿池负责信息打包，接入进来的矿场算力负责竞争记账权。由于集合了很多矿工的算力，所以矿池的算力占比大，挖到比特币的概率更高。矿池挖矿所产生的比特币奖励会按照每个矿工贡献算力的占比进行分配。相较单独挖矿，加入矿池可以获得更加稳定的收益。目前全球算力较大的矿池有鱼池、蚁池、币网、国池、BitFury。除了 BitFury，其余都来自中国。

10、算力是什么？

在通过“挖矿”得到比特币的过程中，我们需要找到其相应的解，而要找到其解，并没有固定算法，只能靠计算机随机的哈希碰撞。一台矿机每秒钟能做多少次哈希碰撞，就是其“算力”的代表，单位写成 hash/s。算力可以简单的理解为计算能力。目前主流的矿机为 14T 左右的计算量级，即一台矿机就能每秒做至少 1.4*10 的 13 次方次哈希碰撞，我们可以说，这一台 14T 规格的矿机就有 14T 的算力。矿工所掌握的所有矿机占比特币全网总算力的百分比是多少，就代表他在这10分钟竞争中能够获胜的概率就是多少。举个例子，如果比特币现在全网的算力是 100，而某个矿工拥有 10 的算力，那么他每次竞争记账成功的概率就是 1/10。

参考资料：

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