比特币发行机制的优化：探讨挖矿过程

2023-07-05 理论教育版权反馈

【摘要】：比特币网络通过“挖矿”来生成新的比特币。事实上，87.5%的比特币将在前12年内被“挖”出来。图5-2比特币的发行机制在比特币的发行环节中主要涉及以下几个参与方：①“矿池”，所谓矿池就是一个通过特定算法而设计的服务器。很多公司已经开发出专业的比特币挖矿机，这种搭载特制挖矿芯片的矿机，要比普通的电脑运算速率高几十倍或者几百倍。分叉会导致币价下跌，挖矿收益锐减。

比特币网络通过“挖矿”来生成新的比特币。所谓“挖矿”实质上是用计算机解决一项复杂的数学问题，来保证比特币网络分布式记账系统的一致性。比特币网络会自动调整数学问题的难度，让整个网络约每10分钟得到一个合格答案。随后，比特币网络会新生成一定量的比特币作为赏金，奖励获得答案的人。2009年比特币诞生的时候，每笔赏金是50个比特币。诞生10分钟后，第一批50个比特币生成了，而此时的货币总量就是50个。随后，比特币就以约每10分钟50个的速度增长。当总量达到1050万个时（2100万个的50%），赏金减半为25个（2012年11月28日，比特币供应量首次减半调整，从之前每10分钟50个递减至25个）。当总量达到1575万个时（新产出525万个，即1050万个的50%），赏金再减半为12.5个（2016年7月递减为12.5个）。根据比特币的设计原理，比特币总量会持续增长，直到2140年达到2100万个。但是比特币货币总量在后期增长的速度将会非常缓慢。事实上，87.5%的比特币将在前12年内被“挖”出来。

比特币的现金支付体系基于哈尔•芬尼（Hal Finney）“可重复使用的工作量证明机制”的思想，在系统中每一个比特币的节点都会收集所有尚未确认的交易，并将其归集到一个数据块中，这个数据块会和前面一个数据块集成在一起。例如，矿工节点会附加一个随机调整数，并计算前一个数据块的SHA-256哈希运算值。挖矿节点不断重复进行尝试，直到它找到的随机调整数使得产生的哈希值低于某个特定的目标。由于哈希运算是不可逆的，寻找到符合要求的随机调整数非常困难，需要一个可以预计总次数的不断试错过程。这时，工作量证明机制就发挥作用了。当一个节点找到了符合要求的解时，它就可以向全网广播自己的结果。其他节点就可以接收这个新解出来的数据块，并检验其是否符合规则。如果其他节点通过计算哈希值发现其确实满足要求（比特币要求的运算目标），那么该数据块有效，其他节点就会接受该数据块，并将其附加在自己已有的链条之后，这就是一个完整的挖矿流程，如图5-2所示。参与比特币产出活动人数的变动也会影响其产出的难度，但人数的变动并不影响比特币的产出总量，因此比特币产出的难度与一定时间内全网投入挖矿工作的平均运算能力相关。单一个体“发现”随机调整数的可能性是建立在其计算能力与全网计算能力的综合比较之上的。

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图5-2　比特币的发行机制

在比特币的发行环节中主要涉及以下几个参与方：①“矿池”，所谓矿池就是一个通过特定算法而设计的服务器。目前全球有三大比特币矿池：Deepbit、Slush和BTCGuild。这三种矿池的产出量、收费方式以及分配方式等各不相同，如在BTCGuild中免收手续费，而另外两个矿池则需要收取1.5%～2%的手续费。②“采矿软件”，所谓采矿软件就是用户挖矿的客户端，其典型代表为GuiMiner。③“采矿机”供应商，为挖矿者（俗称“矿工”）提供高性能的计算设备，例如美国的蝴蝶实验室（Butterfly Labs）、中国的ASICME和烤猫采矿等。

知识链接

比特币挖矿机

比特币挖矿机就是用于赚取比特币的计算机。这类计算机一般有专业的挖矿芯片，多采用安装大量显卡的方式工作，耗电量较大。计算机下载挖矿软件然后运行特定算法，与远方服务器通信后可得到相应比特币，是获取比特币的方式之一。

任何一台电脑都能成为挖矿机，只是受益会比较低，可能十年都挖不到一个比特币。很多公司已经开发出专业的比特币挖矿机，这种搭载特制挖矿芯片的矿机，要比普通的电脑运算速率高几十倍或者几百倍。当前的挖矿机主要有ASIC矿机、GPU矿机、IPFS矿机和FPGA矿机四种类型。

挖矿机主要存在以下几个风险：

电费问题，显卡“挖矿”要让显卡长时间满载，功耗会相当高，电费开支也会越来越高。国内外有不少专业矿场开在水电站等电费极其低廉的地区，而更多的用户只能在家里或普通矿场内挖矿，电费自然不便宜。甚至某小区有人进行疯狂挖矿导致小区大面积跳闸，变压器被烧毁的案例。

硬件支出，挖矿实际是性能的竞争、装备的竞争，有些挖矿机是更多这样的显卡阵列组成的，数十乃至过百的显卡一起来，硬体价格等各种成本本身就很高，挖矿存在相当大的支出。除了烧显卡的机器，一些ASIC（应用专用集成电路）专业挖矿机也在投入战场，ASIC是专门为哈希运算设计的，计算能力也相当强劲，而且由于它们的功耗远比显卡低，所以更容易形成规模，电费开销也更低，单张独显很难与这些挖矿机竞争，但与此同时，这种机器的花费也更大。

系统安全，比特币的支取需要多达数百位的密钥，而多数人会将这一长串的数字记录于电脑上，但经常发生的如硬盘损坏等问题，会让密钥永久丢失，这也导致了比特币的丢失。

系统风险，系统风险在比特币这个里面非常常见，最常见的当属于分叉。分叉会导致币价下跌，挖矿收益锐减。不过很多情况表明，分叉反而让矿工收益，分叉出来的竞争币也需要矿工的算力来完成铸币和交易的过程，为了争取更多的矿工，竞争币会提供更多的区块奖励及手续费来吸引矿工。风险反而成就了矿工。

比特币发行机制的优化：探讨挖矿过程

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