100 条区块链的第 4 部分 -- 矿工和采矿

在第二篇中，我留下了一个问题，就是虽然收款人没有办法验证付款人是否真的有足够的余额进行支付转账（因为没有中央机构进行认证），所以在这个时间需要矿工来确认，为什么需要矿工的角色，矿工做什么以及挖矿的过程，我们来一一详述。

为什么需要矿工？

比特币是一个点对点的去中心化网络，任何人都可以参与其中，成为这个网络中的一个节点（普通节点或矿工节点），正是因为比特币世界没有中心机构来保证正常运行整个比特币系统（这和我们现在的中心化系统不一样，这是比特币的一大魅力）比特币矿工和矿场运维，那么如何保证比特币的正常运行呢？这需要矿工。

矿工做什么？

因为比特币交易需要确认，多笔交易需要打包成区块，所以矿工会这样做。矿工收到用户广播的票据后，必须验证票据的合法性和真实性。这里的合法性是指矿工会检查付款人的比特币是否足够。根据交易中付款人的地址，矿工查看过去合法交易中“转入”账户的比特币金额。当大于等于这张账单上填写的金额时，交易是合法的，这就解决了我们开始的问题；然后矿工需要用不同的随机数开始散列，直到找到与目标值特征匹配的随机数。如果找到这个随机数，矿工需要验证大约 10 分钟后发生的哈希。交易内容被打包成一个大小不超过 1MB 的区块，然后广播到全网告诉其他矿工有一个新的区块产生了。您不再需要计算随机数，因此其他矿工将对其进行验证。这个随机数是否正确，如果通过了测试，那么这个新区块会被添加到最长链的末尾（为什么是最长的链，这涉及到比特币的分叉，在第七章），然后他们会放弃当前区块的计算，立即继续计算下一个区块的随机数。

比如我现在和小明、小华、小白、小李在做记账比赛（谁赢了就有糖果，所以我们在努力记账），我们都把每一笔有效的交易都考虑在内。交易记录在一本书中，因为我们的记账速度差不多，所以我们几乎同时在书上填满一页（相当于一个块）。这个时候，就不能以谁快来分书了。输赢（因为每个人几乎同时完成了记账），所以我们还需要计算一个数学方程问题，谁先接触这个问题，谁就会得到糖果；于是大家开始计算数学题，假设小明是第一个解题的，当他找到答案时，他喊道：“我解了。”这时，大家开始停止计算工作，开始验证小明的答案是否是解决这个问题的方法。结果，大家都以为小明已经解出了答案。 ，所以这颗糖（比特币）是属于小明的。

挖矿过程

挖矿的过程实际上类似于解决问题。谁先找到答案，谁就获得记账权，从而获得比特币奖励。

挖矿的具体过程如下：参与者根据上一个区块的哈希值，10分钟内验证过的交易内容，加上自己猜到的随机数X，这样新区块的哈希值为小于比特币网络中的给定数字。数字越小，计算起来就越困难。系统会根据上一周期的挖矿时间每两周（即2016个区块后）调整挖矿难度（通过调整限额数），使出块时间稳定在10分钟左右。为避免震动，每次调整最大幅度为4次。

比特币如何确保矿工积极挖矿？

我在第一篇文章中谈到比特币时，简单提到了比特币的奖励机制。比特币的激励机制是用一些比特币奖励矿工，以激励矿工积极记账，从而达到整个系统的稳定性。因此，矿工节点需要不断提升算力来争夺打包区块的算力，因为你的算力越大，你可能首先计算出符合一定标准的比特币区块头的哈希值。哈希值，这就是工作量证明共识机制，简称POW，除了POW，还有POS、DPOS、RAFT等（这个留给第六章共识机制）。比特币通过工作量证明的共识机制确定记账权。一般来说，谁证明自己的工作量最大，谁就负责记账。

除了比特币网络奖励的比特币比特币矿工和矿场运维，矿工还可以获得每笔交易的手续费。奖励手续费在所有比特币发行时都能得到保证（总量为2100万，预计2140年发行）。结束）比特币网络仍在运行。

总结

比特币是一个设计巧妙的系统。