比特幣如何挖礦（挖礦原理）-工做量證實

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在區塊鏈記帳原理 一篇，咱們瞭解到記帳是把交易記錄、交易時間、帳本序號、上一個Hash值等信息計算Hash打包的過程。
咱們知道全部的計算和存貯是須要消耗計算機資源的，既然要付出成本，那節點爲何還要參與記帳呢？在中本聰（比特幣之父）的設計裏，完成記帳的節點能夠得到系統給與的必定數量的比特幣獎勵，這個獎勵的過程也就是比特幣的發行過程，所以你們形象的把記帳稱爲「挖礦」，本文將詳細討論這個過程。

記帳工做

因爲記帳是有獎勵的，每次記帳均可以給本身憑空增長必定數量的個比特幣（當前是12.5比特幣，博文寫做時每一個比特幣是4萬人民幣以上，你們能夠算算多少錢），所以就出現你們爭相記帳，你們一塊兒記帳就會引發問題：出現記帳不一致的問題，比特幣系統引入工做量證實來解決這個問題，規則以下：

• 一段時間內（10分鐘左右，具體時間會與密碼學難題難度相互影響）只有一人能夠記帳成功
• 經過解決密碼學難題（即工做量證實）競爭得到惟一記帳權
• 其餘節點複製記帳結果

不過在進行工做量證實以前，記帳節點會作進行以下準備工做：

• 收集廣播中尚未被記錄帳本的原始交易信息
• 檢查每一個交易信息中付款地址有沒有足夠的餘額
• 驗證交易是否有正確的簽名
• 把驗證經過的交易信息進行打包記錄
• 添加一個獎勵交易：給本身的地址增長12.5比特幣

若是節點爭奪記帳權成功的話，就能夠獲得12.5比特幣的獎勵。

工做量證實

從區塊鏈記帳原理咱們瞭解到，每次記帳的時候回把上一個塊的Hash值和當前的帳頁信息一塊兒做爲原始信息進行Hash。
若是僅僅是這樣，顯然每一個人均可以很輕鬆的完成記帳。
爲了保證10分鐘左右只有一我的能夠記帳，就必需要提升記帳的難度，使得Hash的結果必須以若干個0開頭。同是爲了知足這個條件，在進行Hash時引入一個隨機數變量。

用僞代碼表示一下：

# 沒有難度時爲：Hash(上一個Hash值，交易記錄集) = 456635BCD
Hash(上一個Hash值，交易記錄集，隨機數) = 0000aFD635BCD

咱們知道改變Hash的原始信息的任何一部分，Hash值也會隨之不斷的變化，所以在運算Hash時，不斷的改變隨機數的值，總能夠找的一個隨機數使的Hash的結果以若干個0開頭（下文把這個過程稱爲猜謎），率先找到隨機數的節點就得到這次記帳的惟一記帳權。

計算量分析

（這部分可選閱讀）咱們簡單分析下記帳難度有多大，
Hash值是由數字和大小寫字母構成的字符串，每一位有62種可能性（可能爲26個大寫字母、26個小寫字母，10個數字中任一個），假設任何一個字符出現的機率是均等的，那麼第一位爲0的機率是1/62（其餘位出現什麼字符先無論），理論上須要嘗試62次Hash運算纔會出現一次第一位爲0的狀況，若是前兩2位爲0，就得嘗試62的平方次Hash運算，以n個0開頭就須要嘗試62的n次方次運算。咱們結合當前實際區塊#493050信息來看看：

注：數據來源於https://blockchain.info
咱們能夠看到Hash值以18個0開頭，理論上須要嘗試62的18次方次，這個數是很是很是巨大的，我已經算不清楚了，應該是億億級別以上了。如此大的計算量須要投入大量的計算設備、電力等，
目前應該沒有單礦工獨立參與挖礦了，基本都是由礦工聯合起來組成礦池進行挖礦（礦池裏的礦工按算力百分比來分收益）。

從經濟的角度講，只有挖礦還有收益（比特幣價格不斷上漲也讓收益變大），就會有新的礦工加入，從而加重競爭，提升算力難度，挖礦就須要耗費更多的運算和電力，相互做用引發最終成本會接近收益。

題外話：國內因爲電力成本較低，相對收益更高，中國的算力佔整個網絡的一半以上

驗證

在節點成功找到知足的Hash值以後，會立刻對全網進行廣播打包區塊，網絡的節點收到廣播打包區塊，會馬上對其進行驗證。

若是驗證經過，則代表已經有節點成功解迷，本身就再也不競爭當前區塊打包，而是選擇接受這個區塊，記錄到本身的帳本中，而後進行下一個區塊的競爭猜謎。
網絡中只有最快解謎的區塊，纔會添加的帳本中，其餘的節點進行復制，這樣就保證了整個帳本的惟一性。

假如節點有任何的做弊行爲，都會致使網絡的節點驗證不經過，直接丟棄其打包的區塊，這個區塊就沒法記錄到總帳本中，做弊的節點耗費的成本就白費了，所以在巨大的挖礦成本下，也使得礦工自覺自願的遵照比特幣系統的共識協議，也就確保了整個系統的安全。

說明

礦工的收益其實不只僅包含新發行的12.5比特幣獎勵，同時還有交易費收益（本文忽略一些細節是爲了讓主幹更清晰）。

有興趣的同窗能夠看看圖中區塊都包含了那些信息，紅箭頭標示出的是本文涉及的信息。

本文中有提到共識協議，比特幣共識協議主要是由工做量證實和最長鏈機制 兩部分組成，以後會有博文詳細講解。

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