通过加密货币挖矿，能生成新代币、验证交易并通过去中心化节点网络或使用共识算法的验证器将新块添加到区块链分类账中。加密货币挖矿是加密货币运行中的一个重要部分。区块链网络节点网络将确认并记录等待被纳入在区块链数据库中的交易。

由于挖掘区块（即工作量证明，PoW）的难度越来越大，以及对算力的巨大需求超出了个人的能力，公司和团体正在将资源集中在一起创建“矿池”，以直接应对日益复杂的加密货币挖矿。但工作量证明 (PoS) 并为变得简单，它要求代币所有者质押其代币以成为验证者。

加密挖矿本质上有两个功能：一是生成新硬币；而是在区块链中验证/添加新的交易块。

在很大程度上，区块链的安全性取决于挖矿活动。因此，PoW中的矿工需要配备具有稳定电力供应的高度专业化计算机，或者 PoS 中的验证者质押一定数量的加密货币来确认交易并维护区块链的安全及其去中心化性质。

本文将详细介绍加密货币挖矿的概念，并以两种最流行的共识算法——工作量证明 (PoW) 和权益证明 (PoS)——为例展开讨论这一过程。

加密挖矿研究：以比特币挖矿为例

早期的比特币挖矿是由个人使用个人电脑处理和验证区块链上的交易来完成的。但随其发展，整个活动的成本和复杂性也逐渐增加，因此挖矿往往需要公司和矿池才能维持运营。

这些专业公司或矿池试图解决验证加密交易和向区块链数据库添加区块所需的复杂数学计算。这些计算机会收到预定数量的新铸造的代币作为对完成工作的奖励。这种奖励已被编程为区块链工作量证明（PoW）且在区块生命周期中每四年减半一次，例如比特币和莱特币。接下来将以比特币为例，简要讲解区块奖励减半。

比特币减半

比特币减半是指在区块链生命周期中，每四年一次将开采一个比特币区块的总收益进行系统性减半的过程。换句话说，减半将矿工因验证交易和生成比特币区块而获得的奖励减半。

例如，比特币 (BTC) 和莱特币 (LTC) 每四年进行一次区块链减半。2012年11月28日，比特币在区块高度为210,000时进行了首次减半，矿工奖励从50 BTC降至25 BTC。2016年7月9日在区块高度为420,000时进行了第二次减半，区块奖励从25 BTC 降至12.5 BTC，由于矿工数量的增加，挖矿难度也增加了了。

第三次也是最近一次比特币减半发生在2020年5月11日，当时区块高度为630,000，区块奖励因而下降至6.25 BTC。下一次比特币减半预计发生在2024年，减半倒计时已经开始。

进行比特币减半主要是为增加其在市场中的稳定性，对抗通货膨胀并增强其作为通货紧缩货币的市场价值。通货膨胀一直是金融业面临的一个大问题，比特币的目标是能获得避免2008年全球经济衰退的能力。大多数工作量证明（PoW）共识机制都和比特币一样执行区块奖励减半。下面让我们快速看一下莱特币减半。

莱特币减半

莱特币于2011年推出，是业内领先的加密货币之一。该代币旨在为比特币提供合适的替代品。莱特币经历了两次区块奖励减半。第一次发生在2015年8月25日，区块高度为840,000，区块奖励从50 LTC降至25 LTC。第二次发生在2019年8月5日，区块高度为1,680,000，当前区块奖励为12.5 LTC，到2023年8月3日将执行下一次莱特币减半，奖励将降至6.25 LTC。

莱特币减半将通货膨胀率降低了初始利率的一半，从而增加了代币的价值和购买力。2019年减半事件后，莱特币的年通胀率为3.72%。预计在下一次区块减半事件中将降至每年1.80%。如果对代币的需求增加，预计莱特币的价格将在下一次减半时上涨。

共识算法：工作量证明（PoW）和权益证明（PoS）

区块链技术是一个去中心化系统，使用共识算法生成代币、验证交易并将交易块添加到区块链。

在维护区块链及确保其安全方面，共识算法扮演着非常重要的角色。因为共识算法可防止双重支付和验证非法交易的发生。每个经过验证的交易块在添加到区块链时都带有时间戳和加密哈希。

简单来说，共识算法是一个去中心化的计算机或节点网络就数据值或网络状态达成一致协议的过程。通常需要至少 51% 的节点接受一个数据值才能达成协议。因此，它可以在分布式对等网络上将计算机之间的协议去中心化，以维护系统以及数据记录并确保其安全。基本上，共识算法让系统不再依赖性中心化实体或第三方中介。

此外，共识算法已广泛应用于区块链技术以及供应链管理、智能电网、无人机控制等多个领域。接下来，我们将探讨区块链中领先的共识机制技术，即工作量证明 (PoW) 和权益证明 (PoS) 算法。

工作量证明 (PoW)

工作量证明(PoW)共识算法是区块链中使用的第一个节点之间的协议系统，是比特币区块链的代名词，也有其他使用PoW的区块链，如莱特币。

PoW共识算法包含去中心化的计算机和节点网络，这些计算机和节点通过查找特定块的加密哈希来竞赛解决复杂的数学方程式。参与节点尝试通过随机猜测与难度匹配的不同随机数值来解决难题。成功解决难题的节点通常会获得加密货币形式的奖励。

此外，交易数据和随机数值是哈希函数的输入，而相应的解决方案或哈希输出（加密哈希）需要匹配难度。因此，节点网络利用非常高的计算能力来解决问题，从而产生与难度相匹配的加密哈希，这就是术语“工作”的由来。

比特币使用哈希函数SHA-256来解决密码学难题。

人们认为PoW算法是“低效的”且运行起来非常昂贵，因为它发挥计算能力时要消耗大量电力，并且需要花费大量时间（10 分钟）才能成功挖掘一个比特币或向区块链添加一个交易块。许多人认为这是一个巨大的阻碍，环保主义者经常批评比特币挖矿对环境和全球气候带来了不利影响。因此一些国家如中国、玻利维亚、孟加拉国、卡塔尔和摩洛哥已彻底禁止比特币挖矿。

但最近有一项技术创新，即遵循热力学第一定律——能量既不能被创造也不能被破坏，但可以从一种形式转化为另一种形式——越来越多的公司生产出可将巨大的挖矿能源转化为热能的设备，成为冬天我们的房屋和建筑物取暖的措施。

权益证明(PoS)

PoW要求强大的计算能力，需要解决复杂的数学难题，它催生了一种相近的替代——权益证明 (PoS)。 PoS共识算法不需要计算资源（专用设备和电力）来挖掘块。相反，加密货币的所有者可通过质押其代币来参与同步数据、验证交易及向区块链添加区块。此外，质押池让代币持有者能够将他们的币质押/锁定在池中，从而获得从交易费中获利的机会。

总体而言，代币所有者将一定比例的加密货币锁定在钱包中，然后设置一个唯一的验证器节点。加密货币协议将随机选择一个验证器来确认交易并验证块。选择哪个验证器节点取决于质押的代币数量和质押代币的持续时间。区块由多个验证者验证，验证折将获得一笔交易费作为奖励。验证者必须确认并向区块链添加准确的区块，否则会损失部分甚至全部质押份额。

与PoW相比，PoS消耗的电力（能源）更少，因而它对环境友好且运行成本更低。其主要缺点是人们认为PoS提供的安全性低于PoW，因为哪些交易被批准并添加到区块链中总是由质押最高代币的验证者控制的，这与区块链去中心化的特点不相符。

以太坊最初使用PoW算法来验证交易，但最近转向PoS，其目的是减少过多的电力消耗和挖掘区块所需的时间。因此，在PoS算法下，以太坊2.0要求代币持有者质押32 ETH才能被选为验证者。

挖矿是如何运作的：以比特币工作量证明算法为例

在比特币挖矿的过程中，矿工使用复杂的计算机和大量电力来求解，或散列一组数学方程式或与交易相关的算法，以此来验证交易。这些交易被记录在一个块中，每个块都有一个唯一的哈希值，通过加密技术链接到下一个块。更改特定块的哈希值会无意中更改后续块的哈希值，从而使整个区块链网络无效。

要注意的是，区块哈希是一个由字母和数字组成的字母数字字符串。它使用哈希函数生成，隐藏交易数据和用户身份。比特币使用的是SHA-256。

挖掘加密货币变得越来越难，这是对区块进行哈希处理的挑战性过程的结果。对区块进行哈希处理需要大量的计算资源，以解决这些数学加密计算并发现交易或区块哈希。

比特币挖矿需要以下设备：

**专用硬件设备：**需要专门为挖掘加密货币而构建的设备，如图形处理单元 (GPU)、用于加密挖掘的SSD、专用集成电路 (ASIC) 以及最近推出的现场可编程门阵列 (FPGA) 芯片。


这些设备用于执行挖矿所需的特定类型的计算操作。这与普通家用电脑和消费级图形处理卡截然不同。


要注意的是，这些硬件不能在家庭环境中使用，因为它们要消耗大量电力，工作时也会发出非常嘈杂的声音并向环境释放大量热量。

• 软件应用程序：这些是在计算机上运行的专用软件应用程序，可以快速进行挖矿活动，验证并记录块中的交易。这些交易在被添加到区块链之前被发送到节点/矿工网络进行确认。需要使用的软件有ECOS、BeMine、Kryptex Miner Awesome Miner、Easy Miner和Pionex。此外，该软件会计算挖矿奖励并将其转移到您的钱包地址。
• 电力供应：加密货币挖矿需要稳定的电力供应，以为相关的计算机提供能量。因此，为了降低能源成本，矿工通常将矿场选址在发电厂附近。

有了这些设备，具备技术知识也十分重要，能帮助安装各种设备并检查其处于最佳性能。

影响加密货币挖矿的因素

• 电力成本：加密货币挖矿需要大量的电力，这是加密货币挖矿面临的主要问题。这导致为硬件供电所需的高电力成本，从而主要降低了矿工的利润。
• 硬件成本高：大多数挖矿设备（例如 ASIC）都非常昂贵，这让个体矿工望而却步而不能进行加密挖矿。
• 挖矿难度增加：随着区块链技术获得更广泛的应用，加密货币和其他数字资产的需求也在增加。目前，数字货币需求的增加让加密货币越来越受欢迎。从而导致矿工竞相挖掘更多加密货币，增加了挖矿难度。
• 矿工奖励减少：随着挖矿竞争的加剧和区块难度的增加，矿工奖励会系统性地减少。

加密货币挖矿涉及的风险

挖矿成本是大多数人面临的一个共同挑战，尤其是提供稳定电力的成本。仅这一点就大大打击了个体矿工。在一些国家挖矿所需的成本非常高，这导致加密货币矿工面临无法盈利的风险，因为他们的运营成本远高于投资回报。

一个可能的出路是在发电厂附近或工业区内建设矿场，并利用其巨大的能源。

此外，购买现代设备 (ASIC) 需要高昂的费用，进一步限制了从事比特币挖矿的人群。这并不是说您不能用您的个人电脑挖掘比特币，而是要具有获得区块奖励的竞争优势您需要配备ASIC设备——一种专门用于加密货币挖矿的设备。

通过创建矿池和矿场，个体矿工可提供一定比例的算力或挖矿设备，并从矿池的区块奖励中获得一定比例的收益。

还有一大弊端是，这些挖矿设备大多会造成严重的环境污染，例如噪声污染，向环境排放大量热量导致全球变暖等。已有的解决方案是在冬季将这种有用的热能输送到家庭、办公室和建筑物中供暖。

总结

加密挖矿为区块链的维护和安全做出了极大的贡献，是一项值得的冒险。此外，加密挖矿还验证并记录了区块链分类账中的交易。矿工在PoW中获得区块奖励，而验证者在PoS中收取交易费用作为收益。

了解加密挖矿操作的利弊和投资回报是权宜之计。为了在PoW中实现利润最大化，矿工需要先进的设备、获得廉价的电力供应和技术知识，而在PoS中，验证者需要投入大量代币才能具有成为验证者的竞争优势。