比特幣如何挖礦（挖礦原理）-工作量證明
我們知道所有的計算和存貯是需要消耗計算機資源的，既然要付出成本，那節點為什麽還要參與記賬呢？在中本聰（比特幣之父）的設計裏，完成記賬的節點可以獲得系統給與的一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，因此大家形象的把記賬稱為“挖礦”，本文將詳細討論這個過程。
記賬工作
由於記賬是有獎勵的，每次記賬都可以給自己憑空增加一定數量的個比特幣（當前是12.5比特幣，博文寫作時每個比特幣是4萬人民幣以上，大家可以算算多少錢），因此就出現大家爭相記賬，大家一起記賬就會引起問題：出現記賬不一致的問題，比特幣系統引入工作量證明來解決這個問題，規則如下：
- 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）只有一人可以記賬成功
- 通過解決密碼學難題（即工作量證明）競爭獲得唯一記賬權
- 其他節點復制記賬結果
不過在進行工作量證明之前，記賬節點會做進行如下準備工作：
- 收集廣播中還沒有被記錄賬本的原始交易信息
- 檢查每個交易信息中付款地址有沒有足夠的余額
- 驗證交易是否有正確的簽名
- 把驗證通過的交易信息進行打包記錄
- 添加一個獎勵交易：給自己的地址增加12.5比特幣
如果節點爭奪記賬權成功的話，就可以得到12.5比特幣的獎勵。
工作量證明
區塊鏈記賬原理我們了解到，每次記賬的時候會把上一個塊的Hash值和當前的賬頁信息一起作為原始信息進行Hash。
為了保證10分鐘左右只有一個人可以記賬，就必須要提高記賬的難度，使得Hash的結果必須以若幹個0開頭。同是為了滿足這個條件，在進行Hash時引入一個隨機數變量。
用偽代碼表示一下：
Hash(上一個Hash值，交易記錄集) = 456635BCDHash(上一個Hash值，交易記錄集，隨機數) = 0000aFD635BCD我們知道改變Hash的原始信息的任何一部分，Hash值也會隨之不斷的變化，因此在運算Hash時，不斷的改變隨機數的值，總可以找的一個隨機數使的Hash的結果以若幹個0開頭（下文把這個過程稱為猜謎），率先找到隨機數的節點就獲得此次記賬的唯一記賬權。
計算量分析
（這部分可選閱讀）我們簡單分析下記賬難度有多大，
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（可能為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概率是均等的，那麽第一位為0的概率是1/62（其他位出現什麽字符先不管），理論上需要嘗試62次Hash運算才會出現一次第一位為0的情況，如果前兩2位為0，就得嘗試62的平方次Hash運算，以n個0開頭就需要嘗試62的n次方次運算。我們結合當前實際區塊#493050信息來看看：
註：數據來源於https://blockchain.info
我們可以看到Hash值以18個0開頭，理論上需要嘗試62的18次方次，這個數是非常非常巨大的，我已經算不清楚了，應該是億億級別以上了。如此大的計算量需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，從而加劇競爭，提高算力難度，挖礦就需要耗費更多的運算和電力，相互作用引起最終成本會接近收益。
題外話：國內由於電力成本較低，相對收益更高，中國的算力占整個網絡的一半以上
驗證
在節點成功找到滿足的Hash值之後，會馬上對全網進行廣播打包區塊，網絡的節點收到廣播打包區塊，會立刻對其進行驗證。
如果驗證通過，則表明已經有節點成功解迷，自己就不再競爭當前區塊打包，而是選擇接受這個區塊，記錄到自己的賬本中，然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，才會添加的賬本中，其他的節點進行復制，這樣就保證了整個賬本的唯一性。
假如節點有任何的作弊行為，都會導致網絡的節點驗證不通過，直接丟棄其打包的區塊，這個區塊就無法記錄到總賬本中，作弊的節點耗費的成本就白費了，因此在巨大的挖礦成本下，也使得礦工自覺自願的遵守比特幣系統的共識協議，也就確保了整個系統的安全。
進階閱讀比特幣區塊結構Merkle樹及簡單支付驗證分析，可以詳細了解區塊結構如何驗證交易。
說明
礦工的收益其實不僅僅包含新發行的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為了讓主幹更清晰）。
有興趣的同學可以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作量證明和最長鏈機制 兩部分組成，請閱讀比特幣如何達成共識 - 最長鏈的選擇。
深入淺出區塊鏈 - 系統學習區塊鏈，打造最好的區塊鏈技術博客。
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