以太坊作为全球第二大区块链平台,其“挖矿”过程是支撑网络运行、保障交易安全的核心机制，尽管以太坊已从“工作量证明”（PoW）转向“权益证明”（PoS），但理解传统PoW挖矿的逻辑，仍是掌握区块链共识原理的重要基础，本文将以图示化的方式，拆解以太坊币（ETH）挖矿的完整流程，帮助读者清晰“矿工如何将交易打包成区块，并获得区块奖励”。

挖矿前的核心准备：硬件与软件

挖矿的本质是“通过计算能力竞争记账权”，因此矿工需先搭建“挖矿系统”，核心包括：

  • 硬件：高性能GPU（显卡，如NVIDIA RTX 3090）或专业ASIC矿机，提供强大的哈希运算能力；
  • 软件：挖矿客户端（如Geth）、挖矿程序（如PhoenixMiner、NBMiner），用于连接以太坊网络、打包交易并执行哈希计算；
  • 以太坊钱包：接收挖矿奖励的地址（如MetaMask），需存储钱包私钥确保资产安全。

挖矿全流程图解：从交易到区块奖励

以太坊挖矿可拆解为6个关键步骤,以下结合流程图（文字描述图示逻辑）逐一说明：

步骤1：交易广播与内存池（Mempool）打包

  • 用户发起交易：Alice向Bob转账1 ETH，交易包含发送地址、接收地址、金额、手续费（Gas）等信息，并通过节点广播至以太坊网络。
  • 节点验证与入池：网络中的每个节点（包括矿工节点）验证交易合法性（如余额充足、语法正确），验证通过后将交易存入“内存池”（Mempool），等待被打包。
  • 图示逻辑： 
    [用户Alice] → [交易广播] → [网络节点] → [验证交易] → [存入Mempool]

步骤2：矿工选择交易与构建候选区块

  • 选择交易：矿工从Mempool中优先选择“手续费高”的交易（矿工收益=区块奖励 交易手续费），按手续费从高到低排序，构建“交易列表”。
  • 构建候选区块：矿工将选定的交易、最新区块的哈希值（父区块哈希）、时间戳等信息组装成“候选区块”，但区块头中的“Nonce值”（随机数）暂为0，区块哈希未计算。
  • 图示逻辑： 
    [矿工节点] → [读取Mempool] → [筛选高手续费交易] → [组装候选区块]

步骤3：工作量证明（PoW）：哈希碰撞与Nonce值计算

  • PoW核心目标：通过不断调整Nonce值，计算候选区块的哈希值，使其满足“难度目标”（如前20位为0），哈希函数（如Keccak-256）具有“单向性”，只能通过暴力尝试找到符合条件的Nonce。
  • 计算过程：矿工GPU/ASIC以每秒数十亿次的速度尝试不同Nonce值，每次计算生成一个区块哈希，直到哈希值≤网络当前难度阈值。
  • 图示逻辑： 
    [候选区块] → [设置Nonce=0] → [计算区块哈希] → [哈希≥难度？] → [是：挖矿成功；否：Nonce 1，重新计算]

步骤4：广播新区块与网络验证

  • 广播区块：矿工找到有效Nonce值后，将新区块（包含交易列表、父区块哈希、Nonce、时间戳等）广播至整个以太坊网络。
  • 节点验证：其他节点验证新区块的合法性，包括：
    1. 交易是否在Mempool中且未被重复打包；
    2. 区块哈希是否满足难度目标；
    3. 父区块哈希是否正确（确保区块链连续）。
  • 图示逻辑： 
    [矿工广播新区块] → [网络节点] → [验证区块合法性] → [通过：接受区块；失败：丢弃]

步骤5：确认区块与更新状态

  • 区块确认：若超过51%的节点验证通过，新区块被正式添加到“以太坊区块链”的末端，成为“最新确认区块”。
  • 状态更新：节点根据区块中的交易更新“状态树”（记录账户余额、合约状态等），Mempool中已打包的交易被移除。
  • 图示逻辑： 
    [验证通过] → [新区块上链] → [更新状态树] → [清空已打包交易]

步骤6：矿工获得奖励

  • 区块奖励：以太坊协议规定，每个成功打包区块的矿工获得固定数量的ETH（2022年9月合并前为2 ETH，合并后PoS阶段已取消）。
  • 交易手续费：区块中所有交易的Gas费按矿工设定的比例分配给矿工（如100%归矿工）。
  • 奖励到账：奖励矿工的ETH自动转入其指定钱包地址，通常需要等待多个区块确认（如6个确认，约1分钟）确保安全。
  • 图示逻辑： 
    [矿工钱包] ← [区块奖励 交易手续费] ← [网络结算]

挖矿过程关键图示总结

为更直观展示上述流程,以下为简化流程图： 

用户交易广播 → Mempool存储交易 → 矿工筛选交易 → 构建候选区块 → PoW计算（Nonce碰撞） → 广播新区块 → 网络验证 → 区块上链 → 矿工获得奖励

（注：实际图示可增加“区块头结构”“哈希计算示意图”“难度调整机制”等细节，此处文字描述核心逻辑。）

以太坊挖矿的演变：从PoW到PoS

值得注意的是,以太坊已于2022年9月通过“合并”（The Merge）从PoW转向PoS共识机制，在PoS模式下，矿工由“验证者”（Validator）取代，验证者通过质押ETH（至少32 ETH）竞争打包区块，无需消耗大量算力，挖矿过程更节能、更去中心化，本文所述PoW挖矿是理解区块链早期共识机制的重要参考。