在比特币的璀璨星河中,“挖矿”是一个绕不开的核心概念，它不仅创造新的比特币，更是维护整个比特币网络安全的基石，而驱动这一切的核心动力，便是“算力”，比特币算力究竟是什么？它又如何参与到挖矿这一过程中，挖”出比特币呢？本文将为您详细解析。

什么是比特币算力？

比特币算力（Hash Rate）是指比特币网络中所有矿机每秒钟能进行的哈希运算次数，哈希运算是一种将任意长度的输入数据转换成固定长度输出的加密算法，在比特币挖矿中，矿工们需要不断地进行哈希运算，试图找到一个特定的数值（即“nonce”），使得区块头的哈希值满足比特币网络规定的特定条件（哈希值小于某个目标值）。

算力的单位通常有：

  • KH/s：千次哈希每秒
  • MH/s：百万次哈希每秒
  • GH/s：十亿次哈希每秒
  • TH/s：万亿次哈希每秒
  • PH/s：千万亿次哈希每秒
  • EH/s：亿亿次哈希每秒

算力越高,意味着矿机每秒尝试的nonce次数越多，找到正确解的速度就越快，挖到比特币的概率也就越大，整个比特币网络的算力是动态变化的，它会根据全网矿机的数量、算力水平以及比特币价格等因素进行调整，当前，比特币网络的总算力已达到惊人的EH/s级别，是一个天文数字。

算力如何参与挖矿？

算力参与挖矿的过程,本质上是一个通过大量计算竞争记账权并获得奖励的过程，具体步骤如下：

  1. 准备数据（构建候选区块）： 矿工首先收集最近一段时间内尚未被确认的交易数据，将这些数据打包成一个“候选区块”，他们会将上一个区块的哈希值、时间戳、难度目标等信息一同写入候选区块的头部，形成“区块头”。

  2. 哈希运算（寻找nonce值）： 这是最核心也是最消耗算力的步骤，矿工利用其矿机（ASIC矿机是当前主流）的强大算力，对区块头进行不断的哈希运算（通常是SHA-256算法），在这个过程中，矿工会不断尝试不同的“nonce”（一个随机数），每次尝试都会生成一个不同的哈希值。

  3. 竞争与验证（满足难度目标）： 比特币网络会设定一个“难度目标”，这个目标决定了哈希值需要满足什么样的条件（哈希值的前多少位必须是零），矿工的目标就是通过不断尝试nonce，找到一个哈希值，使其小于或等于这个难度目标所对应的数值。 由于哈希运算具有不可预测性，这完全是一个概率事件，算力越高的矿工，在单位时间内尝试的nonce次数越多，就越有可能率先找到符合条件的哈希值。

  4. 广播与确认（获得记账权）： 一旦有矿工找到了符合条件的哈希值，他会立即将这个新区块广播到整个比特币网络，网络中的其他节点会验证这个新区块的有效性，包括交易的有效性、哈希值是否满足难度目标等。

  5. 获得奖励（挖矿成功）： 如果验证通过，该区块就被正式添加到比特币的区块链中，这个矿工就获得了“记账权”，作为奖励，该矿工会获得两部分收益：

    • 区块奖励：当前每个区块的奖励是6.25个比特币（每约四年减半一次，下一次减半预计在2024年）。
    • 交易手续费：区块中包含的所有交易支付的手续费。

算力与挖矿收益、网络安全的关系

  • 算力与挖矿收益：对于单个矿工而言，其算力占全网总算力的比例，大致决定了其挖到比特币的概率，算力占比越高，挖矿收益的可能性越大，矿工们会不断升级设备，提高算力，以在激烈的竞争中占据优势。
  • 算力与网络安全：算力是比特币网络安全的基石，比特币网络采用“工作量证明”（Proof of Work, PoW）共识机制，攻击者想要篡改账本，需要拥有超过全网51%的算力，这在算力庞大的网络中几乎是不可能完成的任务，全网算力越高，网络就越安全，抵抗攻击的能力就越强。

挖矿算力的演变与现状

比特币挖矿的算力经历了从CPU到GPU,再到专业ASIC矿机的演进，早期个人电脑即可参与，如今则被高度集成、算力惊人的ASIC矿机垄断。 挖矿也从个人行为发展为大规模、专业化的“矿场”运营，矿场通常建在电力资源丰富且廉价的地方（如水电站附近），以降低巨大的电力成本，矿池（Mining Pool）的出现，使得中小矿工可以联合起来，集中算力共同挖矿，然后根据贡献大小分配收益，降低了 solo mining 的风险。