區塊鏈鼻祖比特幣之9：挖礦、礦池與比特幣的產生

尹成發表於2018-04-27

挖礦

前面我們已經提到過比特幣如何通過數字簽名和交易鏈轉移，交易順序又是如何受到區塊鏈保護。那麼你可能就會有疑問，想付款，你必須參照到先前的支付，那麼比特幣又是怎麼產生的呢？一個緩慢，隨機並讓比特幣流通的方式是解開區塊者會得到比特幣作為獎賞，這既是為什麼解開區塊被稱為挖礦。雖然，解區塊真正的意義是確認交易和保護區塊鏈。每四年，擷取快的賞金會減半，最終會將無幣可挖。一旦解區塊的賞金沒有，還有什麼誘因使挖礦者處理交易呢？出了賞金，挖礦者也會選擇收一些交易處理費。

一筆挖礦的交易，沒有來源：

網路中產生的一筆交易直到成為整個比特幣大賬簿——區塊鏈的一部分時才會被確認有效。平均每 10 分鐘，礦工會將自上一個區塊以來發生的所有交易生成一個新的區塊。新交易不斷地從使用者錢包和應用流入比特幣網路。當比特幣網路上的節點看到這些交易時，會先將它們放到各自節點維護的一個臨時的未經驗證的交易池中。當礦工構建一個新區塊時，會將這些交易從這個交易池中拿出來放到這個新區塊中，然後通過嘗試解決一個非常困難的問題（也叫工作量證明）以證明這個新區塊的合法性。這些交易被加進新區塊時，以交易費用高的優先以及其它的一些規則進行排序。礦工一旦從網路上收到一個新區塊時，會意識到在這個區塊上的解題競賽已經輸掉了，會馬上開始下一個新區塊的挖掘工作。它會立刻將一些交易和這個新區塊的數字指紋放在一起開始構建下一個新區塊，並開始給它計算工作量證明。每個馬上開始下一個新區塊的挖掘工作。它會立刻將一些交易和這個新區塊的數字指紋放在一起開始構建下一個新區塊，並開始給它計算工作量證明。每個礦工會在他的區塊中包含一個特殊的交易，將新生成的比特幣（當前每區塊為 25 比特幣）作為報酬支付到他自己的比特幣地址。如果他找到了使得新區塊有效的解法，他就會得到這筆報酬，因為這個新區塊被加入到了總區塊鏈中，他添加的這筆報酬交易也會變成可消費的。

比特幣系統的信任是建立在計算的基礎上的。交易被包在一起放進區塊中時需要極大的計算量來證明，但只需少量計算就能驗證它們已被證明。挖礦在位元幣系統中起著兩個作用：
▷ 挖礦在構建區塊時會創造新的位元幣，和一個中央銀行印發新的紙幣很類似。每個區塊創造的位元幣數量是固定的，隨時間會漸漸減少。

▷ 挖礦創建信任。挖礦確保只有在包含交易的區塊上貢獻了足夠的計算量後，這些交易才被確認。區塊越多，花費的計算量越大，意味著更多的信任。描述挖礦的一個好方法是將之類比為一個巨大的多人數獨謎題遊戲。一旦有人發現正解之後，這個數獨遊戲會自動調整困難度以使遊戲每次需要大約 10 分鐘解決。想象一個有幾千行幾千列的巨大數獨遊戲。如果給你一個已經完成的數獨，你可以很快地驗證它。然而，如果這個數獨只有幾個方格里有數字其餘方格都為空的話，就會花費非常長的時間來解決。這個數獨遊戲的困難度可以通過改變其大小（更多或更少行列）來調整，但即使它非常大時驗證它也是相當容易的。而比特幣中的 "謎題" 是基於雜湊加密演算法的，其展現了相似的特性：非對稱地，它解起來困難而驗證很容易，並且它的困難度可以調整。