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#4 比特币是怎样产生的?

本期导览

本期我们从交易这个角度来讲一讲,比特币最早是怎么产生的,以及它产生之后,在流通阶段的安全性问题。本期要点:

 

  • 挖矿比特币的初始分配

  • 挖矿的实质:做哈希运算寻找正确哈希值

  • 挖矿的规则:工作量证明机制(POW)

 

比特币是怎么来的?比特币其实是存在于比特币区块链系统之中的,需要我们去挖矿才能获得。所以,我们说,比特币最早的源头是来源于挖矿。

在挖矿这部分,我们将为大家介绍两个知识点:哈希、工作量证明。

一、挖矿是怎么回事?

我们常见到这样一种说法:2009年中本聪在芬兰赫尔辛基的一个小型服务器上挖出了50个比特币,最早的50个比特币由此诞生。这50个比特币其实就是中本聪通过挖矿得到的。

中本聪是怎样挖出50个比特币的呢?这是因为,他参与了比特币区块链系统的创建和维护。比特币的第一个区块是中本创建的,依据比特币系统的设定,他可以得到50个比特币作为奖励。

挖矿其实是一个形象的比喻,它的意思可以理解为解答一道超级难、超级复杂的数学题。因为这个解题的过程有点像开采矿产资源那么难,又要消耗很大的电力,于是,这个解题过程就被人叫作了“挖矿”,那么参与挖矿的人呢,被称作“矿工”。 

#4 比特币是怎样产生的? 

依据比特币系统的设定,比特币恒定2100万,每四年减半。2009年的时候,中本聪挖矿得到的奖励是50个比特币,到现在将近10年过去了,比特币经历了两次减半,从50,到25,再到12.5,所以现在挖矿,也就是创建区块的奖励是12.5个比特币。

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可能有人会问,比特币每四年减半,那矿工赚的比特币奖励不就越来越少了吗?是什么让他们有动力去一直挖矿呢?其实,矿工获得的报酬不仅是挖矿所得,还包含手续费。

你和别人之间进行比特币转账的时候,要付给矿工一定的手续费。手续费是自愿的,你愿意给多少就给多少。不给也可以,但是你不给手续费,你的交易可能就被排在后面了,因为矿工会选择手续费高的交易优先处理,

现在,通过交易平台也好,钱包软件也好,进行比特币交易,手续费的比例都是交易平台和钱包根据你的账户情况,自动生成的一个比较合理的手续费,这一步无需你自己进行什么额外的操作,所以大家可能感受不到付给矿工这笔手续费的存在。

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矿工想要得到丰厚的挖矿奖励和交易费,容不容易?并不容易,而且他们的劳动是有成本的,不要小瞧了他们的成本,成本是非常大的,其中最大的成本就是电费。挖矿成本这部分我们稍后会为大家详细介绍。

二、哈希运算与哈希值

我们刚刚讲过,挖矿其实就是解决一道超级难、超级复杂的数学题,这个解题方法是通过“哈希运算”,题目的解呢,就是“哈希值”。

哈希运算是怎么回事呢?简单来讲,“哈希运算”就要把交易信息(包含时间戳在内的一切信息)打包起来,把这些信息统统“代码化”,来进行复杂的计算,得出哈希值。

“哈希”虽然是一个密码学概念,但是我们可以把它理解成数学函数题。只不过,它和数学函数题稍稍不一样:数学函数题的x和y是双向的,已知x可以求出y,已知y可以求出x;但是,哈希函数是单向的,已知x可以求y,已知y不可求出x。

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为什么要采用“哈希函数”呢?这和比特币系统的安全性有关。比特币系统是一个巨大的、不断更新的账本,这个“账本”是全网公开的,这里就涉及到个人信息泄漏问题。

哈希函数的“单向性”可以保证账户主体的信息隐私安全:你知道我的交易信息,你却不知道我是谁,查不到我的信息。哈希函数的“单向性”让比特币具有很好的匿名性,这就是为什么暗网上喜欢用比特币进行交易。

利用“哈希函数”来保障隐私是很好的办法,但是,计算哈希值的过程其实是非常非常难的。而且,对于比特币而言,随着比特币每四年产量减半,还会越来越难。

难到什么地步呢?这个哈希值,是没有固定算法的,只能依靠计算机随机进行哈希碰撞,碰对了就算答对了。所以呢,挖矿,对计算机的计算能力,也就是算力,要求非常高,挖矿拼的,其实就是算力。

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挖矿的最大成本是电费。最早采用家用电脑花费的电费可以忽略不计,但是家用电脑的算力非常低,很难挖到比特币了,大家开始选择采用专业矿机来挖矿。

专业矿机只需要简单的安装就可以挖矿,计算哈希的过程,专业矿机芯片都会帮你完成。现在主流芯片是ASIC,市面上蚂蚁矿机、阿瓦隆矿机都采用的是ASIC芯片。目前主流的矿机有13.5T左右的计算量级,意味着它每秒可以进行13.5万亿次计算,也就是每秒可以做13.5万亿次哈希碰撞。这个数量很惊人,它消耗的电量也可想而知有多高了,这些电费就构成了矿工挖矿的主要成本。

因为电费太高了,而且专业矿机的噪音一般都很大,所以几乎没有人在家里挖矿,而是租赁矿场的矿机进行挖矿。矿场是矿机集中托管的地方,一般都建立在电费很便宜的地方,我国矿场主要分布在四川、内蒙古。

另外,为了激励计算力较低的矿工继续参与挖矿,又出现了“矿池”。矿池意味着,在一个矿池里,许多不同的人贡献出自己的算力(计算机运算能力)去碰撞哈希,当成功争夺记账权并生成区块之后,矿池会根据每个人的贡献算力的比例来分发奖励。

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在比特币系统的规定里,每10分钟增加一个区块,区块里面的内容是过去10分钟系统内发生的一些交易,所以,矿工挖矿的时间大概是10分钟。

早期,在没有矿机的时代,矿工们需要时刻监听网络,一旦网络上广播了交易,他们就需要在10分钟之内,利用自己的电脑,做大量的哈希运算,直到有人第一个计算出正确的哈希值,他就有了记录交易的权利,也就是创建区块的权利,获得比特币奖励,以及交易的手续费奖励,宣告挖矿成功。

现在,有了专业矿机,矿机可以替代矿工,达到“时刻监听网络、做大量哈希计算”的效果。

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三、工作量证明机制(PoW)

我们上面讲到的这一整套计算哈希的工作,就被称之为“工作量证明”,英文缩写PoW。

在工作量证明机制(PoW)下,全网达成一个共识,也就是一个大家都赞同的规则,这个规则(共识)就是:

通过解答“哈希函数”的方式来证明自己完成了一定的工作量,谁能够快准狠完成工作,解答正确哈希值,谁就会获得记录交易(记账)的权力,进而获得比特币奖励。

所以我们说,“工作量证明机制”(PoW)是多劳多得,少劳少得的,你付出的工作量越多,你能得到比特币奖励的概率就越大。从这个角度看,“工作量证明机制”(PoW) 可以看作是比特币系统的激励机制。

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