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BTC的挖掘算法是如何运算的?
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日期:2024-10-31 15:47:40 栏目:区块链 阅读:
BTC挖掘算法的运算奥秘
比特币(BTC)作为全球首个去中心化的数字货币,其背后的挖掘算法不仅是技术的体现,更是经济学、密码学与网络安全交汇的结晶。在探讨BTC的挖掘算法的运算过程时,我们不仅要了解其技术细节,还要掌握其在整个区块链生态系统中的重要性。本文将从多个角度深入分析BTC挖掘算法的运算机制,揭示其背后的核心理念和现实影响。
比特币的挖掘过程是一个复杂的计算过程,涉及到许多技术细节。挖掘算法的核心为“工作量证明”(Proof of Work,PoW),这是比特币网络中确保安全和去中心化的基础。工作量证明是一种通过计算力来验证交易并维护网络安全的机制。在这个过程中,矿工们需要解决一个复杂的数学难题,这个难题的难度是动态变化的,确保了网络的安全性和稳定性。
在BTC挖掘的过程中,矿工们需要通过计算哈希函数来找到一个符合特定条件的哈希值。哈希函数是一种将任意长度的数据映射为固定长度的输出的算法,常用的哈希函数是SHA-256。每个区块包含了前一个区块的哈希值、当前区块的交易数据以及一个随机数(Nonce)。矿工们通过不断调整这个随机数,尝试生成一个哈希值,该值必须小于当前网络设定的目标值(Target)。这一过程需要大量的计算能力,且每一次尝试都是独立的,成功率极低。
值得注意的是,挖掘的难度是会随着网络中矿工数量的变化而调整的。比特币网络每2100个区块会重新调整一次难度,以确保新区块的产生时间大约在10分钟左右。这种动态调整机制确保了网络的稳定性,使得无论矿工的数量如何变化,区块产生的速度都能保持在一个合理的范围内。
挖掘算法不仅仅是技术上的较量,更是资源的竞争。随着比特币的普及,越来越多的矿工加入这个行列,导致挖掘难度不断上升。在这个过程中,矿工们不仅需要强大的计算设备,还需要考虑电力成本、设备折旧等多种因素。尤其是在电力资源紧张的地区,电费的高低直接影响到挖掘的利润。因此,许多矿工开始寻求更具成本效益的解决方案,例如选择电费较低的地区进行挖掘,或者使用更为高效的矿机。
此外,挖掘算法的运算过程也引发了许多关于环境影响的讨论。比特币挖掘所需的巨量电力消耗,成为了环保人士的关注焦点。有研究表明,比特币网络的能耗相当于一些小国家的用电量,这对全球的能源消耗和环境保护带来了不小的挑战。因此,如何在保护环境的前提下进行有效的挖掘,成为了行业内亟待解决的问题。
随着技术的发展,新的挖掘算法也不断涌现,试图取代传统的工作量证明机制。例如,权益证明(Proof of Stake,PoS)就是一种被广泛讨论的替代方案。与PoW不同,PoS通过持有代币的数量和时间来决定谁有权进行区块的验证,这种方式不仅能有效降低能耗,还能提高网络的效率。不过,目前比特币依然采用PoW机制,未来是否会转向其他机制仍然是一个值得关注的话题。
在挖掘的过程中,矿工们不仅是简单的计算者,更是比特币网络的维护者。通过解决数学难题,矿工们为网络提供了安全保障,并获得相应的比特币奖励。这种奖励机制激励矿工们参与到挖掘中来,确保网络的持续发展。随着比特币的总量上限为2100万枚,挖掘奖励将逐渐减少,矿工们的收入也将受到影响,因此如何保持盈利能力将是未来矿工们面临的一大挑战。
从更广泛的角度来看,BTC挖掘算法的运算不仅仅是技术问题,更是经济问题。挖掘过程中的竞争和奖励机制,直接影响到比特币的市场价格和流通量。当挖掘难度上升时,矿工的成本增加,可能导致部分矿工退出市场,从而影响比特币的供应量和价格走势。而当市场价格上涨时,挖掘的吸引力增强,更多的矿工参与进来,可能导致网络的拥堵和交易确认延迟。
此外,挖掘算法的运算还与全球经济环境密切相关。在经济不确定性增加时,越来越多的投资者选择比特币作为避险资产,推动其需求上升。这种需求的变化直接影响到挖掘的收益和矿工的决策。可以说,BTC挖掘算法的运算过程不仅是技术层面的较量,更是经济层面的博弈。
在全球化的今天,比特币的挖掘不仅仅是某个国家或地区的事情,而是一个全球范围内的活动。不同国家的政策、能源成本和技术水平,都会影响到挖掘的效率和收益。例如,在一些电力资源丰富且成本低廉的国家,如中国的某些地区,矿工们可以以较低的成本进行挖掘。而在一些电力价格较高的地区,挖掘的盈利空间则会受到压缩。
总的来说,BTC的挖掘算法运算是一个复杂而多维的过程,涉及到技术、经济、环境等多个方面。在这个过程中,每一个矿工、每一台矿机、每一个哈希值的计算,都是比特币网络安全与稳定的基石。随着技术的不断进步和市场的不断变化,BTC的挖掘算法也将面临新的挑战与机遇,而作为参与者的矿工们,需要不断学习与适应,才能在这个充满变数的领域中立于不败之地。
通过深入分析BTC挖掘算法的运算机制,我们不仅看到了技术的力量,更看到了经济的复杂性和环境的挑战。在未来的数字货币时代,挖掘算法的演变将继续影响着每一个参与者的命运,也将深刻改变我们的金融生态。无论是作为投资者还是技术从业者,理解挖掘算法的运算原理,都是在这个数字经济时代把握机遇的关键。
比特币挖矿是比特币系统安全的一个关键部分。其原理是,比特币矿工将一堆比特币交易归为一个区块,然后反复执行一种叫做Hash的加密操作几十亿次,直到有人找到一个特殊的目标Hash值。至此,该区块即被开采并成为比特币区块链的一部分。Hash
任务本身并不能完成任何有价值的任务,但由于通过它找到一个成功的目标值非常困难,所以它确保了没有人拥有接管比特币系统的能力和资源。
Hash 函数是指输入一个数据区块并创建一个较小的、不可预测的输出。Hash 函数的设计使得没有 "捷径 "来获得所需的输出结果--
你只能不断地对区块进行Hash操作,直到你通过蛮力找到有效的一个结果为止。对于比特币来说,Hash
函数是一个叫做SHA-256的函数。为了提供更高的安全性,比特币将连续重复SHA-256函数两次,这个过程被称为双SHA-256。
在比特币中,一个成功的Hash值是一个以足够多的零开头的数值。就像很少能找到一个以多个0结尾的电话号码或车牌一样,很少能找到一个以多个0开头的Hash。但比特币的难度是呈指数倍增加的。目前,一个成功的Hash必须从大约17个0开始。换句话说,找到一个成功的Hash比在地球上所有沙粒中找到某一粒沙子还要难。
下图显示了比特币区块链中的一个区块以及它的Hash值。黄色的字节经过Hash后生成区块Hash值。在这种情况下,生成的Hash值以足够多的0开始,因此此次挖矿成功。然而,Hash很难一次得到的,在这种情况下,矿工会改变nonce值或其他区块内容,然后进行反复尝试。
比特币使用的SHA-256Hash算法
SHA-256的Hash算法采用512位(即64个字节)的输入块,对数据进行加密组合,并产生256位(32个字节)的输出。SHA-256算法由重复64次的相对简单的回合组成。下图显示了一个回合,它需要8个4字节的输入
--A到H,然后执行一些操作,并生成A到H的新值。
蓝色方框以非线性的方式将数值混合在一起,因此很难用密码学分析这些值。由于算法使用了几个不同的函数,所以发现攻击就更难了。(如果你能找出一种数学捷径来生成成功的Hash值,你就可以接管比特币挖矿了)。
Ma大多数框看A、B、C的位数,对于每个位置,如果多数位数为0,则输出0,否则输出1。也就是说,对于A、B、C的每个位置,看1位的数量。如果是0或1,输出0,如果是2或3,输出1。
Σ0框将A的位数反转,形成三个反转版本,然后将它们相加模数为2。换句话说,如果1位的数量是奇数,则和为1,否则为0,和中的三个值分别是A向右反转2位、13位和22位。
Ch "选择
"框根据输入E的值选择输出位,如果E的某位为1,则输出位为F的对应位,如果E的某位为0,则输出位为G的对应位,这样,F和G的位就根据E的值进行随机选择。
下一框Σ1对E的位进行反转和,除了移位是6位、11位和25位外,其他与Σ0类似。
红框执行32位加法,生成A和E的新值,输入Wt是基于输入数据,稍加处理。(这是输入块被输入到算法中的地方。)输入Kt是为每一轮定义的常数。
从上图可以看出,一轮中只有A和E是变化的。其他值不变通过,旧的A值变成新的B值,旧的B值变成新的C值,以此类推。虽然SHA-256的每一轮都不会对数据有太大的改变,但64轮之后,输入的数据将完全被扰乱。
这对挖矿的硬件意味着什么?
SHA-256的每一步在数字逻辑中都非常容易实现--
简单的布尔运算和32位加法。(如果你学过电子学,你可能已经可以把电路可视化了)。出于这个原因,定制的ASIC芯片可以在硬件中非常高效地实现SHA-256算法,在一个芯片上并行地放上几百轮。
相比之下,Litecoin、Dogecoin和类似的altcoins使用Crypt
Hash算法,该算法被有意设计成难以在硬件中实现的形式。它将1024个不同的Hash值存储到内存中,然后以不可预测的方式将它们结合起来,以获得最终结果。因此,与SHA-256
Hash相比,Scrypt需要更多的电路和内存。你可以通过查看挖矿硬件来了解其影响,Scrypt(Litecoin等)的计算速度比SHA-256(比特币)慢数千倍。
SHA-256算法出乎意料的简单,很容易手动完成。(用于签署比特币交易的椭圆曲线算法用手计算会非常痛苦,因为它有很多32字节整数的乘法)。手工做一轮SHA-256花了我16分45秒。按照这个速度,Hash一个完整的比特币区块(128轮)需要1.49天,每天的Hash率为0.67次(虽然我可能会通过练习变得更快)。相比之下,目前的比特币挖矿硬件每秒可以做到几兆次的Hash,比我的手动Hash快了约五千万倍。不用说,手动比特币挖矿根本不实用。
有Reddit读者问到我的能量消耗。其实不需要太多能量消耗,所以假设静止代谢率为1500kcal/天,人工Hash的能耗差不多为10兆焦耳/Hash。一般挖矿硬件的能耗是1000兆焦耳/Hash。所以,我的能源效率低了10¹⁶。接下来的问题是能源成本。一个便宜的食物能量来源是甜甜圈,200千卡的热量是0.23元。这里的电是0.15美元/千瓦时,便宜了6.7倍
--比我预期的要接近。因此,我每Hash的能源成本大约是挖矿硬件的67倍。很明显,我不会靠人工挖矿发家致富,我甚至还没有包括我需要的所有纸和铅笔的成本。
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大家都说以太坊RollupCentric战略貌似失败了?并深恶痛疾这种L1L2L3的套娃游戏,但有意思的是,过去一年AI赛道的发展也走了一遍L1—L2—L3的快速演化。对比下,究竟问题出在哪里? 1)AI的分层逻辑是,每层都在解决上层无法解决的核心问题。2025-06-16 17:36:58
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Algorand Foundation的新研究:TVL很容易被游戏化研究表明,总价值锁定(TVL)是构建加密货币投资组合和做出投资决策的糟糕指标 新加坡2025年6月10日美通社——来自Algorand基金会代币经济学团队的一项新研究挑战了加密货币领域最被广泛引用的指标之一:总价值锁定。该报告提供了迄今为止最有力的证据,表2025-06-16 12:43:01
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即使在《刺客信条:暗影》和《马里奥赛车世界》等热门 AAA 游戏中,今年迄今为止,独立精品游戏仍然继续抢占风头 。在一款游戏上投入 3 亿美元是让这款游戏走上成功之路的一种方式;像《刺客信条:暗影》和明年的侠盗猎车手6吸引寻求尖端体验的游戏玩家。 但3亿美元并不能保证你能做出一款好游戏——只能保证能做出一款大作。2025年才刚过去不到六个月,独立开发者就源源不断地为我2025-06-15 22:27:09
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解读:Bitwise:关税只是短期噪音?比特币年底目标价20万美元不变?关税只是短期噪音?比特币年底目标价20万美元不变? 加密货币资产管理公司Bitwise近日发布报告,认为近期市场关注的关税政策调整只是短期噪音,不会对比特币的长期走势产生实质性影响。该公司维持此前预测,认为比特币价格在2024年底有望达到20万美元。 关税2025-06-15 15:59:26
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防范和处置非法集资国家金融监督管理总局2025-01-15 22:37:12
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区块链信息服务备案管理系统网络安全和信息化委员会办公室2025-01-15 22:37:12
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BTC,比特币 BitcoinBTC官网、区块地址2025-01-15 22:37:12
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