通過加密貨幣挖礦，能生成新代幣、驗證交易並通過去中心化節點網路或使用共識算法的驗證器將新塊添加到區塊鏈分類帳中。加密貨幣挖礦是加密貨幣運行中的一個重要部分。區塊鏈網路節點網路將確認並記錄等待被納入在區塊鏈數據庫中的交易。

由於挖掘區塊（即工作量證明，PoW）的難度越來越大，以及對算力的巨大需求超出了個人的能力，公司和團體正在將資源集中在一起創建“礦池”，以直接應對日益復雜的加密貨幣挖礦。但工作量證明 (PoS) 並爲變得簡單，它要求代幣所有者質押其代幣以成爲驗證者。

加密挖礦本質上有兩個功能：一是生成新硬幣；而是在區塊鏈中驗證/添加新的交易塊。

在很大程度上，區塊鏈的安全性取決於挖礦活動。因此，PoW中的礦工需要配備具有穩定電力供應的高度專業化計算機，或者 PoS 中的驗證者質押一定數量的加密貨幣來確認交易並維護區塊鏈的安全及其去中心化性質。

本文將詳細介紹加密貨幣挖礦的概念，並以兩種最流行的共識算法——工作量證明 (PoW) 和權益證明 (PoS)——爲例展開討論這一過程。

加密挖礦研究：以比特幣挖礦爲例

早期的比特幣挖礦是由個人使用個人電腦處理和驗證區塊鏈上的交易來完成的。但隨其發展，整個活動的成本和復雜性也逐漸增加，因此挖礦往往需要公司和礦池才能維持運營。

這些專業公司或礦池試圖解決驗證加密交易和向區塊鏈數據庫添加區塊所需的復雜數學計算。這些計算機會收到預定數量的新鑄造的代幣作爲對完成工作的獎勵。這種獎勵已被編程爲區塊鏈工作量證明（PoW）且在區塊生命週期中每四年減半一次，例如比特幣和萊特幣。接下來將以比特幣爲例，簡要講解區塊獎勵減半。

比特幣減半

比特幣減半是指在區塊鏈生命週期中，每四年一次將開採一個比特幣區塊的總收益進行系統性減半的過程。換句話說，減半將礦工因驗證交易和生成比特幣區塊而獲得的獎勵減半。

例如，比特幣 (BTC) 和萊特幣 (LTC) 每四年進行一次區塊鏈減半。2012年11月28日，比特幣在區塊高度爲210,000時進行了首次減半，礦工獎勵從50 BTC降至25 BTC。2016年7月9日在區塊高度爲420,000時進行了第二次減半，區塊獎勵從25 BTC 降至12.5 BTC，由於礦工數量的增加，挖礦難度也增加了了。

第三次也是最近一次比特幣減半發生在2020年5月11日，當時區塊高度爲630,000，區塊獎勵因而下降至6.25 BTC。下一次比特幣減半預計發生在2024年，減半倒計時已經開始。

進行比特幣減半主要是爲增加其在市場中的穩定性，對抗通貨膨脹並增強其作爲通貨緊縮貨幣的市場價值。通貨膨脹一直是金融業面臨的一個大問題，比特幣的目標是能獲得避免2008年全球經濟衰退的能力。大多數工作量證明（PoW）共識機制都和比特幣一樣執行區塊獎勵減半。下面讓我們快速看一下萊特幣減半。

萊特幣減半

萊特幣於2011年推出，是業內領先的加密貨幣之一。該代幣旨在爲比特幣提供合適的替代品。萊特幣經歷了兩次區塊獎勵減半。第一次發生在2015年8月25日，區塊高度爲840,000，區塊獎勵從50 LTC降至25 LTC。第二次發生在2019年8月5日，區塊高度爲1,680,000，當前區塊獎勵爲12.5 LTC，到2023年8月3日將執行下一次萊特幣減半，獎勵將降至6.25 LTC。

萊特幣減半將通貨膨脹率降低了初始利率的一半，從而增加了代幣的價值和購買力。2019年減半事件後，萊特幣的年通脹率爲3.72%。預計在下一次區塊減半事件中將降至每年1.80%。如果對代幣的需求增加，預計萊特幣的價格將在下一次減半時漲。

共識算法：工作量證明（PoW）和權益證明（PoS）

區塊鏈技術是一個去中心化系統，使用共識算法生成代幣、驗證交易並將交易塊添加到區塊鏈。

在維護區塊鏈及確保其安全方面，共識算法扮演着非常重要的角色。因爲共識算法可防止雙重支付和驗證非法交易的發生。每個經過驗證的交易塊在添加到區塊鏈時都帶有時間戳和加密哈希。

簡單來說，共識算法是一個去中心化的計算機或節點網路就數據值或網路狀態達成一致協議的過程。通常需要至少 51% 的節點接受一個數據值才能達成協議。因此，它可以在分布式對等網路上將計算機之間的協議去中心化，以維護系統以及數據記錄並確保其安全。基本上，共識算法讓系統不再依賴性中心化實體或第三方中介。

此外，共識算法已廣泛應用於區塊鏈技術以及供應鏈管理、智能電網、無人機控制等多個領域。接下來，我們將探討區塊鏈中領先的共識機制技術，即工作量證明 (PoW) 和權益證明 (PoS) 算法。

工作量證明 (PoW)

工作量證明(PoW)共識算法是區塊鏈中使用的第一個節點之間的協議系統，是比特幣區塊鏈的代名詞，也有其他使用PoW的區塊鏈，如萊特幣。

PoW共識算法包含去中心化的計算機和節點網路，這些計算機和節點通過查找特定塊的加密哈希來競賽解決復雜的數學方程式。參與節點嘗試通過隨機猜測與難度匹配的不同隨機數值來解決難題。成功解決難題的節點通常會獲得加密貨幣形式的獎勵。

此外，交易數據和隨機數值是哈希函數的輸入，而相應的解決方案或哈希輸出（加密哈希）需要匹配難度。因此，節點網路利用非常高的計算能力來解決問題，從而產生與難度相匹配的加密哈希，這就是術語“工作”的由來。

比特幣使用哈希函數SHA-256來解決密碼學難題。

人們認爲PoW算法是“低效的”且運行起來非常昂貴，因爲它發揮計算能力時要消耗大量電力，並且需要花費大量時間（10 分鍾）才能成功挖掘一個比特幣或向區塊鏈添加一個交易塊。許多人認爲這是一個巨大的阻礙，環保主義者經常批評比特幣挖礦對環境和全球氣候帶來了不利影響。因此一些國家如中國、玻利維亞、孟加拉國、卡塔爾和摩洛哥已徹底禁止比特幣挖礦。

但最近有一項技術創新，即遵循熱力學第一定律——能量既不能被創造也不能被破壞，但可以從一種形式轉化爲另一種形式——越來越多的公司生產出可將巨大的挖礦能源轉化爲熱能的設備，成爲冬天我們的房屋和建築物取暖的措施。

權益證明(PoS)

PoW要求強大的計算能力，需要解決復雜的數學難題，它催生了一種相近的替代——權益證明 (PoS)。 PoS共識算法不需要計算資源（專用設備和電力）來挖掘塊。相反，加密貨幣的所有者可通過質押其代幣來參與同步數據、驗證交易及向區塊鏈添加區塊。此外，質押池讓代幣持有者能夠將他們的幣質押/鎖定在池中，從而獲得從交易費中獲利的機會。

總體而言，代幣所有者將一定比例的加密貨幣鎖定在錢包中，然後設置一個唯一的驗證器節點。加密貨幣協議將隨機選擇一個驗證器來確認交易並驗證塊。選擇哪個驗證器節點取決於質押的代幣數量和質押代幣的持續時間。區塊由多個驗證者驗證，驗證折將獲得一筆交易費作爲獎勵。驗證者必須確認並向區塊鏈添加準確的區塊，否則會損失部分甚至全部質押份額。

與PoW相比，PoS消耗的電力（能源）更少，因而它對環境友好且運行成本更低。其主要缺點是人們認爲PoS提供的安全性低於PoW，因爲哪些交易被批準並添加到區塊鏈中總是由質押最高代幣的驗證者控制的，這與區塊鏈去中心化的特點不相符。

以太坊最初使用PoW算法來驗證交易，但最近轉向PoS，其目的是減少過多的電力消耗和挖掘區塊所需的時間。因此，在PoS算法下，以太坊2.0要求代幣持有者質押32 ETH才能被選爲驗證者。

挖礦是如何運作的：以比特幣工作量證明算法爲例

在比特幣挖礦的過程中，礦工使用復雜的計算機和大量電力來求解，或散列一組數學方程式或與交易相關的算法，以此來驗證交易。這些交易被記錄在一個塊中，每個塊都有一個唯一的哈希值，通過加密技術連結到下一個塊。更改特定塊的哈希值會無意中更改後續塊的哈希值，從而使整個區塊鏈網路無效。

要注意的是，區塊哈希是一個由字母和數字組成的字母數字字符串。它使用哈希函數生成，隱藏交易數據和用戶身分。比特幣使用的是SHA-256。

挖掘加密貨幣變得越來越難，這是對區塊進行哈希處理的挑戰性過程的結果。對區塊進行哈希處理需要大量的計算資源，以解決這些數學加密計算並發現交易或區塊哈希。

比特幣挖礦需要以下設備：

**專用硬件設備：**需要專門爲挖掘加密貨幣而構建的設備，如圖形處理單元 (GPU)、用於加密挖掘的SSD、專用集成電路 (ASIC) 以及最近推出的現場可編程門陣列 (FPGA) 芯片。


這些設備用於執行挖礦所需的特定類型的計算操作。這與普通家用電腦和消費級圖形處理卡截然不同。


要注意的是，這些硬件不能在家庭環境中使用，因爲它們要消耗大量電力，工作時也會發出非常嘈雜的聲音並向環境釋放大量熱量。

• 軟件應用程序：這些是在計算機上運行的專用軟件應用程序，可以快速進行挖礦活動，驗證並記錄塊中的交易。這些交易在被添加到區塊鏈之前被發送到節點/礦工網路進行確認。需要使用的軟件有ECOS、BeMine、Kryptex Miner Awesome Miner、Easy Miner和Pionex。此外，該軟件會計算挖礦獎勵並將其轉移到您的錢包地址。
• 電力供應：加密貨幣挖礦需要穩定的電力供應，以爲相關的計算機提供能量。因此，爲了降低能源成本，礦工通常將礦場選址在發電廠附近。

有了這些設備，具備技術知識也十分重要，能幫助安裝各種設備並檢查其處於最佳性能。

影響加密貨幣挖礦的因素

• 電力成本：加密貨幣挖礦需要大量的電力，這是加密貨幣挖礦面臨的主要問題。這導致爲硬件供電所需的高電力成本，從而主要降低了礦工的利潤。
• 硬件成本高：大多數挖礦設備（例如 ASIC）都非常昂貴，這讓個體礦工望而卻步而不能進行加密挖礦。
• 挖礦難度增加：隨着區塊鏈技術獲得更廣泛的應用，加密貨幣和其他數字資產的需求也在增加。目前，數字貨幣需求的增加讓加密貨幣越來越受歡迎。從而導致礦工競相挖掘更多加密貨幣，增加了挖礦難度。
• 礦工獎勵減少：隨着挖礦競爭的加劇和區塊難度的增加，礦工獎勵會系統性地減少。

加密貨幣挖礦涉及的風險

挖礦成本是大多數人面臨的一個共同挑戰，尤其是提供穩定電力的成本。僅這一點就大大打擊了個體礦工。在一些國家挖礦所需的成本非常高，這導致加密貨幣礦工面臨無法盈利的風險，因爲他們的運營成本遠高於投資回報。

一個可能的出路是在發電廠附近或工業區內建設礦場，並利用其巨大的能源。

此外，購買現代設備 (ASIC) 需要高昂的費用，進一步限制了從事比特幣挖礦的人羣。這並不是說您不能用您的個人電腦挖掘比特幣，而是要具有獲得區塊獎勵的競爭優勢您需要配備ASIC設備——一種專門用於加密貨幣挖礦的設備。

通過創建礦池和礦場，個體礦工可提供一定比例的算力或挖礦設備，並從礦池的區塊獎勵中獲得一定比例的收益。

還有一大弊端是，這些挖礦設備大多會造成嚴重的環境污染，例如噪聲污染，向環境排放大量熱量導致全球變暖等。已有的解決方案是在冬季將這種有用的熱能輸送到家庭、辦公室和建築物中供暖。

總結

加密挖礦爲區塊鏈的維護和安全做出了極大的貢獻，是一項值得的冒險。此外，加密挖礦還驗證並記錄了區塊鏈分類帳中的交易。礦工在PoW中獲得區塊獎勵，而驗證者在PoS中收取交易費用作爲收益。

了解加密挖礦操作的利弊和投資回報是權宜之計。爲了在PoW中實現利潤最大化，礦工需要先進的設備、獲得廉價的電力供應和技術知識，而在PoS中，驗證者需要投入大量代幣才能具有成爲驗證者的競爭優勢。