一、一文带你看懂比特币如何挖矿

比特币挖矿过程与资源消耗的对应关系，正如《比特币白皮书》所描述的，比特币的货币增长与黄金矿工增加黄金流通量类似，消耗的资源是 CPU计算时间与电力。

比特币挖矿的步骤简单概括如下。比特币挖矿依赖于工作量证明机制，其核心在于计算过程的复杂性与验证过程的简单性。通过构造数学问题，比如解方程，来实现工作量证明。

以小红为例，假设她需要选择一个男生陪她看电影，她会出一道数学题，只有第一个解出正确答案的男生才有资格。解题过程是复杂且耗时的，而验证答案的正确性则相对简单。这种机制确保了每个人确实花费了计算资源。

为防止答案被窃取，小红可以为每个男生发送不同的方程，以此确保答案的唯一性。通过这种方式，计算过程的复杂性得到了有效验证。

比特币挖矿采用哈希算法实现工作量证明，比特币网络的难度值会根据全网算力动态调整，以确保区块的平均生成时间稳定在大约10分钟。

比特币的哈希算法被称作SHA-256，它对随机输入产生随机输出。通过不断尝试计算区块的哈希值，直到得到特定的哈希值，即区块头部nonce字段的值。这个特定哈希值的特点是其前几位为0。

比特币的挖矿过程依赖于全网算力的竞争，算力的增加会导致难度值的增加，反之则减少。目前，比特币网络的全网算力已经达到了100EH/s，即每秒钟计算1万亿亿次哈希。

挖矿难度决定了矿工获得奖励的可能性。比特币总量被限制为约2100万个比特币，初始挖矿奖励为每个区块50个比特币，每4年减半。

当矿工成功找到特定哈希值的新区块后，会向全网广播该区块，其他矿工验证有效后将其添加到区块链的尾部。如果出现区块分叉，网络将采用最长分叉的共识算法，以保持数据一致性。

比特币挖矿的成本包括能源消耗与硬件设备成本。比特币网络的年用电量在全球排名中位于较高位置。中国一度是全球比特币开采的主要地区，但由于政策调整与碳中和目标，矿工已转移到其他国家。

通过理解工作量证明机制、哈希算法、挖矿难度、区块分叉与共识算法，以及挖矿成本与全球分布，我们能更直观地理解比特币挖矿的过程及其对资源的消耗。

二、比特币挖矿的难度和算力

难度是对挖矿困难程度的度量，即指：计算符合给定目标的一个HASH值的困难程度。

difficulty= difficulty_1_target/ current_target

difficulty_1_target的长度为256bit，前32位为0，后面全部为1，一般显示为HASH值：0x00000000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF， difficulty_1_target表示btc网络最初的目标HASH。 current_target是当前块的目标HASH，先经过压缩然后存储在区块中，区块的HASH值必须小于给定的目标HASH,区块才成立。

例如：如果区块中存储的压缩目标HASH为 0x1b0404cb,那么未经压缩的十六进制HASH为

所以，目标HASH为0x1b0404cb时，难度为：

比特币的挖矿的过程其实是通过随机的hash碰撞，找到一个解 nonce，使得块hash小于目标HASH值。而一个矿机每秒钟能做多少次hash碰撞，就是其“算力”的代表，单位写成 hash/s或者 H/s

算力单位：

比特币系统的难度是动态调整的，每挖 2016个块便会做出一次调整，调整的依据是前面2016个块的出块时间，如果前一个周期平均出块时间小于10分钟，便会加大难度，大于10分钟，则减小难度，目的是为了保证系统稳定的每过 10分钟产出一个块，所以难度调整的时间大概是2周（2016* 10分钟）

全网算力是btc网络中参与竞争挖矿的所有矿机的算力总和。当前难度周期全网算力会影响下一个周期的难度调整，如果全网算力增加，挖矿难度增大，单台矿机固定时间的产出就会减少。目前全网算力大概是24.42EH/s，一台蚂蚁S9矿机的算力大概是14TH/s

那么，已知当前全网算力，下一个周期难度将如何调整呢？

根据公式：

因为出块时间要稳定在10分钟，也就是600s:

那么，在3.46e+12的难度下，一台算力为14TH/s的矿机平均要花多长时间才能出一个块呢？

根据公式：

有：

结果大概是12270天

三、比特币矿机是如何通过计算挖币的

中本聪打造比特币的时候，希望比特币是一个去中心化的货币，不仅使用、交易如此，挖矿也应该如此。但是事与愿违，随着比特币等加密货币的价值越来越高，挖矿成为了一个产业，竞争越来越激烈，对挖矿算力的追求越来越高，所以从普通电脑挖矿，进化出了ASIC矿机与GPU矿机。

用ASIC矿机挖矿的币，算法几乎都为SHA256，而用GPU挖矿的算法则不同，例如BTG的算法是Equihash，BCD的算法是optimized X13。虽然不是绝对，但可以简单的认为，SHA256算法的币，一般都是用ASIC矿机挖。其他算法的币则基本都使用GPU矿机。也有例外，scrypt算法的莱特币以前用GPU矿机挖，但后来scrypt算法也被ASIC芯片攻克，比如蚂蚁矿机L3+，就是用来挖莱特币的ASIC矿机。

ASIC矿机，是指采用ASIC芯片作为算力核心的矿机。其中ASIC是Application Specific Integrated Circuit的缩写，是一种专门为某种特定用途设计的电子电路（芯片）。有矿机厂专门为计算比特币的SHA256算法而设计了ASIC芯片，使用它们的矿机就是ASIC矿机。由于ASIC芯片只为特定计算打造，所以效率可以比CPU这种通用计算芯片要高很多。举个例子，当前主流的蚂蚁矿机S9就是ASIC矿机，使用了189片ASIC芯片，算力达到了13.5TH/s，功耗仅为1350W。作为对比，当前电脑显卡旗舰GTX1080Ti挖比特币的算力，就算优化的好基本也不会超过60MH/s。相差了数万倍，非常悬殊。

而GPU矿机，是指使用GPU显卡作为算力核心的矿机。诸如以太坊、比特币钻石等加密货币用的是图形算法，所以用显卡计算的速度会最高。相对于ASIC矿机，GPU矿机更被大众熟知，因为说白了它就是一台加强了显卡配置的电脑。

GPU矿机的目的是赚钱，所以要追求功耗比与最大收益，所以选择要注重性价比，一般中高端定位的显卡，比如AMD RX560、RX570的功耗比高，是GPU矿机的好选择。而GTX1080Ti、AMD Vega64这样旗舰虽然单卡性能最强，但售价与功耗算下来并不划算。

另外，ASIC矿机也有一些比较奇葩的产品，比如烧猫的USB矿机，是个比U盘略微大一些的东东，功耗也只有2.25W，是目前最小的比特币矿机。

以上引用挖币网—“矿机分类介绍”，专业名词较多，希望对您有帮助，谢谢！

四、比特币有被完全挖完的一天吗比特币是如何挖出来的

每10分钟就会有一块比特币被挖掘出来，由于市场竞争激烈，12.5比特币的区块链奖励将根据矿工在这一过程中的算力贡献在竞争者之间分配。大部分比特币挖掘也被大型矿场和矿池所取代，因此，为了获得一些比特币，你必须加入其中一个或另一个矿池，并贡献你所能贡献的算力。使用传统的个人计算机，甚至GPU服务平台可能需要多个月的时间才能赚取比特币，因为ASIC芯片目前在比特币挖掘行业占据主导地位。个人挖掘已经是一个不利条件，因为他无法与大型企业竞争，后者拥有数百台最新的矿山设备，全天24小时运行。比特币最初每10分钟产生50块币，每天产出50×6×24=7200个比特币；4年后每10分钟产生25块币，每天挖出3600个比特币；再过4年每10分钟产生12.5块币，每天挖出1800个比特币；2020年后再次减半，每10分钟产币6.25块币，每天挖出900个比特币依此类推。大约到2140年，区块链发行结束，大约2100万个比特币，这是比特币的总产量，因此不会无尽增加下去。比特币已经成为世界上最好的价值储存资产，并且会替代大多数目前所使用的价值储存资产，如现金、黄金、部分房地产，你可以大致估算这部分资产的价值，然后除以2100万，应该是百万到一定美元等级。加密货币系统通过调整难度确保比特币不会过快被挖完。比特币新闻资讯，每10分钟，各大网站矿工一起计算一道难题，争夺记账权及比特币奖励。如果全网算力持续增长，比特币将很快被挖完。为了确保比特币稳定在约10分钟挖出一个区块，比特币设计矿工挖矿得到比特币的难度每隔2016个区块（约2周时间）动态调整一次。调整后的难度使每个新区块的预期时间为10分钟。目前难度约为480PH/s，约为创世区块的680亿倍，也就是说，以现在的算力，各大网站矿工需要经过约3000万亿亿个哈希运算才能找到一个符合条件的答案，形成一个新的区块。即使能够证明你挖掘出来的比特币或其他加密货币是真实的，但只是临时存放在他人账户中。通常这类云挖矿方式都需要达到一定数量后才能转币，而达到这个周期或门槛需要很长时间，已经足够别人撤离。