导读：本文主要针对小白，讲解一下挖矿的原理和过程。

挖矿和矿工

区块链是由很多个节点组成的，为了保证节点之间的同步，所以每一个新区块的添加速度不能太快。试想一下，你刚刚同步了一个区块，准备基于它生成下一个区块，但这时别的节点又有新区块生成，你不得不放弃做了一半的计算，再次去同步。因为每个区块的后面，只能跟着一个区块，你永远只能在最新区块的后面，生成下一个区块。所以，你别无选择，一听到信号，就必须立刻同步。

所以，区块链的发明者中本聪（这是假名，真实身份至今未知）故意让添加新区块，变得很困难。他的设计是，平均每10分钟，全网才能生成一个新区块，一小时也就六个。

这种产出速度不是通过命令达成的，而是故意设置了海量的计算。也就是说，只有通过极其大量的计算，才能得到当前区块的有效哈希，从而把新区块添加到区块链。由于计算量太大，所以快不起来。

这个过程就叫做采矿（mining），因为计算有效哈希的难度，好比在全世界的沙子里面，找到一粒符合条件的沙子。计算哈希的机器就叫做矿机，操作矿机的人就叫做矿工。

难度系数

读到这里，你可能会有一个疑问，人们都说采矿很难，可是采矿不就是用计算机算出一个哈希吗，而计算也正是计算机的强项啊，怎么会变得很难，迟迟算不出来呢？

原因为不是任意一个哈希都可以，只有满足条件的哈希才会被区块链接受。这个条件特别苛刻，使得绝大部分哈希都不满足要求，必须重算。

因为每一个区块都包含了一个难度系数（difficulty），这个值决定了计算哈希的难度。举例来说，第100000个区块的难度系数是14484.16236122。我们也可以将difficulty简单的可以理解为：挖到数据区块的所用时间多少。

同时难度值difficulty的计算公式为：难度值=最大目标值/当前目标值

那什么是目标值：目标值是当前区块生成所达成目标值的hash值，用于矿工的工作量证明。矿工挖掘的区块的头部hash值必须小于目标值，数据区块才能被挖掘成功。

当前目标值是指现在产生数据区块的头部信息hash值参考指标。最大目标值是一个定值：0x00000000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF。

由于只有小于目标值的哈希才是有效的，否则哈希无效，必须重算。由于目标值非常小，哈希小于该值的机会极其渺茫，可能计算10亿次，才算中一次。这就是采矿如此之慢的根本原因。

上一篇文章也说过，当前区块的哈希由区块头唯一决定。如果要对同一个区块反复计算哈希，就意味着，区块头必须不停地变化，否则不可能算出不一样的哈希。区块头里面所有的特征值都是固定的，为了让区块头产生变化，中本聪故意增加了一个随机项，叫做Nonce。

Nonce是一个随机值，矿工的作用其实就是猜出Nonce的值，使得区块头的哈希可以小于目标值，从而能够写入区块链。Nonce是非常难猜的，目前只能通过穷举法一个个试错。根据协议，Nonce是一个32位的二进制值，即最大可以到21.47亿。第100000个区块的Nonce值是274148111，可以理解成，矿工从0开始，一直计算了2.74亿次，才得到了一个有效的Nonce值，使得算出的哈希能够满足条件。

运气好的话，也许一会就找到了Nonce。运气不好的话，可能算完了21.47亿次，都没有发现Nonce，即当前区块体不可能算