【区块链科普】区块链新人如何更加直观了解挖矿的原理

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初识区块链的朋友可能都会对这样一个词产生疑惑——挖矿。挖矿?区块链不是一个数据库吗?怎么还挖上矿了?今天,我们就给大家详细解释一下区块链世界里的挖矿以及一些相关概念。

 

什么是挖矿

 

大家对于挖矿的第一印象,想必都是从地底下开采出某些矿产资源,比如煤、黄金、钻石等等。同样道理,区块链世界里的挖矿,指的也是将数字货币“开采”出来手段。

 

对于挖矿,以一个比喻来说明:

 

某所学校由于老师们工作繁忙,决定将考勤任务交给学生,并决定对当天进行记录的学生给予学分奖励。学生们通过解开难题(PoW)、抽签(PoS)、猜答案(PoC)等手段争取当天考勤权,完成考勤就可以获得学分奖励。

 

 

如果将这个例子中的学分视为数字货币,那么我们可以分析一下“学分币”的产出过程。“学分币”需要通过“完成考勤”这一动作才能产出,而完成考勤的前提是学生们用种种手段争取考勤权。按完成动作的先后顺序就是”争取考勤权“——”完成考勤“——”币产出“,其中“争取考勤权”和“完成”属于“币产出”的手段,也就是我们所说的“挖矿”。

 

出块和难度调整

 

如何更好地理解区块链的块链式结构:

 

所谓块链式结构,就是将一段时期内的数据打包到一个区块中,再将这些区块按时间顺序串起来。在记录数据时,区块链系统会先采用一些密码学手段对数据内容进行加密再记录到区块中,而在区块链上,后一个区块的内容会包含前一个区块的内容。

 

也就是说,如果我们把区块链看成一个数据大账本,所谓的区块就是组成大账本的一个个小账本。其中,“将数据打包到一个区块中”的动作,我们通常称之为“出块”。每个区块链系统的出块速度一般是相对固定的,具体速度在设计之初就已经规定并封装在共识层之中。

 

以比特币为例,比特币采用的是PoW(工作量证明)共识机制,也就是“解难题”模式。解难题模式存在一个问题:随着加入网络的人越来越多,系统题目被破解的速度也会越来越快并导致出块速度过快,不利于系统运行。

 

 

为此,中本聪设计了难度调整机制。比特币网络每产生 2016 个区块(大约是两周时间)后,会根据之前 2016 个区块的计算时间以及算力进行数学难题的难度调整,通过提高或降低数学题的难度,将出块速度控制在大约10分钟/块左右,而这个数学题的难度就是我们所说的比特币的“网络难度”。

 

区块奖励和减半

 

顾名思义,区块奖励就是对于矿工产出单个区块的奖励。区块奖励与出块速度一样,都是由系统设计者规定,稍有不同的是,区块奖励封装在激励层中。

 

如果2020年区块链世界评选一个热门概念,那“减半”毫无疑问会榜上有名,这里所说的减半,指的就是比特币区块奖励的减半。

 

比特币系统在设计之初规定了2100万的总量恒定不变,分多个周期挖矿产出。每210000个区块为一个周期,按10分钟/块的速度算就是大约4年一个周期。第一个周期的区块奖励为50 BTC,后面每个周期的区块奖励较上一个周期减半:第二个周期区块奖励25 BTC,第三个周期区块奖励12.5 BTC,…,依次类推。2020年5月12日,比特币完成第三次减半,进入第四个周期,区块奖励从原先的12.5 BTC降至6.25 BTC。

 

矿工费

 

在现实生活中,我们通过银行系统进行跨境转账往往会被收取手续费。同样道理,当我们在区块链上交易时,我们也需要支付矿工费,只是相对于银行手续费,矿工费往往会便宜许多。

 

区块链上的每一笔交易都需要矿工进行记录、打包成块并向全网广播才能完成。矿工打包、广播、传送交易是需要耗费一定资源,如算力、电力等,因此用户需要向矿工支付一定的报酬,这就是矿工费。

 

我们可以将矿工费类比为现实世界中的快递运费,只不过矿工们搬运的是交易信息而不是货物。

 

举个例子,“淘宝城”的居民们在双十一当天发起了10笔“快递”订单,矿工们可以自行选择先执行那笔订单。一般来说,矿工们都会选择性价比较高的订单先进行搬运。如果你很着急,想让矿工早点搬运你的“快递”,你可以出更高的矿工费吸引矿工。

 

 

此外,快递越重(交易占用字节越多),需要支付的快递费(矿工费)越高。但和快递运费不同的是,矿工费是不固定的,完全由市场决定。一般来说,网络堵塞(快递太多,搬不过来)时矿工费上升,网络顺畅时矿工费下降。

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