虚拟货币挖矿：解密比特币背后的秘密

雷锋网AI金融评论是由中国信息通信研究院（工信部电信研究院）的专家敖萌博士撰写的。本文是雷锋网与信通院联合首发的独家特约文章。今后，敖萌博士将继续发布原创的区块链系列文章，并与雷锋网和信通院相关平台同步更新。

挖矿是比特币最吸引人的地方。为什么挖矿如此吸引人呢？因为挖矿可以获得比特币。我写这篇文章时，比特币的价格是3900美元。如果能挖到一个区块，就可以获得48750美元的挖矿收入和约6000美元的交易手续费收入。这不是非常吸引人吗？

那么，具体什么是挖矿呢？矿工又是如何通过挖矿获得比特币的呢？这需要从比特币区块链系统所采用的PoW（工作量证明）共识机制说起。

以一个故事来解释PoW（工作量证明）共识机制：

有一个村子，村子里的很多事情需要大家一起决策。例如，村长需要全体村民一起决定中午是在大食堂做饺子还是擀面条。一般来说，我们会采用投票的方式，每个村民一票，少数服从多数。但是有些村民可能并不想在食堂吃饭，所以他们可能将选票交给别人，导致结果不公平，大多数想在食堂吃饭的人可能无法实现他们的愿望。

于是，村长想出了另一种办法。他在10点50分的时候，用大喇叭向全体村民广播：“大家来选择食堂中午是做饺子还是做面条。想在食堂吃饭的人，请到食堂门口推那个巨大的石头。到了11点整，如果石头被推到大门的东边，中午就做饺子；如果石头被推到大门的西边，中午就做面条。”

于是想去食堂吃饭的人就去推石头了。出力多的人最终实现了自己的愿望，出力少的人也心甘情愿，因为这一直都是村里的规矩。

这个故事阐述了一种实现共识的方式，我们可以称之为“工作量证明机制”。通过努力的程度来证明自己的选择意愿。

在本系列的第一篇文章中，我们讲述了区块链系统如何实现所有人的账本一致。实现所有节点数据一致的机制被称为共识机制。采用不同的共识算法可以实现不同的共识效果，最终目的都是为了保持数据的一致性。

我们已经了解到，在比特币系统中，记录交易是系统工作的基础方式。在比特币区块链系统中，区块是记录交易的最基本容器。比特币（BTC）中每个区块的大小限制为1MB（比特币现金-BCC的区块大小限制为8MB）。由于区块的大小有限制，因此每个区块能够容纳的交易数量也是有限的。比特币系统规定平均每10分钟产生一个区块，因此，矿工的工作实质上就是在10分钟内收集网上产生的所有交易，然后将交易填入一个区块中。一个区块大致如下：

（下图显示了一个区块的内容，包括挖矿交易和其他交易）

每个矿工在填写区块时的数据都会不同，因为每个矿工的第一笔交易都不同，他们只会将挖矿收入转入自己的地址。所以矿工Michael的交易是“Michael获得了12.5比特币”，矿工Nancy的交易是“Nancy获得了12.5比特币”。

每个矿工都会填写他们收集到的交易和自己应该获得的收入，那么到底是谁的记录会被大家认可呢？比特币采用了工作量证明机制，让矿工之间竞争求解一个数学题，谁先解出来，谁的区块就会被所有人认可。就像前面的故事中的村子一样，每个矿工都努力推动那个巨石，一旦石头压住了自己记录的那一页账目，他就大声喊道：“我的工作量证明成功了，快来看！”所有矿工都过来复制那一页账本，将其贴在自己账本的末尾，然后开始新的记账过程。如此循环往复，账本一页一页地增加，越来越厚。

中本聪决定采用工作量证明机制的初衷是为了防止系统受到攻击。中本聪认为，如果一个攻击者想通过扰乱账本的方式进行攻击，他就需要足够的计算能力。换句话说，他需要比大多数推石头的人更有力量。

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