『壹』 bitcoin mining詳解
mining總共可以分為兩種，一種是： Solo Mining ；一種是： Pool Mining
如下圖所示，solo miner 使用 bibtcoind 來從網路上面來拿到新的交易。 通過使用 getblocktemplate 這個RPC命令去定期輪詢 bitcoind 來獲取新的交易。
挖礦的時候，首先去構造一個80位元組的塊頭結構。 之後遍歷塊頭中的nonce欄位來生成與其對應的hash值。
挖礦的時候，我們需要兩個點，一個是去構造coinbase，另一個是回填塊頭結構的nonce值。當塊頭結構構造好之後，就會返回給client端。
上述過程也就是去折騰80位元組的塊頭結構：
這種挖礦的形式就是我每一個人貢獻我自己的算力，然後大家的算力加起來，合成一個礦池，現在由我礦池統一挖礦，挖到塊之後，按照大家算力的百分比分成。
上面我們提到了，挖礦就是折騰那80位元組，現在我們具體看看怎麼折騰。
4 位元組的nVersion欄位，這個我們可以認為它是不變的，為什麼這么說，因為這個欄位只有在進行升級時候才會改變，平時沒事也不升級啊。
32位元組的hashPrevBlock欄位，這個是不變的，它是由前一個區塊確定的，你沒辦法改變它。
4位元組的nBits欄位，這個也基本是不變的，它由全網的算力決定，每2016個塊才會進行一次難度調整，調整的演算法是固定的。
上述三個欄位我們基本認為不會變，也就是在構造80位元組的塊頭的時候，和你們沒什麼大的關系。
4位元組的nTime，這個欄位是可變的，但悲哀的是，蹦躂的范圍不大，理論上是允許後一個區塊的區塊時間略早於前一個區塊時間，所以看到你的「父親」出生的比你晚不必要驚訝，全網太大了，網路稍微有點延遲，這個東西也沒辦法避免，一般來說，礦工會直接使用機器當前時間戳。
4位元組的nNonce，這個欄位好好嘮嘮，一個位元組8位，4位元組32位，所以，它能提供2的32次方的定址范圍。在CPU和GPU的挖礦時代，這個欄位也就足夠用了，所以當時候都是去迭代遍歷這個nNonce欄位，算出來復合要求的值，回去填充塊頭。但是隨著算力的提升，4GB的定址肯定不夠用了，怎麼辦呢？
32自己的hashMerkleRoot欄位，merkle tree具體的作用就不在這里展開說明了，該欄位是礦工構造的coinbase加上這個塊打包進來的所有交易，算出來的一個32位元組的hash『值，只要包括coinbase欄位在內的所有交易有任何風吹草動，該欄位都會不一樣。32位元組啊，也就是說提供了2的256次方的定址可能，目前世界上現存的所有算力全部加起來也算不完吧，如果量子計算落地，另當別論。
綜上所述，挖礦流程我們可以簡單總結如下：
『貳』 比特幣挖礦產業鏈包含了哪些環節
所謂「挖礦」，即是使用作為礦機的計算機解答比特幣系統給出的加密題爭奪比特幣賬本的記賬權，將交易打包進區塊，區塊前後相連，形成鏈。
比特幣系統會向獲得記賬權的礦工發放區塊獎勵。比特幣全網大約每10分鍾出1個塊，當前礦工每成功打包1個區塊上鏈，可獲得12.5個比特幣獎勵。挖礦是比特幣的發行方式，挖礦是對比特幣的一種投資行為，回報率可觀。
比特幣 挖礦產業鏈 主要 包含 哪些環節？
晶元設計
目前的專業礦機都是ASIC晶元,除了挖礦啥也幹不了。晶元設計能力是礦機的核心能力。全球最大的礦機公司就是中國的比特大陸。
晶元代工
17年台積電（晶元代工廠）的訂單中蘋果第一，比特大陸第二，華為第三。不過這里要說明，一個手機只有一個晶元，但是一台礦機有很多個晶元，所以並不代表比特大陸的出貨量已經大於華為。但是足以說明礦機的暢銷程度。
礦機銷售
礦機目前一直是供小於求的狀態，一機難求。目前很難買到現貨，都是在出售期貨。個人買家想要買少量礦機是很難的，能拿到貨的轉手就是利潤。所以整個銷售環節也能產生利潤。
礦池
散戶挖礦由於其算力很小，收益非常不穩定。礦池的作用就是講散戶的算力集中起來，這樣就能獲得穩定的收益，然後再根據算力的貢獻來分配挖礦的收益。礦池從中抽取一小部分收益。
礦場
礦場是專業的挖礦場所，一般都會選擇電價便宜的地方，大規模的挖礦，這樣有成本優勢。
電廠
電廠發的電用不完是無法儲存的，而挖礦這個產業也拯救了很多電廠。
挖礦是比特幣系統中的一個重要環節。從個人PC挖礦到現在的專業礦機挖礦，已經形成了一條完整的產業鏈。
『叄』 關於比特幣的謎題（完結）
你可曾想過： 為什麼礦機算力越大越好？（既然是解數學題那為什麼不是拼誰的演算法厲害啊喂！） 比特幣的數量總和為什麼是2100萬？ 比特幣盜竊是怎麼回事？ 我不玩比特幣，就真的與比特幣無關了嗎…… 🤔️
關於大眾不再感到陌生的比特幣，背後還有許多巧妙之處。本文介紹了比特幣的基本原理和主要原則，並結合對部分技術細節的剖析，來對上述的一些疑問作出解答。全文較長，約7000字，閱讀時間約為22分鍾，建議收藏後閱讀😁
文章可以分成以下幾個部分：
* 比特幣先驗知識
-- 密碼學相關
-- 比特幣重要概念
* 交易的生命周期
* 區塊鏈的構成
* 區塊鏈的生長
-- 「挖礦」的數學本質
-- 「礦工」的收益
* 比特幣的共識機制
-- 比特幣的去中心化共識
-- 「最長鏈優先」原則
* 比特幣安全性
比特幣作為第一個去中心化的數字貨幣，其設計中運用了不少的密碼學相關知識，主要包括非對稱加密技術、哈希函數等等。理解這些密碼學知識，能幫助我們更好地理解比特幣中的一些概念及規則。
以下是比特幣的一些定義及概念解說，了解過的小夥伴們可以直接跳過～
在比特幣這個創新的支付網路中，一個交易的生命周期大概可以分為幾個階段：創建、傳播和被驗證交織、被打包進區塊記錄到區塊鏈中、獲得更多的確認。圖1對這幾個階段做出了示意。
註：
1⃣️一個支付方A在發起一個比特幣交易時，會使用自己的私鑰對交易信息的哈希值進行簽名。因此A向全網廣播的內容除了交易信息之外，還有自己的公鑰信息、對消息的簽名。其他礦工只要利用A的公鑰即可對這個交易進行驗證，判斷是否真的由A創建。
2⃣️」交易傳播和交易驗證「交替意味著 各個節點基於一定的規則獨立驗證每個交易（共識基礎1） , 一個節點只有認為這個交易有效才會把它繼續傳播出去。
比特幣的底層技術是區塊鏈。區塊鏈系統是一種分布式共識系統，區塊鏈網路中所有的參與節點將就交易的狀態達成一致。
區塊鏈到底是什麼呢？你可以把它理解成一種分布式的交易的共享賬本，以區塊為基本單位鏈接在一起。交易信息將被整理並打包記錄在區塊中。每一個區塊，包含區塊頭，以及緊跟其後的交易列表。區塊頭包含3個區塊元數據集合：前序區塊哈希(嚴格來說是前序區塊頭哈希，因為只有區塊頭被用於哈希運算)、元數據集（包括難度、時間戳、隨機數等）、一個基於加密哈希來高效概括區塊中所有交易的默克爾樹（merkle tree)。了解這個結構，將幫助我們更好地理解挖礦的數學本質。
你可能聽說過「挖礦」這個詞，或者聽說眾人爭相購買挖礦機器來發家致富。但讓人疑惑的是：都說打包區塊的本質是解數學難題，但單憑那些看似簡陋的機器嗡嗡嗡瘋狂耗費電力，就能確保自己解出比特幣難題的勝率高了嗎？比特幣技術原理中，礦工們解決的數學題，難道是一個暴力破解題？
看了一圈，發現礦工們解決的題，還真有點暴力破解的意思，每次嘗試解題的過程幾乎都是茫茫然、去碰運氣的。拼的是誰足夠幸運，也拼誰算的足夠快；算的快了么，試錯次數多，自然勝算也就大了。
解題的背景是這樣的—— 挖礦節點通過基於工作量證明演算法（Proof-of-Work,POW）的證明運算，獨立將交易匯聚到新區塊中（共識基礎2）。 當礦工從網路中接收到一個新的區塊的時候，他發現自己已經在上一輪競爭中失敗了，所以立即開始新區塊的挖礦過程。為了創建一個新的區塊，他從內存池中選擇交易來填充區塊（加入區塊的第一筆交易是一個「鑄幣交易」，3.2節會給出詳相關細節）。接下來是填充欄位來創建區塊頭（包括前序區塊的區塊頭哈希、交易的默克爾樹（Merkel樹）、時間戳、難度目標值、隨機數），然後開始計算這個新區塊的工作量證明。
這個計算的過程簡單來說是對區塊頭部進行兩次sha256運算，得到一個RESULT，如果這個RESULT滿足特定要求，這個人才能算是算對了、才有權利去記賬。滿足要求的RESULT被稱為「工作量證明」（中本聰論文中稱為「proof of work」）。
關於這個計算過程，強調以下幾點：
第一，區塊頭部，包含了前序區塊頭部的哈希、本區塊交易信息的默克爾樹、時間戳、難度目標值、隨機數等信息（見圖2）。
第二，哈希運算具有「知道y，無法推出使得h(x)=y成立的x」、「即使輸入只改變一點點，輸出也會差很多」、「利用任意長度的數據作為輸入，生成一個固定長度的確定結果」的特性。所以大家也不知道什麼樣子的輸入才能產生自己想要的結果，礦工只能不斷嘗試。
第三，前面說到，區塊頭哈希值需要滿足一個特定要求才能成為工作量證明——小於某一閾值，或者說哈希值含有給定前綴。閾值的大小求和挖礦難度有關：挖礦難度是一個動態參數，其值越大，則閾值越小，說明哈希值符合要求的概率更小，礦工每次計算能成為工作量證明的概率越小。比特幣有一個自我調節過程——通過對現有的挖礦算力情況進行估算，來對應調整挖礦難度，可以保證區塊鏈每十分鍾出一個塊，達到控制發行速度的目的。（這個過程的基本思想類似產品筆試的數據估算題，根據「一個提供、一個需要「的思路去構造一個等式，然後求解等式一邊的一個因子；想了解挖礦難度系統和調整方式的同學可以進一步查閱～）
綜合以上三點來看，為了產生工作量證明，用戶基本上會通過調整隨機數來碰運氣（因為其他欄位基本不變）、進行多次運算直至符合要求，別無他法。如此一看，隨機數就具有「幸運數字」的意味了。因此，平均來講，誰計算的能力越強（嘗試的次數越多），就更有希望打包塊。
你可能會想，礦工這么心甘情願地消耗算力去維護區塊鏈，是受到怎樣的利益驅使呢？簡單來說，礦工的收益來源有二：1、計算出工作量證明，創造一個新區塊所獲得的新幣獎勵；2、記賬礦工費。
當礦工找到工作量證明、打包一個新區塊，並把區塊傳送給他的所有對等節點。 每一個挖礦節點都獨立驗證新區塊、把合格的新區塊整合進區塊鏈（共識基礎3） ，並把這個區塊繼續傳給自己的對等節點。結果是，只有經過驗證的區塊才會在網路當中廣泛傳播，保證了誠實礦工挖出的新區塊能被區塊鏈所接納。挖礦成功的個體節點或集體節點，可以同時獲得新幣獎勵和記賬礦工費。
新幣獎勵類似於貨幣的發行，其遵循規則是，第一個四年每一個新區塊產生50btc，第二個四年每一個新區塊產生25btc，第三個四年每個新區塊產生12.5btc，如此周期指數遞減。按照等比數列求和可知，到2140年，比特幣產生的總和約為21000000（所以說比特幣數量有限，天生緊縮）。屆時，不再隨區塊的產生增加新的比特幣，礦工不再擁有第一項收益。但現實中，由於挖礦成本高昂，挖礦成功的往往是是一個礦池的所有參與者。收益被分給礦池地址，礦池按照組內算力貢獻比例來分攤收益的。
記賬礦工費又稱交易費用，以交易輸入和交易輸出之間的差值的形式存在；一個區塊的總交易費用是對加入區塊的所有交易的（交易輸入-交易輸出）求和。一般來說，礦工費越高的交易，會越快被處理。而礦工費在這里起到兩個作用，一個是獎勵礦工，另一個是防止主鏈濫用（防止大家發送交易垃圾信息，因為提出交易是有一定代價的）。
礦工的收益以什麼樣的形式被驗證呢？這里不得不提到 「鑄幣交易」 。每個計算機節點在進行工作量證明計算之前加入區塊的第一筆交易，正是「鑄幣交易」。這個交易從無到有生成比特幣，其金額是新幣獎勵與記賬礦工費的總和，被支付到挖礦礦工自己的比特幣地址。如果礦工找到了一個工作量證明使區塊有效，他就贏得了這個獎勵，因為他構造的「鑄幣交易」生效了。
關於鑄幣交易和「新幣獎勵」，之前有一個讀者問我：一個礦工把自己挖到新區塊的消息公布出去，他的工作量證明 不會被別人剽竊 嗎？
個人認為，至少「鑄幣交易」能防止這件事情發生。讓我們來重申一下計算工作量證明的過程——一個礦工E在新區塊里加入了獎賞自己的「鑄幣交易」，並利用時間戳、前序區塊頭哈希、隨機數、本區塊交易的merkle樹等信息計算出一個符合要求的工作量證明。
在這個過程中，merkle樹啥樣子，取決於包括「鑄幣交易」在內的本區塊所有交易信息。因此可以把鑄幣交易視為工作量證明的間接變數之一。那麼，即使其他人拿到了E的工作量證明，這個工作量證明也是帶有E的印記的、與獎賞E的鑄幣交易相關的，別人根本無法納為己用。
你還可以通過設想以下的場景來加深對共識基礎2「挖礦節點通過基於工作量證明演算法的證明運算，獨立將交易匯聚到新區塊中」的理解。
為什麼一個挖出新區塊的礦工不悄悄使個心眼，在創建區塊之初就把鑄幣交易的金額設成1000BTC呢？原因在於每個節點都是基於相同的規則來獨立驗證區塊的。礦工必須創建完美的、符合公共規則的、正確依據工作量證明方法的區塊；而一個無效的鑄幣交易會導致整個區塊無效，並被其他節點拒絕，永遠無法成為賬本的一部分。可以預想，為了生成這個工作量證明，礦工們已經投入了巨大的算力和電量去挖礦，如果涉嫌欺詐而被否決，其為挖礦付出成本都付諸東流。
綜上所述，礦工不能冒領他人的獎勵，而拿到獎勵的礦工也必須只能拿取符合規定的數額。
比特幣的卓越之處，在於建立了一種去中心化的自發共識。這種共識是自發產生的，是成千上萬在網路中遵循著共同規則的節點，在非同步交互中形成的，不依賴於任何中央機構的調解和干涉。
關於比特幣的4項主要共識基礎，本文在講解對應細節時有提及，下面做一個整合：
這四個過程相輔相成、互相作用，形成了自發的全網共識，促使全網節點組合出可信、公開、權威的總賬。
你可能會想，比特幣是一個去中心化的、基於大眾信任的、依靠眾人力量運轉的一個東西。萬一有一部分礦工被壞人收買了咋辦呢？「51%攻擊」指的又是什麼？比特幣交易所要求的「6個確認」又是怎麼回事？
這里首先要提到比特幣的一個規則「 最長鏈優先 」。意思是， 比特幣的賬單鏈在出現分叉的時候，每個礦工會獨立選擇長（累積了最多工作量證明）的鏈條，在上面繼續挖礦工作（共識基礎4） 。
這個原則主要涉及到兩個問題：
當有兩個礦工A和B同時挖礦成功（算出符合要求的數學答案）時，他們分別把自己計算出來的工作量證明作為下一個塊的前序區塊哈希，生成一個塊銜接到原有的鏈後面，由此出現了兩個分支。
這個時候，這兩個成功的礦工廣播了自己打包成功的消息。由於區塊鏈是一個去中心化的數據結構，區塊消息到達不同節點的時間點不一致，故不同的節點可能擁有不完全一樣的區塊鏈視圖——有的礦工會先收到A的消息，有的則先收到B的消息。為了解決這個問題，收到消息的礦工們遵循一個原則：選擇並嘗試延長最長的鏈。
因此，這兩條分支會各自成長一小段時間，直到他們的長度出現差異（不可能長度一直相同），比如說其中一條鏈的礦工們，更快地打包在支鏈後面又加上一塊。按照「最長鏈優先「的規則，較短的鏈會被拋棄，原本工作在短鏈上的礦工們都回到長鏈上工作。
換言之，分叉只是不同節點暫時的不一致現象，當新區塊被加入到其中某一分支時，最終收斂將解決這一個問題。[讀者可以思考一下，為什麼區塊鏈被設置成每十分鍾挖出來一個塊：如果時間短了，是不是就增加了分支產生的次數？如果時間長了，是不是交易結算的效率就太低了？]
雙重支付的本質其實也是區塊鏈的分叉，但這種分叉卻是「非自然惡意蓄謀」的產物。
我們假設小敏是密謀雙重支付的一方，她把自己僅有的10BTC先給小強、交換一塊黃金，待這條交易信息P被打包進區塊Q後，她從小強手中拿到了黃金。這時，小敏使了個心眼，她想偷偷抹去、篡改區塊Q上的交易信息P，「白嫖」這塊黃金。為了實現這樣的目的，根據「最長鏈優先」法則，小敏必須剔除該筆交易P後、重新進行結算工作，集中算力來形成分叉，並讓分叉以更快的增速超過並取代Q所在的主鏈。如果小敏確實能讓分叉更長，分叉就成為了主鏈，其他節點也會轉向新主鏈上繼續工作。這樣，小強付出了黃金，卻沒有收到這10個比特幣，「賠了夫人又折兵」。
在這個過程中，小敏需要和原鏈進行「抗爭」，使新分叉成為最長的主鏈，這被稱為「共識攻擊」。「共識攻擊」本質上是對下一區塊的爭奪，攻擊方越「強壯」、哈希算力越大，就越容易成功。
「共識攻擊「成功的可能性有多大呢？
大多數比特幣交易所規定，一個交易傳送到區塊鏈上後需要6個「確認」來完成驗證該筆交易。這一規定的根據是，假設意圖造假的礦工擁有10%的算力（挖礦成功概率0.1），那麼造假礦工要構造另一條偽鏈實施長度超越，必須至少成功挖礦6次。那麼原鏈被取代、被拋棄的概率約為0.1的6次方，趨近於0。你可以把比特幣理解為地質構造層，表層可能因為季節變換而有所改變，甚至可能被風颳走，但一旦深入到地下，地質層就能更加穩定、不受干擾。
而假設有一群擁有了51%算力的礦工，他們控制了一半以上的全網哈希算力，可以故意在區塊鏈中製造分叉、進行雙重支付交易 。但事實是，全網哈希算力的大量增加，個體礦工幾乎不可能控制哪怕1%的哈希算力了（但礦池帶來的算力集中化控制，存在一定的風險）。更何況，如果真有擁有如此強大算力的組織，他完全可以憑借自己強大的算力投入到挖礦中去獲取開發新區塊所獲的的比特幣獎勵，誠實挖礦比雙花更有利可圖。
盡管實際上並未出現51%攻擊的問題，但不可否認的是，算力的集中違背了比特幣去中心化這一初衷，並成為其繼續發展的一大隱患。
一個系統的安全性，往往取決於系統安全的最薄弱環節，這也就是所謂的「木桶原理「。與區塊鏈系統相關的安全性問題包括但不限於以下幾項：
（1）在區塊鏈上被廣泛使用的公鑰系統基本上是安全的，但量子演算法在理論上能夠破解公鑰系統；因此，區塊鏈的演算法安全性是相對的。
（2）區塊鏈協議本身存在邏輯缺陷，例如受到黑客攻擊的區塊鏈系統共識機制。
（3）所有數字貨幣系統高度依賴私鑰，私鑰在存儲、使用方面的安全性成為區塊鏈系統安全性中至關緊要的一環。
盡管區塊鏈是去中心化系統，但目前絕大多數數字交易所卻是中心化的，存在著人為安全漏洞及技術安全漏洞。這些數字交易所擁有存放大量加密貨幣的私鑰，這對於黑客來說無疑是最矚目的目標；只要黑客偷走了這些私鑰，就可以獲取到這些加密貨幣。
作者會繼續閱讀相關資料、不斷完善本文，目標是完成一篇通俗易懂的比特幣科普文章。:)
**本文系網上信息與個人理解的結合，如有偏差及誤讀，歡迎讀者指出。也歡迎給出關於文章結構上的指導～
『肆』 啥叫「比特幣礦機」是怎麼賺錢的
比特幣礦機就是進行比特幣挖礦使用的硬體設別。
比特幣挖礦簡單來說就是利用你比特幣挖礦的硬體設備計算數學難題，確然網路交易，保證整個比特幣網路系統的安全。作為回報你可以獲得一定的比特幣獎勵。
你挖礦所的比特幣本身就是一種財產，你可以通過比特幣交易平台兌換成人民幣，俗稱套現。
目前，比特幣挖礦需要專業的ASIC礦機，例如一直走在行業領先地位的阿瓦隆礦機。如果你是小白建議你購買阿瓦隆3單模組礦機。當然你也可以購買更高算力的阿瓦隆礦機。
挖礦有風險，購機需謹慎！
『伍』 礦池怎麼挖礦
由於個人挖礦已經很難達到需求，全球的算力在不斷的增加中，單個設備或者是少量的算力都已經很難再挖到比特幣了，也是將大量的礦機組合在一起形成了礦池，礦池的算力是非常強大的，也保證可以更加快速的挖到虛擬貨幣，那麼礦池怎麼挖礦?一起來看看吧!
礦池怎麼挖礦
礦池選址也是非常有講究的，並不是任何地方都可以建立礦池，而是需要前期資金投入，礦池就是將單個的礦機聯合在一起，由於集合了很多礦工的算力，所以礦池的算力佔比大，挖到比特幣的概率更高。礦池會按照每一個設備的貢獻值，將獎勵分配。
礦池利益分配模式
現在全球大大小小的礦場也有很多，每一個礦池的規模都有大有小，一般小型的礦場已經沒有很大的優勢了，大型礦池具有很多的礦工進行挖礦，對於每個礦工來說，他可以加入任何一個礦池，也可以同時加入多個礦池，礦池的第一大任務即為為礦工分配收益。
(1)PPLNS方式
該方式將所有礦工挖到的分享塊(shares)集中到一起，每當累積到一定數量時(一般為3000萬個shares)，礦池會將前一階段的收益按照貢獻的比例分配給礦工。
這種方式下，礦工的收益完全取決於礦池挖到3000萬個shares所需要的時間，如果幸運的話，在短時間內即可挖到，到，那麼相對礦工的收益也會多，反之則會變少。作為回報，礦池會收取3%的稅費。
(2)PPS方式
對用戶來說，該方式收益比較穩定。
收益主要取決於礦工的挖礦速度，只要挖礦的速度穩定，就可以獲得相應的收益，而且收益是實時的，即挖礦機在運行的同時，礦池就會為礦工支付收益。
顯然，每當一個區塊被計算出來時，礦池已經為所有的礦工支付了收益，如果該區塊在後續的確認環節失敗了的話，產生的損失將全部由礦池運營者買單，故這種方式降低了礦工的風險，卻將風險轉移給了礦池的運營者。
所以通常礦池可收取手續費來彌補這些風險可能造成的損失，在這種模式下，礦池的稅費為7.5%。
以上就是關於礦池怎麼挖礦的相關情況了，挖礦難度已經大大增加了，挖礦大軍卻在不斷的擴大，基礎設備如果達不到標准，將很難在礦業有所收獲，因為挖到的虛擬貨幣價值，也許還抵不上一台設備的價格，很多礦工也不僅僅是挖取比特幣了，而是選擇其它虛擬貨幣進行挖掘。