泽稷-Barry
今天Barry来和大家聊聊比特币及其背后挖矿的原理吧。比特币从去年12月底开始，从19000美金的位置一路狂欢飞奔到今天的接近57000美金一枚的价格（见下图）。今年2月份的时候，连特斯拉电动汽车公司的创始人埃隆马斯克也加入购买比特币的行列，宣称他公司已经投资购买了一些比特币，并且成功获利了15亿美元左右。这则消息又引起了市场的“正反馈”，于是更多的人冲进了比特币市场，进一步推动其价格飞速增长到令人乍舌的地步，并且有人大胆预测，今年年底比特币的价格将突破10万美元关口。为什么比特币一夜之间就被如此爆炒，它到底是什么呢？
比特币，通常被描述为一种加密货币，一种虚拟货币或一种数字货币，是一种完全虚拟的货币。这就像线上虚拟现金。您可以使用它来购买产品和服务，但是截止到今天，并不是所有商店都接受比特币，而且一些国家已经宣布完全禁止使用比特币。比如，我们中国政府就禁止比特币在国内进行交易。但是在一些其他国家，有很多大公司，特别是金融企业开始接受其日益增长的影响力，愿意主动接受比特币。例如，去年10月开始，美国在线支付服务公司PayPal宣布将允许其客户购买和出售比特币。
每个比特币基本上都是一个计算机文件，存储在智能手机或计算机上的“数字钱包”应用程序中。人们可以将一个完整的比特币（或把一个比特币进行拆分）发送到你的数字钱包，而你也可以将比特币发送给其他人。每笔交易都记录在称为“区块链”的区块（block）上。这可以方便我们追踪每一个比特币的交易记录和历史痕迹，防止人们使用虚假比特币进行交易。
我们一般有三种方式可以来获得比特币。（1）你可以使用“真实”的货币购买比特币；（2）你可以出售东西，并让人们用比特币来支付获得；（3）可以使用计算机来开采它们。
有同学会好奇了，Barry你说的前面两种获取比特币方式我还能理解，那第三种方式是什么意思呢？
这里我们就不得不来了解下比特币的计算机技术了。其实比特币的交易使用的是一种叫“区块链”blockchain的技术。
区块链看起来很复杂，但是其核心概念确实非常简单。区块链是一种数据库。数据库是电子存储在计算机系统上的信息的集合。数据库中的信息或数据通常以表格进行结构化，以便更轻松地搜索和过滤特定信息。使用电子表格而非数据库存储信息有什么区别？电子表格是为一个人或一小群人设计的，用于存储和访问数量有限的信息。相比之下，数据库被设计为容纳大量信息，一次可被任意数量的用户快速，轻松地访问，其包含的数据信息量很大。大型数据库通过将数据存储在由功能强大的计算机组成的服务器上来实现此目的，通常会有数百或数千台计算机来构建这些服务器，以具备让用户同时访问数据库所需的计算能力和存储容量。
但区块链技术与典型的数据库在存储信息的方式上又有所不同。区块链将数据存储在“区块”（block）中，然后像链条一样把它们链接（chain）在一起。
随着新数据的输入，它会生成一个新的“区块”。一旦一个区块中记录满了数据，就将其链接到上一个区块，从而使数据按时间顺序链接在一起。
在区块链上，我们可以存储不同类型的信息。但到目前为止，区块链最常见的用途是记录交易。
比特币的发明人叫中本聪（Satoshi Nakamoto），但这个人也只是网络上的传说。截止到目前，没有人知道真正的中本聪是谁，长什么样。他当时在制定比特币记录交易规则的时候，就希望使用区块链技术，以分散的（去中心化）方式来记录比特币的交易。（去中心化，见下图）
这样，就没有一个人或一个团体能够拥有对交易数据的绝对控制权，而是所有用户共同拥有控制权。众所周知，我们今天的互联网技术基本都是基于中心化的数据处理方式。比如，大家在微信、淘宝上注册的个人信息都储存在腾讯和阿里巴巴集团的中央服务器上。因此，这两家企业掌握着数亿人的重要信息，如果他们擅自非法使用我们的个人信息，我们可能也无法察觉到，也不会有其他人警示我们有人非法篡改个人数据。但如果使用区块链技术的话，那么我们的信息在比特币区块链网络中都会广播，所有人都知道真实的数据信息是什么。企业想篡改某个区块上的数据信息几乎不可能。因为这将于其他区块上展示的信息不一致，大家马上能发现。去中心化的区块链上记录的交易信息是不可变的。这意味着输入的数据是不可逆的。对于比特币而言，这意味着交易将被永久记录并且任何人都可以查看。
那有同学又继续有疑问了。那区块链上的交易到底是谁去记录的呢？
这就是比特币的另一大重要特征——我们叫“挖矿”。人们可以通过成为“矿工”的方式来当“记账员”，并可以因此赚取比特币这种加密货币，而不必花钱购买。矿工获得的比特币奖励是一种激励措施。它可以保证每一笔比特币交易的合法化，监控比特币交易，确保其有效性。这些矿工是分散在世界各地的“志愿者”。他们通过“挖矿”的方式来把交易记录在区块链上，由于他们付出了记账的劳动，因此将会获得相应的比特币奖励来作为其完成验证交易，并添加到区块链的奖励。
那我怎么样才能成为一名“矿工”呢？
矿工其实就像审计师的工作方式一样来获得报酬。我们知道，审计师是由企业股东聘请，帮助股东审核鉴证企业编制的财务报表是否真实公允。那么比特币的矿工也是一样。他们需要首先验证比特币交易的合法性。这个约定是为了确保比特币用户进行的交易是真实的。它是由比特币的创始人中本聪（Satoshi Nakamoto）构想规定的。通过验证交易，矿工可以解决区块链上出现的“双重支付（double-spending）问题”。
比如，我们在现实生活中使用实物货币。当你递给某人2元的钞票来购买一瓶可乐的同时，你就将不再拥有这2元的控制权，因为它转移给了卖方。因此不存在使用同一张2元人民币在隔壁购买彩票的风险。但是，使用数字货币时存在持有人可以复制数字令牌并在保留原始令牌的同时将其发送给卖方或另一个卖方的风险。所以，比特币矿工的工作就是检查交易，确保用户没有非法尝试两次支付相同的比特币，保证每笔即将记录到区块上的交易真实可靠。
由于比特币是一种加密数字货币。中本聪（Satoshi Nakamoto）当时对每个区块设置了1 MB（兆字节）的限制。比如，我们假设平均一个交易的大小为250B，那么就只能记录1024 * 1024 / 250 = 4194个交易。一旦矿工验证完成了价值1 MB的比特币交易（称为“区块”）。这些矿工就有资格获得一定数量的比特币奖励。请注意，验证1 MB的交易使硬币矿工有资格赚取比特币，并非所有验证交易的人都将获得付款。
难道矿工在完成所有验证交易的记账工作后，还存在可能没有得到任何比特币奖励的情形？对！！
那矿工怎么样才能最终获得比特币奖励呢？
要赚取比特币，您需要满足两个条件。一个是靠你自身努力，是技术上的问题。另一个，哈哈，就是要看运气啦。
按照中本聪的规则设计，最终是否能够获得比特币需要满足两个条件。
1）您必须验证1MB的交易额。这是较为简单的记账部分工作。
2）由于任何人都可以为某一笔交易自愿记账，那我最终交给谁去记录这笔帐呢？哈哈哈，中本聪当时设计了一个有趣的制度，即，所有参与记账交易的矿工需要解答“算法题”。您必须成为最快和最多的那个人，那么你就可以最终获得比特币奖励的矿工。这也叫“工作量证明”。
当某个矿工成功找到特定哈希的新区块后，他会立刻向全网广播该区块。其他矿工在收到新区块后，会对新区块进行验证，如果有效，就把它添加到区块链的尾部。同时说明，在本轮工作量证明的竞争中，这个矿工胜出，而其他矿工都失败了。失败的矿工会抛弃自己当前正在计算且还没有算完的区块，转而开始计算下一个区块，进行下一轮工作量证明的竞争。
很多同学肯定想问，那这是到什么样的算法题呀？？
其实这不是大家想象的奥利匹克数学竞赛题，实际上是一道“哈希值”算法的题目。大家都努力去尝试成为第一个提供小于或等于目标哈希值的64位十六进制数字。啥是64位16进制数字，比如，长这样：0000000000000000057fcc708cf0130d95e27c5819203e9f967ac56e4df598ee。这个大家如果以后有兴趣可以自己了解。我就不在这里展开解释了。
其实得到这个值的正确答案就是猜测，看谁猜的快。由于数字太复杂靠人脑肯定不够用，所以大家都会配置计算能力超强的计算机来进行计算。在比特币刚推出的早期，人们可能用普通的家用计算机就能来争夺区块的记账工作。但现在情况已不再如此。其原因是，按照中本聪的游戏脚本规定，随着时间的推移，比特币挖矿的难度会发生变化。
比特币网络的目标是每10分钟左右生成一个新的区块。所以，如果有人拥有1万台挖矿设备来解哈希值的算法题，那一定会比只有10台挖矿设备的矿工更快得出答案。因此，比特币网络会评估和调整每2,016个区块（大约每两周）进行一次采矿的难度。当有更多的计算能力共同为比特币挖矿时，采矿的难度增加了，以使块矿的产量保持稳定。较少的计算能力意味着难度降低。为了方便同学能更形象的了解其中涉及多少计算能力，我给大家举个例子。比特币在2009年刚推出时候，最初的难度等级是1。截至2019年11月，它已超过13万亿美元。什么意思？这就意味着你现在想成为矿工，第一步先要至少花13万美元去购买先进的GPU（图形处理单元）和专用集成电路（ASIC）来作为你的挖矿设备。这样你才能确保可能会有机会战胜其他矿工，即，第一个得到目标哈希值，得到奖励。因此，加密货币挖矿的过程是艰苦，耗费成本的一项工作。个人如果要去挖矿的话，那每年的电费就可能是一个天文数字。挖矿也是要计算自己的成本和收益的。尽管如此，挖矿仍旧对许多对加密货币感兴趣的投资者具有很大吸引力，因为比特币的价值在不断的上升。
至于比特币为什么会不断升值，一方面是因为越来越多人认同其价值的存在。另一方面是因为其发币的规则导致的。
挖矿除了我们上文提到的验证交易作用外，还有一个重要目的，即，这是将新的加密货币释放到市场的唯一途径。换句话说，矿工基本上是在“铸造”货币。
截至2020年11月，大约有1850万个比特币在流通。除了中本聪创建的第一个区块之外，其他所有比特币都是由于矿工挖矿产生的。大家可以想象一下，如果没有矿工的话，比特币将仍然存和正常使用，但是永远不会有任何新的比特币产生。根据《比特币白皮书》中的规则，中本聪设定了比特币最终总数的上限：2100万个比特币。因此，比特币的开采率会随着时间的推移而降低。这也就意味着，比特币挖矿的奖励每四年减少一半。当2009年首次开采比特币时，开采一个区块可以赚取50 个比特币，到2012年时，这一数字减半至25 个比特币。2016年，这一数字再次减半至12.5 个比特币。截止2020年，奖励再次减半至6.25 比特币。按照2021年3月的比特币市场最高价值，每个比特币56,722美元，这意味着您完成一个区块将获得大概354,513美元（6.25 x 56,722）。
最后，告诉大家一个事实：有证据显示，比特币网络前36000个区块都是由同一台电脑挖出的，挖矿的人只可能是比特币创始人-中本聪。当时每个区块的奖励是50个币。那么他目前理论上持有超过180万个比特币。
按照比特币最新市场价格计算，他理论上已经是世界首富了。