100 个区块链的第 4 部分——矿工和采矿

在第二篇中，我留下了一个问题，即虽然收款人无法验证付款人是否真的有足够的余额进行支付转账（因为没有中央机构进行认证），但此时需要矿工. 确认一下，为什么需要矿工这个角色，矿工是做什么的，以及挖矿的过程，我们来一一讲。

为什么需要矿工？

比特币是一个点对点的去中心化网络，任何人都可以参与其中，成为这个网络中的一个节点（普通节点或矿工节点），正是因为比特币世界没有中心机构来保证比特币的正常运行整个比特币系统（这和我们现在的中心化系统不一样，这是比特币的一大魅力），那么如何保证比特币的正常运行呢？这需要矿工。

矿工做什么？

因为比特币交易需要确认，多笔交易需要打包成区块，所以矿工就这么做了。矿工收到用户广播的票据后，必须验证票据的合法性和真实性。这里的合法性是指矿工会检查付款人的比特币是否足够。根据交易中付款人的地址，矿工查看过去合法交易中“转入”账户的比特币金额。当大于等于这张账单上填写的金额时，交易是合法的，这就解决了我们开始的问题；然后矿工需要用不同的随机数开始散列，直到找到与目标值特征匹配的随机数。如果找到这个随机数，矿工需要

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大约一分钟内发生的经过验证的交易内容被打包成一个不超过 1MB 的区块，然后广播到全网，告诉其他矿工已经生成了一个新的区块。您不再需要计算随机数。所以其他矿工会验证随机数是否正确，如果验证通过，新的区块会被添加到最长链的末尾（为什么是最长的链，这涉及到比特币的分叉，在第7部分），然后他们将放弃当前块的计算，并立即继续计算下一个块的随机数。

比如我现在和小明、小华、小白和小李一起做记账比赛（谁赢了就得到糖果，所以我们都在努力记账），我们把每一笔有效的交易都记录在了账本里，因为我们的记账速度差不多，我们几乎同时填满了书上的一页（相当于一个块）。这时候，我们无法决定谁的记账速度最快（因为大家几乎同时完成了记账），所以我们还需要计算一个数学方程问题，谁先碰到这个问题，谁就可以得到糖果；于是大家开始埋头在数学题的计算中，假设小明是第一个解出答案的，于是他喊道，“我想通了”比特币矿工工作简不简单，然后大家开始停止计算工作，开始验证小明的答案是否是解决这个问题的方法。结果大家都以为小明有答案，所以这个糖（比特币）是属于小明的。

采矿过程

挖矿的过程实际上类似于解决问题。谁先找到答案，谁就获得记账权，从而获得比特币奖励。

挖矿的具体过程如下：参与者根据前一个区块的哈希值，10分钟内验证的交易内容，以及自己猜测的一个随机数X比特币矿工工作简不简单，使得新区块的哈希值小于那个在比特币网络中。给定的数字。数字越小，计算起来就越困难。系统会根据上一周期的挖矿时间每两周（即2016个区块后）调整挖矿难度（通过调整限额数），使出块时间稳定在10分钟左右。为避免震荡，每次调整的最大幅度为

4次。

比特币如何保证矿工积极挖矿？

在第一篇讲比特币的时候，我简单的提到了比特币的奖励机制。比特币的激励机制是用部分比特币奖励矿工，以激励矿工积极记账，从而达到整个系统稳定运行的效果。，所以矿工节点需要不断提升自己的算力来争夺打包块的算力，因为你的算力越大，你可以先计算出满足一定标准的比特币块头的哈希值，这就是工作量证明共识机制，简称POW，除了POW，还有POS、DPOS、RAFT等（这个留给第六章共识机制）。比特币通过工作量证明的共识机制确定记账权。一般来说，

除了比特币网络奖励的比特币，矿工还可以获得每笔交易的手续费。奖励手续费可以保证在所有比特币发行时（总量为2100万，预计2140年发行）。币网依然可以正常运行。

总结

比特币是一个设计巧妙的系统。