【区块链基础】比特币挖矿

上一篇文章中我们讲述了比特币采用的共识机制POW(工作量证明)，我们知道了比特币在共识机制POW的基础上通过挖矿获得比特币的奖励，这也是比特币的产生过程。那什么是挖矿呢？矿工是如何挖矿的？这一篇文章我们就来聊聊区块链中的挖矿。
比特币是通过挖矿产生的，我们把进行挖矿的人称之为矿工。比特币采用的共识机制是POW（工作量证明），而在POW中最重要的一个步骤就是：节点消耗自身算力尝试不同的随机数，进行指定哈希计算；并不断重复该过程直至找到合理的随机数。所以，我们就有了以下的定义：

挖矿：随机数计算查找的过程；
矿工：验证该随机数的节点。

比特币矿工理论上人人都可以参与比特币的挖矿，即每个人都可以称为矿工。那如何成为一名矿工呢？要想成为矿工，则必须加入比特币网络并与其他节点相联。
在比特币挖矿过程中，作为一名矿工，他有六个任务必须完成：

1，监听交易广播。验证签名的有效性，阻止双重支付的现象；
2，维护区块链网络和监听新的区块。先维护区块链，即将区块链上的历史记录同步保存下来，然后再监听被广播到网络上的新区块；
3，组装一个备选区块。即拥有了全部区块链数据之后，自己就可以开始制造自己的区块了。
4，找到一个让自己的区块有效的随机数。即自己创建被所有网络节点共识的有效区块；
5，希望你自己创建的区块被全网接受。即使你找到了一个区块，也不能保证该区块会成为共识链的一部分；
6，获得利润。如果所有的其他矿工接受了你的区块，则你就能够获取利润。该利润包括：比特币系统奖励的12.5个比特币/区块（当前挖矿的奖励）；该区块中所有交易的交易费等。

以上就是作为一名矿工需要做的事情，综合以上六个点，我们可以把矿工的任务分为两类：一类是验证交易和区块，这是比特币协议中需要矿工完成的首要任务；另一类就是和其他矿工竞争利润。
而要想获得利润，则最重要的就是寻找有效的区块，即验证到有效的随机数，获取到满足要求的哈希值。找到一个有效的区块是非常难的，在2015年底，挖矿的难度是：在2的68次方个临时随机数中只有不到一个可以成功。
挖矿所需的硬件矿工的任务就是挖矿，即挖出比特币获得利润。而矿工计算难度的核心在于，对SHA-256哈希函数的运算。矿工要进行运算，则就需要硬件的支持。接下来，我们来看看比特币挖矿的过程中，用到的那些硬件。
CPU挖矿。在最开始的时候，比特币挖矿都是采用的CPU挖矿（第一代矿工），即最开始的挖矿工作都是在普通电脑上完成的。在普通电脑上进行挖矿，靠的硬件就是通用中央处理器（CPU）进行计算。但是随着参与的人数越来越多，挖矿的难度也越来越难，如今使用一个普通电脑进行CPU挖矿，是根本获得不了利润的。
GPU挖矿。第二代的矿工发现CUP挖矿已经无法获得利润的时候，他们便开始使用显卡护着图形处理器（GPU）来进行挖矿，因为它拥有强大的并行处理能力，它的速度要比CPU快很多。但是它也有它的缺点：GPU中的大量硬件对挖矿没有任何用处；GPU没有很好的冷却处理设置；GPU非常的耗电等等。
现场可编程门阵列挖矿。2011年，矿工们开始使用一种现场可编程门阵列（即FPGA）来进行挖矿。他们使用了FPGA代替了GPU，因为它的性能较好。
专用集成电路技术挖矿。当今的挖矿市场主要使用的是专用集成电路技术挖矿。
今天，我们聊了聊比特币挖矿的那些事。下次文章我们继续聊区块链共识机制POS。