通俗易懂的区块链系列——比特币的挖矿机制PoW

区块链知识图谱学习序列

比特币的挖矿机制其实就是利用哈希函数实现哈希碰撞的过程，所以在学习本内容之前，请务必了解什么是哈希碰撞，同时也要了解区块的结构信息，这样才能理解更好的理解本文的内容。

矿工如何挖矿

对于比特币系统，目前有超过10000名矿工分布在世界各个角落，共同维护同一条区块链。 虽然矿工们使用不同的机器，在不同的环境中工作，但他们都在做同样的事情。 工作就是不断地计算同一个数学问题。 谁先找到这个数学难题的答案，谁就可以将答案封装到一个新的区块中，并将自己生成的新区块添加到区块链的后端。 同时，为了奖励矿工所做的工作，比特币系统会奖励矿工一定数量的比特币。

那么我们要想理解挖矿的本质，就需要充分理解这个数学问题是什么？ .

对于所有的数学问题，必然有一个或多个输入值，经过一定的数学函数处理后，会产生一个或多个输出值。 所谓挖矿过程就是矿工不断寻找新的输入值。 在处理相同的数学函数后，它们将输出值与位系统中指定的目标值进行比较。 如果达到目标值，则相当成功地解决了问题。

所以挖矿是一个不断重新计算的过程。

接下来，我们就从这三个方面入手来理解这个数学问题。

先看输入

挖矿算法的输入来自区块中区块头的六部分。 矿工需要不断构建新的区块头来产生不同的输入。 区块头的六部分中，有一部分内容称为Nonce。 在密码学中，Nonce 是一个不会重复的随机数。 在构建新区块的过程中，随机数Nonce会以线性的方式不断增加，即可以从0开始不断累加，这样每一次累加，都会产生不同的区块头，这将产生不同的输入。

然后看数学函数的选择

不同的虚拟货币所使用的数学函数可能不同。 比特币使用的数学函数就是我们之前介绍过的哈希函数，准确的说是SHA-256的哈希函数。 因此，在比特币中，每一次挖矿过程都是在矿工生成的新区块头经过SHA-256计算后生成一个哈希值。

最后看看输出

在比特币系统中，所有矿工都保持相同的目标值。 每个矿工计算出自己的哈希值后比特币挖矿计算的是什么，就可以与目标值进行比较。 如果计算出的哈希值小于目标值，则说明挖矿成功，否则，就像我们刚才说的，通过调整区块头的随机数，重新计算，并与目标值进行比较。

但是，目标值不是永恒的。 大约每两周，目标值会随着全网的算力进行调整。 如果全网算力增加，目标值就会变小，这意味着矿工挖矿的难度越大比特币挖矿计算的是什么，如果全网算力下降，目标值就会变大，也就意味着让矿工更容易挖矿。

所以，所谓挖矿，简单来说就是一句话：就是用一个256位的哈希函数，通过调整区块头的输入，如果计算出的哈希值可以小于当前的目标值整个网络，就代表挖矿成功了。 因此，如果能在单位时间内进行多次哈希运算，挖出一个区块的概率显然更高。 可以说，整个挖矿过程就是一个比拼矿机算力的过程。

后续学习

了解了比特币的挖矿机制PoW之后，可以继续学习另一种挖矿机制PoS，或者在此基础上学习什么是分叉。

同时，我也建议大家巩固和加深对区块头六部分具体含义的理解。

这些内容会有相应的学习视频。