比特币并不是依靠开采实体矿产产生,本质是全球矿工通过算力竞争争夺区块链交易记账权,成功打包区块并通过全网验证后,矿工获得系统发行的全新比特币以及区块内用户转账手续费,这就是比特币完整的产出方式。很多新人会将挖矿想象成实体采掘,实际上挖矿是比特币网络依靠工作量证明机制运行的核心流程,新发行的比特币也只会通过这一渠道流入市场,总量永久锁定在2100万枚,不会存在其他增发途径。整个过程不存在人为发行机构,完全依靠代码规则与全球分布式节点自动执行。

完整挖矿流程起始于网络内的转账交易,用户发起比特币转账后,交易信息会扩散至全网节点,未确认的交易统一存放在内存池当中。矿工运行挖矿程序后,会优先挑选手续费更高的交易进行校验,剔除存在双重支付、签名异常的无效交易,将合规交易整合为候选区块。区块内部分为区块头与交易信息两大部分,矿工把所有交易信息压缩生成默克尔根存入区块头,区块头同时记录上一个区块的哈希值、网络难度、时间戳以及可变随机数Nonce,依靠这套结构让区块依次串联形成区块链,保证历史交易难以篡改。
挖矿最核心的环节便是哈希运算竞赛,矿工需要持续修改区块头内的Nonce数值,反复执行双重SHA-256哈希运算,不断生成全新哈希字符串,直到算出的哈希结果数值小于网络规定的难度目标。这套数学谜题不存在任何捷径,无法通过算法推导答案,只能依靠硬件持续穷举尝试随机数。比特币网络每产出2016个区块,大约两周时间,会根据全网总算力自动调整挖矿难度,算力上涨难度同步提升,算力下降难度随之降低,以此稳定维持平均10分钟产出一个新区块的节奏,保障网络运行节奏长期稳定。

最先算出符合条件哈希值的矿工,会立刻将完整区块向全网所有节点广播,其他节点独立校验区块内所有交易真实性、哈希结果是否满足难度标准。一旦绝大多数节点验证通过,这个区块正式接入区块链,本轮竞争结束。获胜矿工能够获得Coinbase交易带来的奖励,当前区块基础奖励为3.125枚比特币,叠加区块内累积交易手续费。按照协议规则,每挖出21万个区块基础奖励就会减半,从最初单区块50枚比特币持续递减,预计在2140年前后所有比特币全部挖出,届时矿工收益将完全依靠交易手续费支撑。

随着网络难度持续走高,挖矿硬件也经历数次迭代,从2009年初期普通电脑CPU挖矿,逐步过渡到显卡GPU、FPGA设备,如今已经全面进入ASIC专用矿机时代。单独一台矿机想要独立竞争挖出区块概率极低,绝大多数散户矿工都会加入矿池,众多矿工算力合并统一参与竞赛,一旦矿池成功挖出区块,再根据每个人贡献算力占比分配收益。这也意味着比特币挖矿早已告别个人业余参与阶段,变成重资产、受电价、设备迭代影响巨大的专业化产业,算力竞争成本持续抬高,进一步强化整个比特币网络的安全性。
