比特币和挖矿的原理图,比特币挖矿算法

比特币挖矿算法详解（比特币挖掘的技术原理）

比特币“挖矿”原理简介比特币的主要原理及其背后的区块链技术有(图1):

建立全球分布式账本，参与账户验证和打包的每一个节点都可以查询开天辟地以来所有存储的交易明细，保证任何账户的一笔钱都不会被花两次。

10分钟内发生的交易被捆绑成“块”，后一个块使用前一个块的签名信息对自身进行签名，形成一个签名“链”。这样的“区块链”可以保证账户和交易信息不会被篡改。(图1红圈)

未确认的交易会一直广播到全网，然后所有愿意参与验证交易的节点(比特币矿工)会选择一些未确认的交易进行验证，每隔10分钟对照历史区块链打包成一个“块”。但比特币矿工打包的块并不都是有效块，然后需要参加一个难度越来越大的算术比赛，让获胜者的成绩得到全网认可并获得奖励(新发行的比特币)(图1中的绿色圆圈)。

同时，当多人获胜时，需要通过投票机制保留只有一个矿工产生的结果，并使其他人的确认无效。

图1中的蓝色圆圈更详细地解释了块的组成和生成:最后确认的块的数字签名放在头部，以确保形成“链”，中间的数据部分保存矿工选择和验证的事务，尾号和该块的数字签名在末尾。

区块链主要依赖于hashtable(一种字符串变换操作)计算的一个性质:很难从哈希表的已知输出中计算出哈希表输入的原文——“单向”。所谓“挖掘”的本质是计算块中交易信息的一个哈希值作为签名，但并不是所有的哈希值都有效，人为指定的结果字符串头由几个连续的零组成。

为了得到这样一个特殊的哈希值，“挖掘者”只能在交易信息中附加一个随机尾数，然后计算哈希，试图得到符合要求的值。如果结果不满意，只能改变尾数重新计算。

“挖掘”的本质是反复计算一个随机字符串的哈希值，并检查得到的字符串是否满足头中有足够多的零的要求。为了保证每个块的生成时间有足够的间隔，“挖矿”所需的零头数会有规律地自动增加，人为增加计算随机数碰运气的难度。

矿用设备基本盈利能力分析矿上购买比特币矿机的根本目的是通过消耗电力获得比特币，然后用比特币套现支付资金投入的摊销、电费和少量人工工资，最终盈利。所以，要分析比特币挖矿设备和矿机行业能否盈利，首先需要了解比特币矿场运营。

挖矿的本质可以简单的理解为，世界上所有的挖矿设备通过计算随机数的哈希值一起抽签，中奖概率就是设备的计算能力/世界的总能力；中标后，比特币的收益会保持四年基本稳定，但四年左右会跳涨一半。

但是对于单个钻头的矿用设备来说，一旦制造出来，它的收益就在不断减少，因为全世界的计算能力都在不断提高。

矿井计算能力的提高有几个因素:

当最新的矿机设备投放市场后，计算能力将呈指数级增长。

但当比特币价格相对稳定，矿用机械设备产能相对稳定时，计算能力的增长速度趋于放缓至线性增长，增长速度主要受矿用机械设备产能的制约；

当比特币的价格开始下跌时，下游的投资需求放缓，导致计算能力增长缓慢，因为投资和采矿可能在这一阶段产生损失。

由于单台矿机的胜率是设备算力/全世界算力，而全世界算力不断增加，单台矿机的收益会不断下降，逐渐趋于零。但是，单台矿机的耗电量(主要运营成本)是近似恒定的。所以当启动矿机获得的比特币兑换成现金后，还不够交电费。除非未来比特币涨价，否则这台矿机本质上就报废了，不应该再开了。

矿山弃用矿机的主要原因是新一代矿用硬件(主要依靠装备制造技术水平的提高)提高了计算速度，降低了能耗。

因此，从本质上来说，矿山存在着“军备竞赛”的需求。当其他矿山大规模采用先进技术设备时，自己的矿机将面临被淘汰的风险，技术先进的ASIC应适时跟进。

我们可以得出第一个结论:在比特币价格不变的情况下，矿商需要不断更新更先进的挖矿设备。

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比特币价格与矿机行业订单关系分析。图2中的分析假设比特币价格不变，但价格自诞生以来一直处于较大波动中。

本节将分析比特币价格的长期变化对矿机盈利能力和矿机运营商需求的影响。

在图3中，绿色曲线显示，当比特币对美元/人民币等法定货币的价格上升并保持一定水平时，同一台矿机的法定货币收益曲线相比黑色曲线有了明显的上升。

紫色区域表示同一台矿机可能的超额利润。从图中可以看出，紫色区域并不小，这意味着比特币价格暴涨对矿机的盈利影响很大。

当比特币价格快速上涨时，投资者和投机者可能对矿机运营的投资回报有更高的预期，从而刺激矿山的新建和扩建，增加上游矿用硬件厂商的订单；

比特币价格长期低迷，挖矿就无利可图，矿的扩张就会放缓，矿机就会更新。此时，上游矿用硬件厂商的订单会大幅下降；

第二个结论:上游矿用硬件厂商的订单与其业绩和比特币价格高度正相关。

矿山运营背后的经济分析

比特币矿场运营是一项高风险的商业活动。主要原因是:

矿主无法预测比特币投产后一段时间的币价。如果比特币价格过低，矿机可能因为产量无法覆盖电费而无法收回矿机的资本支出，造成亏损；

矿主无法预测投产后一段时间内全网计算能力的提升。即使比特币价格基本稳定，但全网计算能力大幅上升(通常是新一代矿机生产导致)，仍可能导致矿机提前报废，投资矿机的资本支出无法收回；而全网计算能力的增长，主要取决于未来吸引多少资本进入矿机行业，新一代矿机的性能如何，很难预测。

虽然矿主无法预测影响未来盈利能力的两大变量:比特币价格P和全网计算能力C，但考虑到理性经纪人的假设，投资矿山的人会根据现状做出投资决策。

假设当前币价不变，全网计算能力按照一定规律随时间增长，如果新矿机可能造成两种损失，那么我们可以认为投资新比特币矿机的冲动会受到抑制:

如果比特币价格波动导致当前最先进的矿机产量无法覆盖电费，导致经营亏损，那么当前最先进的矿机应该立即关停，这意味着更不可能新购买同样的矿机。

我们认为，这个价格加上全网的计算能力，可以视为矿用机械设备供需的“强拐点”，即矿用机械设备的需求会因为比特币价格低而长期低迷。

虽然矿机以当前币价起步的运营利润并不高，但全球计算能力仍在快速增长。在可预见的未来，如果货币价格不大幅上涨，新的矿机将无法收回固定资本支出，因此理性的矿山经营者的投资冲动将减少。

我们认为，这种货币价格和全网计算能力的结合，可以看作是矿山机械设备供需之间的一个“弱平衡点”，即除非更先进的矿山机械设备投放市场，否则理性的矿山投资者会收缩资本支出。