雷锋。com AI财经评论出版社:本文作者为中国信息通信研究院(工信部电信研究院)专家蒙骜博士，雷锋网独家特稿。com(微信官方账号:雷锋网。com)，由雷锋网和信通院联合发起。今后，蒙骜博士原创的区块链系列文章将继续发表，与雷锋。com和信通院相关平台将同步更新，敬请关注！
比特币最吸引人的是挖矿。为什么采矿如此迷人？因为挖矿可以得到比特币。我写这篇文章的时候，比特币的价格是3900美元。如果能挖到一个区块，我可以获得48750美元的开采收入和6000美元左右的交易费收入。这难道不令人着迷吗？
那么到底什么是采矿呢？矿工如何通过挖矿获得比特币？这需要从比特币区块链系统采用的PoW (Workload Proof)共识机制说起。
PoW(工作量证明)共识机制
先讲一个故事：有一个村子，很多事情需要一起决定。比如有一天，村长需要全体村民决定今天中午在村里的饭堂包饺子还是擀面。通常我们能想到的方法就是投票——每个村民一票，少数服从多数。但是有些村民不愿意在食堂吃饭，他可能会把票给别人，可能会导致不公平。大部分在食堂吃饭的人，可能都实现不了自己的愿望。
于是村长换了一种方式。10点50分，他用大喇叭向全体村民广播:“大家来选一选，中午食堂做饺子还是面条。想去食堂吃饭的，就推食堂门口的巨石。11点整，将石头推到大门东边，中午吃饺子；推到大门西边，中午吃面。”
于是想在食堂吃饭的人跑去推石头。贡献多的人最终实现愿望，贡献少的人心甘情愿，因为村里一直是这样的规矩。
这个故事讲述了一种人与人之间达成共识的方式，我们可以称之为“工作量证明机制”。用努力的多少来证明自己的选择意愿。
在本系列的第一篇文章中，我们谈到了可以使每个人的账本保持一致的区块链系统。这种保持所有节点数据一致的机制称为共识机制。不同的共识算法可以达到不同性能的共识效果，最终目的是保持数据一致。
记录工作量证明，不要篡改。
我们已经知道，在比特币系统中，记录交易是系统工作的基础方式。在比特币区块链系统中，区块是记录交易的最基本容器。在比特币（BTC）中目前区块大小限制为1MB，（前几天刚刚诞生了一种新的虚拟货币，叫做比特币现金——BCC，这个区块大小限制目前是8MB）。由于区块的大小有限制，因此每个区块所能容纳的交易数量也是有一定限制的。目前比特币系统规定平均每10分钟产生一个区块，因此，矿工工作的方式实质上就是在10分钟内收集网上产生的所有交易，然后将交易填到一个区块里。这个区块大约如下表所示：注意第一项。在任何块中，第一项都没有转出地址，也就是所谓的CoinBase (mining transaction)。没有人付给矿工这笔钱。这位矿工刚刚写道，他获得了12.5个比特币。所有节点都这样识别矿工的字迹，所以矿工获得采矿收入。
不同矿工填块的时候，数据肯定是不一样的，因为每个矿工的第一项肯定是不一样的，矿工只会把采矿收入转到自己的地址。所以矿工迈克尔的CoinBase是“迈克尔得到了12.5个比特币”，矿工南希的CoinBase是“南希得到了12.5个比特币”。
每个矿工都填写了自己收集到的交易和应得的收入。那么，谁的战绩会得到大家的认可呢？比特币使用工作量证明机制，让矿工相互竞争来解决一个数学问题。谁先解决，谁就得到大家的认可。就像开篇故事里的村子一样，每个矿工都在努力推动那块巨大的石头。一旦石头按下他记录的账目页面，他就大声喊道:“我的工作量证明是成功的。快来看！”所有的矿工都来复印了那一页账目，贴在他们的账本后面，然后开始了新的记账过程。周而复始，没完没了，书一页页增加，书越来越厚。
当中本聪决定采用工作量认证机制时，出发点是为了避免系统受到攻击。“中本聪”认为，如果攻击者想通过搞乱账本来攻击，那么他需要足够的计算能力。也就是说，他比大多数推石头的人都厉害。这样他需要付出巨大的成本，但回报的收益不足以抵消成本，所以攻击者没有攻击比特币系统的经济动机。
与推石头的方式不同，比特币是一种大家通过穷尽结果来解决一道数学题的方式。并不是说计算能力强的人每次都会赢，因为有些人可能运气好，一下子就找到了那个答案。那些计算能力强的人这次可能就没那么幸运了，经过多次拙劣的尝试都没有找到解决方案。但从概率上来说，找出答案的次数与整个比特币网络的算力比例是一致的，也就是说，如果一个矿工拥有全网30%的算力，那么在1000分钟内(100块中)，30块是他找到的答案，他就获得30%的挖矿收入。
但是现在，随着比特币的价格越来越高，推石头的人已经不满足于自己推了，而是把自己的大骡子和马送去干活。在“中本聪”的最初设计中，一个CPU，一张选票，用计算能力决定哪个矿工的账户成为最终账户。随着比特币价格的上涨，GPU挖矿开始出现。后来人们不满足于GPU的速度，开始制造专用芯片来挖矿。专用芯片计算比特币问题的能力是普通CPU的数万倍，所以现在比特币不再是“一CPU一票”，这也背离了“中本聪”最初的设计。比特币网络已经基本被几大矿池垄断，背离了货币去中心化的初衷。
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