比特币挖矿揭秘：从预备区块到全网广播

比特币挖矿的神秘面纱已被揭开，但在前两篇科普文章的基础上，你是否仍然好奇“挖矿”与比特币交易和区块产生有何关联？本文将解答你的疑问。

随着预备区块的创建，矿工们跃跃欲试地接收来自挖矿节点的任务。他们不断地调整区块头中的随机数，以满足比特币协议规定的SHA256算法计算区块头的哈希值。这个过程就像一场竞赛，只有当区块头的哈希值小于或等于目标哈希时，才能赢得新区块的记账权。一旦成功，这个新区块就被认为是合法的。

当矿工成功找到合适的随机数时，他们会迅速通知挖矿节点。随后，挖矿节点重组区块并进行验证。验证过程主要包括检查区块头的合法性、区块头的Merkleroot哈希与区块中交易数据的MerkleRoot哈希的一致性、交易数据中是否存在Coinbase交易以及每一笔交易的合法性。

一旦验证通过，新区块会被保存到节点本地数据库，并添加到节点本地区块链上。这意味着新区块已经在本地得到了确认和认可。

新区块在本地得到确认后，挖矿节点会将其广播至比特币网络。由于区块体积较大，通常先广播新区块的区块头。其他节点在收到广播后，会先验证区块头信息，然后在本地的区块索引库中创建新区块的索引。当收到新区块的全部信息后，节点会再次验证交易信息和区块头的MerkleRoot哈希。最终，新区块被录入新区块，并延长本地区块链。

虽然理论上任何人都可以参与到比特币挖矿中，但实际上，单个矿工的经济效益极低，因为找到新区块的时间可能长达数十年甚至上百年。在这种情况下，矿池应运而生。大量矿工将自己的矿机接入矿池，共同争夺新区块的记账权。这样一来，矿池能够在较短的时间内挖到新区块，从而提高整体收益。矿池根据矿工在挖矿过程中的贡献情况，合理分配挖矿收益，使所有矿工都能实时获取收入，实现投资回报。

矿池与矿工之间的协作同样遵循上述过程。矿机通过网络向矿池申请挖矿任务，矿池将包含区块头等数据的挖矿任务发送给矿机。矿机不断尝试调整区块头的随机数，直至找到符合挖矿任务TargetHash要求的随机数，然后按照挖矿协议的格式提交给矿池。矿池根据矿机提交的挖矿结果计算收益。

值得注意的是，矿池给矿机下发的挖矿任务中的TargetHash远大于比特币网络的实际要求。这是为了提高矿机在短时间内找到符合要求的随机数的可能性，进而提高矿池的整体挖矿效率。

谈到挖矿，我们会接触到一个关键概念——算力。那么，究竟什么是算力呢？

算力是指矿工验证区块头哈希值的速度。当矿机获得挖矿任务后，会不断调整区块头的随机数，并验证区块头的哈希值。因此，矿机的性能决定了其验证哈希值的速度，这就是“算力”的含义。

目前，比特币矿机的算力单位通常是TH/s，表示每秒可验证1T次哈希，1T=1×103G=1×106M=1×109K=1×1012次。

对于有过挖矿经验的人来说，他们可能会发现矿机本地显示的算力与矿池显示的算力之间存在差异。这是因为，矿机本地显示的算力仅与其自身性能相关，无论能否找到符合挖矿任务要求的随机数，本地算力始终存在。而在矿池显示的算力则是根据矿机实际提交的挖矿结果计算得出的。如果矿机运气不佳，长时间未能找到符合要求的随机数，矿机在矿池的算力就会降低。

然而，随着时间的推移，运气对矿机破解挖矿任务的影响将会减小，矿机较长时间的矿池平均算力与矿机本地算力之间的差距也将逐渐缩小。

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以上就是比特币挖矿的基本知识。如果你能理解这篇文章的内容，说明你已经对比特币挖矿有了一个全面的理解。如果你想与博主交流更多的挖矿知识，请关注“闲话挖矿”微信公众号，了解最新的挖矿动态。

文中涉及的相关知识点：

区块高度：又称Block Height，是一个区块的编号，等于区块链中该区块之前的区块数量。第一个区块是创世区块，区块高度为0，第二个区块的区块高度为1，以此类推。区块链中的区块总数等于最新区块的区块高度加1。

PoW：全称为Proof of Work，意为工作量证明。这是一种用于解决比特币新区块的确权问题的方法。在比特币网络中，任何人都可以参与新区块的创建，PoW机制规定，最先找到区块头哈希值小于比特币网络指定的TargetHash的预备新区块的人将拥有正式新区块的记账权。

记账权：比特币的区块链本质上是一个链式的账本，链上的每一个区块都代表一本账，记录着发生在区块链上的比特币交易信息。因此，我们把创建新区块的过程视为记账的过程。记账权指的是在比特币区块链上创建正式新区块的权利。

参考资料：

挖矿的实现

Block Height

工作量证明