比特币挖矿技术原理（比特币挖矿算法详解）

比特币“挖矿”原理介绍比特币及其背后的区块链技术的主要原理是（图1）：

建立全球分布式账本，每个参与账户验证和打包的节点都可以查询自创建以来存储的所有交易明细，确保任何账户中的一笔钱不会被重复使用。

每10分钟发生一次的交易被打包成一个“区块”，采用加密签名技术，后一个区块使用前一个区块的签名信息对自己进行签名，形成签名“链”。 这样的“区块链”可以保证账户和交易信息不可篡改。 （图1红圈）

每时每刻向全网广播未确认交易，然后所有愿意参与验证交易的节点（比特币矿工）每隔10分钟选择一些未确认交易与历史区块链进行验证，并打包成一个“区块”，但是比特币矿工打包出来的区块并不是都是有效区块，而是需要参加难度递增的算术竞赛，获胜者的结果才能得到全网的认可和奖励（新发行的比特币）（图中绿色圆圈） 1).

同时，当多人获胜时，需要使用投票机制，只保留一个矿工产生的结果，而使其他矿工的确认无效。

图1中的蓝色圆圈更详细地解释了区块的组成和生成：最后一个确认区块的数字签名放在头部以确保形成“链”，中间数据部分存储选择的交易和经矿工验证。 最后是这个区块的尾数和数字签名。

区块链主要依靠哈希表（hashtable，一种字符串转换操作）的一个属性计算：已知哈希表的输出很难逆向哈希表输入的原文——“单向”。 所谓“挖矿”的本质是对区块中的交易信息计算一个哈希值作为签名，但并不是任何一个哈希值都是有效的，结果字符串的头部被人为规定为由连续的几个零。

为了得到这样一个特殊的哈希值，“矿工”只能在交易信息中附加一个随机尾数，然后计算哈希值比特币用了几年的时间成功的，试图得到一个符合要求的值。 如果结果不理想，他们只能改变尾数重新计算。

“挖矿”的本质是反复计算随机字符串的哈希值，并检查结果字符串的头部是否有足够的零。 为了保证每个区块的生成时间有足够的间隔，“挖矿”所需的零头数量会自动定时增加，人为增加“碰运气”计算随机数的难度。

矿机基本盈利能力分析 矿场购买比特币矿机的根本目的是通过消耗电力获取比特币，然后兑现比特币用于摊销资本投资、电费和少量人工工资，最后赚取利润。 因此，要分析比特币矿机和矿机行业能否盈利，首先需要了解比特币矿场的运营情况。

挖矿的本质可以简单理解为全世界所有的挖矿设备通过计算随机数的哈希值来进行抽签。 中奖概率为设备算力/全球总算力； 而中奖后的比特币收益在四年内基本保持稳定，但每四年就会跳涨减半。

但是对于单台比特机挖矿设备来说，一旦制造出来，它的收益就在不断的减少比特币用了几年的时间成功的，因为世界的算力在不断的增加。

提升矿机算力有几个因素：

当最新的矿机设备上市时，算力往往会成倍增长；

当比特币价格相对稳定，矿机产能相对稳定时，算力增速趋于放缓，呈线性增长，而增速的主要制约因素是矿机产能;

当比特币价格开始下跌时，由于现阶段挖矿投资可能出现亏损，下游投资需求放缓，导致算力增长缓慢。

由于单台矿机开奖率/设备算力/全球总算力，全球总算力持续增长，单台矿机收益将持续下降并逐渐趋于零. 但是，单台矿机的功耗（主要运营成本）是近似恒定的。 因此，当运行矿机获得的比特币兑换成现金时，不足以支付电费。 除非未来比特币价格上涨，否则矿机本质上将进入报废状态，不应该再开机。

矿场中矿机报废的主要原因往往是新一代矿机硬件（主要依靠提高设备制造技术水平）提高计算速度，降低能耗。

因此，本质上需要一场矿山“军备竞赛”。 当其他矿场大规模采用先进技术制造的设备时，自己的矿机将面临被淘汰的风险，应适时跟进采用先进技术。 专用集成电路。

我们可以得出第一个结论：在比特币价格不变的情况下，矿场运营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的分析假设比特币价格保持不变，但比特币自诞生以来价格一直在大幅波动。

本节将分析比特币价格的长期变化，其对矿机盈利能力的影响，以及对矿场运营商需求的影响。

图3中，绿色曲线表示当比特币兑美元/人民币等法币价格上涨并维持一定水平时，同一矿机的法币收益率曲线较黑色曲线有明显上升。

而紫色区域表示同一台矿机可能获得的超额利润。 从图中可以看出紫色区域不小，说明比特币价格的暴涨暴跌对矿机的盈利能力影响较大。

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，从而刺激矿场的建设和扩建，增加上游矿机硬件厂商的订单；

当比特币价格长期处于低位时，挖矿会出现无利可图，矿场扩张和矿机更新换代会放缓。 此时，上游矿机硬件厂商的订单将大幅下降；

结论二：上游矿机厂商订单和业绩与比特币价格高度正相关。

矿山运营背后的经济分析

比特币挖矿业务是一项高风险的商业活动，主要是因为：

比特币投产后的一段时间内，矿主无法预测比特币的价格。 如果比特币价格过低，矿机可能会因为产量无法覆盖电费而提前报废，导致无法收回矿机的资本支出，造成损失；

矿场主无法预测投产后一段时间内全网算力的增长情况。 即便比特币价格基本稳定，但全网算力的大幅提升（通常是新一代矿机投产造成的）仍可能导致矿机提前报废。 无法收回投资矿机的资本支出； 而全网算力的增长，主要取决于矿机行业吸引了多少资本，以及未来新一代矿机的性能表现，这个很难预测。

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和网络算力C，但考虑到理性经纪人的假设，投资矿场的人或多或少会根据当前情况做出投资决策。

假设当前币价不变，全网算力随时间按照一定规律增长，如果新矿机可能造成两种损失，那么我们可以认为投资购买的冲动一个新的比特币矿机将被压制：

如果比特币价格波动导致当前最先进的矿机无法覆盖电费，导致运营亏损，则当前最先进的矿机应立即关闭，这意味着它是更不可能购买同样的新矿机。

我们认为，这个价格与全网算力的结合，可视为矿机供需的“强转折点”，即矿机需求将长期低迷由于比特币价格低。

虽然以当前币价计算矿机的运营利润并不高，但全球算力仍在快速增长。 在可预见的未来，如果币价不大幅上涨，新矿机无法收回固定资本支出。 ，那么理性的矿山经营者的投资冲动就会下降。

我们认为，币价与全网算力的结合可以看作是矿机供需之间的“弱平衡点”，即理性的矿场投资者将缩减资本支出，除非更先进的挖矿设备可在市场上买到。