【区块链入门】区块链里挖矿的小矿工们-掘金网

【区块链入门】区块链里挖矿的小矿工们

掘金K • 19 5 月, 2022 3:47 上午 • 7×24快讯

区块链技术广大博深，本篇文章将介绍区块链背后矿工（网民）的操作及其如何透过线上交易获利。一起来聊聊执行这浩大工程背后辛苦挥汗（缴电费）的矿工们。

矿工究竟是谁？其实矿工就存在你我之中！还记得区块链是将资料存在分散的节点上吗？每个节点可代表一台电脑或服务器，而这电脑前都有一个宅宅…不！是志向伟大的网民在操作，这些网民就是我们的矿工！

矿工的主要任务有三项

打包交易纪录造区块
将区块传给其他节点验证
节点们确认该区块无误，将区块上链

在继续解释矿工的任务前，我们需要先了解造区块之前发生的事，才能解释为何矿工在区块链扮演这么重要的角色。

甘道夫（左）的电子帐户地址A 要汇1000 枚比特币给勒苟拉斯（右）的电子帐户地址 B

当灰袍巫师甘道夫要汇1000 枚比特币给精灵勒苟拉斯时，他在电子帐户地址（由数字与英文字母组成的一组随机序号）输入这笔交易，电子帐户地址会产生一对公钥（Public Key）和私钥（Private Key），公钥如同你的Email 帐号，大家都可以在公开网络找到你的Email，但私钥就是你的Email 登入密码，只能自己知道。

公、私钥的区别

公钥的功能是解锁，私钥则像帮这笔交易上锁和签上专属的数位签章。甘道夫把他汇钱的交易用私钥上锁并封上自己的数位签章，接着在区块链上广播这个交易的消息，此时，该笔交易会先进入区块链上的待确认交易区，等待矿工取走验证。通常附上的手续费越高，越快被矿工挑走打包。

换个角度看，公钥代表资产所有权的确认，而私钥则是资产的支配权。拥有私钥的主人可以支配这个帐户下的钱要转去哪里，公钥则无法，只能确认这个帐户的主人是谁，但是区块链只认私钥不认人，因此私钥务必保管好！

矿工通常会希望一个区块装进越多笔交易越好，因为打造一块区块和上链要价不斐，耗时又耗电，不过在比特币区块链上，一个区块的容量上限是1 MB，而且矿工不是每笔都会挑进他的区块，会优先挑出手续费较高的交易，因为可以赚进比较多钱。矿工也有自己的挑选程式来找寻报酬率较高的交易，但挑选交易并不是先抢先赢，每位矿工都可以挑同一笔交易进他的区块，真正先抢先赢的时机则在后面上链的时候。

假设矿工矮人金雳挑了甘道夫这笔交易，他会用甘道夫的公钥去核对交易，验证是否真的来自甘道夫本人的指令，而不是骇客半兽人的假讯息。由私钥上锁的加密交易内容，可用公钥来还原，但你可能会有疑问，如果我交易内容都被人看光光了，不就没有隐匿性？这就要提到区块链的特性之一：匿名性，后来也成为监管机构担忧之处。

在比特币区块链上的交易都是匿名的，有的只有汇出的电子帐户位址A 和汇入的电子帐户位址B，所以甘道夫与勒苟拉斯的交易在区块链上只看的到A 转帐给B，A 和B 背后的藏镜人是谁，除了本人以外，大家都不会知道。

骇客半兽人的攻击

由于一对私钥和公钥是由数学式算出相对应的钥匙，公钥A 只能打开私钥A 上锁的文件，如此一来，矿工就可以确认这笔资料是来自电子帐户A（甘道夫）。接着，矿工确认甘道夫过去的交易纪录，他的帐户结余是否足够支付要汇出的1000 枚比特币。

矿工收到交易广播后会确认：

该笔交易是否来自帐号A 本人传输的
帐号A 的余额是否有足够的钱

矿工验证该笔交易是否来自帐号A 本人传输的，还是来自骇客半兽人的攻击

两道步骤确认完后，矿工便把这笔交易放入准备打包的区块内，下一步开始造区块，也就是开始挖矿啰！挖矿过程类似解数学谜题，还记得上一篇区块与链的故事里，有一块黑的令人看不透的Nonce 和游戏规则Difficulty 吗？就是Hash Function 加密步骤，矿工拿区块链上最后一个区块的Hash 值加上新交易资料，然后要猜Nonce 是什么，让产生出来的新Hash 值小于/等于Difficulty，因此所谓挖矿，就是挖出这个Nonce 到底是多少的过程。

【区块链是什么】区块与链的相遇

区块链是什么？区块里装的是什么？为什么又要用链接起来？它到底长什么样子？本文是区块链入门文章，为想跟上金融科技时事、但又不是很熟的区块链新手诉说一个简单易懂又生动

新Hash值（新区块）5 = 前Hash值（上一个区块）1 + 新交易资料2 + Nonce（加密）3 ≤ Difficulty（游戏规则）4

Nonce 是一个不断改变的随机数，加入密码学SHA-256 运算，最后算出以0 为开头（又称为前导零）的Hash 值，如果这个Hash 值符合Difficulty，就代表成功解出Nonce。如果不符合Difficulty 要求，则通过递增Nonce 的值，重新运算。一个符合Difficulty 的Hash 值是由N 个前导零构成的，而几个零就取决于当时区块链网络中的Difficulty，前导零的数目越多，就代表越难。

最新比特币区块Hash值

根据最新比特币区块（截至2018–11–20 06:54:09），目前Hash值有18个前导零，理论上需要尝试62的18次方次才能解出，矿工需要投入大量的运算设备、电力，才能产生如此庞大的运算量来猜到这个Nonce。

Difficulty 的目的除了确保加密的安全性外，也为了控制新区块产生的速度，目前比特币区块链是控制在每10 分钟产生一块，如果新区块生成速度变快，区块链就会提高Dicculty ，增加挖矿难度，让速度趋缓，反之亦然。

这整个过程就是工作量证明（Proof-of-work, POW），谁工作效率最好，谁就是赢家。在比特币区块链上，需要使用CPU 的运算能力，不断的猜Nonce、不停的算Hash 值，而算力非常依赖电力。大家可能听过学生在学校宿舍偷挖矿，让宿舍电费暴涨的新闻吧！根据数位货币网站「Digiconomist」资料，比特币每笔交易使用的电力为944 千瓦小时（KWh），相当于中国小家庭三个月的用电量。

比特币区块链只有一条，如何决定谁可以接上下一块区块？此时来到紧张刺激的时刻了，要能够上链，除了猜对Nonce 外，还要比谁最快解出Nonce，因此可以说是谁的算力最强，谁越有机会最快解出Nonce ！这个规则衍生出矿池、矿场，以及51% 算力的双花攻击等议题，我们后续再一一述说。

看完以上Nonce 和Difficulty 的介绍有没有觉得头很晕？看不懂也没关系，主要想让读者感受一下，挖矿真的是很耗能源的网络活动。

第一名的矿工成功解出Nonce 后，假设是我们的矿工矮人金雳，他会把这个成功的区块广播给区块链上其他节点的矿工检查，确认该区块是否真的是最快的，且符合Difficulty 的规则。确认无误后，多数矿工便同意和承认这个区块可以上链，这个过程就是「共识决」（Consensus），并把这个消息再次广播给其他节点，而金雳除了获得手续费外，还可以得到比特币区块链的挖矿奖励。

矿工赚什么？

交易的手续费：使用者付费，由交易发起人（甘道夫的帐号A）支付，预设是฿ 0.00001/KB，但可自行加价，如同急件要付比较贵的费用。
区块链的奖励：现在每一笔成功上链的区块可获得12.5 枚比特币[注5]。

一「工」欢乐几「工」愁，那没抢赢上链的矿工怎么办？其实也不能怎么办，当其他也在挖矿的矿工们，收到矿工共识的新区块广播后，只能丢下原本的区块，重新回到待确认交易区挑选新交易打包，继续抢挖下一块区块。原本解密到一半所耗费的算力和衍生的电费也就这样付之一炬了，其实真的满浪费能源的。

最后我们再重整一下矿工在区块链的任务运作：

打包交易→打造密码区块→区块上链

矿工的任务看似可简单分成三个阶段，但每个阶段消耗的算力／电力是肉眼看不到的（只有看到电费帐单的当下会有深刻的感触），可是区块链技术的应用不只如此，也不应只有如此，它的去中心化乃至分散式储存的概念，反而有助于达到节省能源，将算力和储存空间的存取发挥到最大价值，我们将在下一篇故事介绍区块链文章中常被省略，因为也比较复杂，但其实很重要的默克尔树（Merkle’s Tree），这棵树也是未来取代HTTP 的IPFS 星际档案系统中，很重要的底层技术之一。

默克尔树（Merkle’s Tree）是未来取代HTTP的IPFS星际档案系统中，很重要的底层技术之一

总结

矿工：1.打包交易记录造区块2.将区块传给其他节点验证3.节点们确认该区块无误，将区块上链。
矿工薪水：1.交易的手续费：使用者付费，由交易发起人支付，预设是0.00001/KB。2.区块链的奖励：现在每一笔成功上链的区块可获得12.5枚比特币。
挖矿：挖出区块的Nonce是多少的过程，谁的算力最强，谁越有机会最快解出Nonce而上链赚奖金。

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