比特币挖矿是比特币系统安全的关键部分。其原理是，比特币 miner将一堆比特币事务分成一个块，然后重复执行称为hash的加密操作几十亿次，直到有人找到特定的目标哈希值。此时，区块被挖矿并成为比特币区块链的一部分。散列任务本身并不能完成任何有价值的任务，但是由于很难找到一个成功的目标值，它确保没有人有能力和资源来接管比特币系统。
哈希函数是输入一个数据块并创建一个小的、不可预测的输出。哈希函数的设计使quot;没有快捷方式来获得所需的输出-您只能哈希块，直到您通过暴力找到有效的结果。对于比特币，散列函数是一个名为SHA-256的函数。为了提供更高的安全性，比特币将连续两次重复SHA-256功能，称为双SHA-256。
在比特币中，成功的散列值是一个以足够多的零开始的值。就像很少能找到以多个零结尾的电话号码或牌照一样，也很难找到以多个零开头的哈希。然而，比特币的难度成倍增加。目前，成功的哈希必须从大约17个零开始。换言之，找到一个成功的哈希比在地球上找到一粒沙子更难。
下图显示比特币区块链中的一个区块及其哈希值。块哈希值是在对黄色字节进行哈希处理后生成的。在本例中，生成的哈希值以足够的0开头，因此挖矿成功。但是，hash很难一次获得，在这种情况下，miner将更改nonce值或其他块内容，并反复尝试。
比特币中使用的Sha-256hash算法
SHA-256的哈希算法使用512位（64字节）的输入块来加密数据并产生256位（32字节）的输出。SHA-256算法由一个相对简单的回合组成，重复64次。下图显示了一个循环，它接受8个4字节的输入——a到h，然后执行一些操作并从a到h生成新值。
蓝盒以一种非线性的方式将这些值混合在一起，使得对它们进行密码分析变得困难。由于该算法使用了多种不同的函数，因此更难发现攻击。如果您能找到一个数学快捷方式来生成一个成功的哈希值，那么您就可以接管比特币挖矿。
大多数盒子都看a，B和C的位。对于每个位置，如果大多数位是0，则输出0；否则，输出1。也就是说，对于a，B，C的每个位置，看1位的数目。如果为0或1，则输出0；如果为2或3，则输出1。
∑0框将a的位反转成三个倒数形式，然后将它们相加为模2。换言之，如果1位的数目是奇数，则总和为1，否则为0，和中的三个值分别为右反转的2位、13位和22位。
Chquot;选择quot;框，根据输入E的值选择输出位，如果E的一位为1，则输出位为F的对应位；如果E的一位为0，则输出位为g的对应位。这样，F和g的位根据E的值随机选择。
下一个块∑1对E的位进行反转和求和，除了移位是6、11和25位外，与∑0类似。
红盒执行32位加法以生成a和e的新值。输入WT基于输入数据，并进行轻微处理。（这是将输入块输入算法的地方。)输入KT是为每轮定义的常数。
从上图可以看出，只有a和e在一个回合内发生变化。其他值保持不变，旧a值变为新b值，旧b值变为新C值，依此类推。每轮256-64之后，不会有大数据变化。
这对挖矿硬件意味着什么？
SHA-256的每一步都很容易用数字逻辑实现——简单的布尔运算和32位加法。如果你研究过电路的话，你可以想象电路。因此，定制的ASIC芯片可以在硬件上非常有效地实现SHA-256算法，并且可以在一个芯片上并行处理几百个回合。
相比之下，litecoin、狗狗币和类似的莱特币使用crypt散列算法，该算法被故意设计为难以在硬件中实现。它在内存中存储1024个不同的哈希值，并以不可预知的方式组合它们以获得最终结果。结果，脚本需要比SHA-256哈希更多的电路和内存。您可以通过查看挖矿硬件来了解影响，它比SHA-256（比特币）慢数千倍。
SHA-256算法非常简单，很容易手工完成。（用于签署比特币事务的椭圆曲线算法非常麻烦，因为它有许多32字节的整数要相乘）。我用了16分45秒的时间用手打了一轮沙-256。按照这个速度，散列一个完整的比特币块（128轮）需要1.49天的时间，散列率为每天0.67次（尽管通过练习我可能会变得更快）。相比之下，目前的比特币挖矿硬件每秒可以实现数万亿次的哈希，这比我的手动哈希快大约5000万倍。不用说，手工比特币挖矿根本不实用。
一个reddit的读者问我的能源消耗。事实上，它不需要太多的能量消耗，所以如果静息代谢率为1500千卡/天，人工哈希的能量消耗几乎为10兆焦耳/哈希。一般挖矿硬件的能耗为1000mj/hash。结果，我的能源效率降低了10⁶。下一个问题是能源成本。一种廉价的食物能量来源是甜甜圈，200千卡的热量是0.23元。这里的电费是0.15美元/千瓦时，比我预期的要便宜6.7倍。因此，我的每哈希能量消耗大约是挖矿硬件的67倍。显然，我不会靠挖地发财的。我甚至没有把我需要的纸和铅笔的费用都包括在内。
文章标题：BTC挖掘算法是如何工作的？
文章链接：https://www.btchangqing.cn/113509.html
更新时间：2020年10月02日
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