比特币挖矿全解析：挖掘流程、盈利逻辑、成本构成及风险预警

作为全球市值排名首位的加密货币，比特币成为不少加密行业新手的投资首选，全球“矿工”也在全力争夺获取渠道，这一现象直接导致全球显卡供应紧张。那么，比特币究竟是什么？为何获取比特币需要“挖矿”？挖矿的具体流程如何？其盈利原理、成本投入、收益空间及潜在风险又包含哪些内容？本文将为你全面拆解比特币挖矿的相关知识，有意进入该领域的读者不容错过。

一、比特币挖矿最新动态

自特朗普当选美国总统后，其推行的新经济政策对多个行业产生冲击，比特币挖矿领域也未能幸免。随着特朗普关税政策受到广泛关注，加密挖矿行业的众多从业者正积极应对政策带来的影响。

部分国家已开始处理海关延误频发、成本攀升、货物短缺等问题，同时努力适应不断变化的国际贸易协定。由于比特币挖矿设备在边境滞留，矿工、供应商及投资者面临的不确定性显著增加。

此外，在特朗普关税争端的影响下，比特币价格多次跌破8.5万美元，市场情绪陷入恐慌，加密货币恐惧贪婪指数显示市场处于“极度恐惧”状态。

不过，近期比特币挖矿算力大幅提升至每秒750艾哈希（EH/s），这一增长表明比特币网络的安全性与稳定性得到显著增强。算力上升与专用集成电路（ASIC）挖矿设备数量的持续增加密切相关，目前这类设备数量已超480万台，而2018年仅有160万台。业内认为，挖矿算力的这一上升趋势可能会推动比特币后续价格上涨。

二、比特币的定义与应用场景

从行业认知来看，比特币（Bitcoin）几乎可视为虚拟货币的代名词。它不仅是最早推出的加密货币，也是当前市值最高的数字货币。

比特币属于去中心化虚拟货币，无需银行、政府等中央机构背书。作为区别于实体货币的“网络货币”，它通过网络传输完成资金转移。

作为当下热门的数字货币之一，比特币因获取难度高、符合“物以稀为贵”的市场规律，其相对价值居高不下。在数字货币市场中，比特币常被当作“股票”进行操作，既可用作保值投资品，也可兑换为各国法定货币存入银行账户。此外，包括全家、7-Eleven在内的多家连锁便利店，甚至支持直接使用比特币购买商品。

三、比特币的获取方式

目前，获取比特币主要有两种途径：一是直接用资金购买，二是通过挖矿获取。

直接购买是获取比特币最快捷的方式。以本文撰写时间（2024年4月23日）为准，单个比特币价格为66,770美元，约合217万新台币。

若选择购买比特币，需先拥有虚拟货币钱包。通常情况下，用户可通过注册交易所账户获取钱包，这也便于后续开展交易操作。

由于比特币单价较高，许多人选择成为“矿工”，通过挖矿获取比特币，这种方式被称为“比特币挖矿”。

四、比特币挖矿的核心概念

比特币的发行有固定的时间与数量规则：每十分钟会通过代码自动发行新的比特币，并将其奖励给参与比特币交易验证的个人或群体。因此，获取新发行的比特币如同开采新出土的金矿，参与这一过程的人便被称为“矿工”。

得益于其独特的工作量证明（PoW）共识机制以及大型矿工的参与，比特币区块链目前是安全性最高的区块链之一。挖矿不仅为网络提供安全保障，同时也是加密货币唯一的发行机制——新铸造的比特币会作为奖励发放给矿工。

简言之，比特币挖矿既是比特币网络安全的重要支撑，也是新币发行的唯一途径。

比特币挖矿的本质是创建有效区块，并将交易记录添加到比特币公共账本（即区块链）的过程。参与这一过程的矿工，需调动高性能计算设备，竞争成为比特币区块链新区块的验证者。成功验证后，矿工可获得网络交易手续费及新铸造的比特币奖励。

此外，比特币挖矿还解决了区块链领域的“双花问题”。所谓双花问题，是指如何就交易历史达成全网共识的问题。虽然比特币的所有权可通过公钥密码学进行数学证明，但仅依靠密码学无法确保某一比特币未被重复转账。

要形成统一的交易历史记录，需对交易顺序进行约定（例如按交易创建时间排序），但外部输入信息可能被提供者篡改，这就要求参与者信任第三方机构。下文将详细解读比特币挖矿原理、操作流程、成本构成、合法性及矿工面临的各类问题。

五、比特币挖矿关键术语

在理解挖矿原理前，需先掌握以下专业术语，以便更好地理解其运作机制：

公共分布式账本：记录某一区块链网络中所有交易信息的账本。

区块：区块链的独立组成单元，每个区块包含前一区块的记录、已确认的交易数据及随机数（Nonce）。

区块奖励：矿工成功开采一个区块后获得的奖励。

哈希：将任意数据转换为固定长度结果的函数。

节点：任何连接到比特币网络的计算机均可称为节点。

Nonce：比特币区块中的32位字段，矿工通过调整该数值，使生成的哈希值等于或小于当前目标哈希值。

工作量证明：挖矿的核心过程，即计算机解决复杂数学问题的过程。

SHA-256：一种哈希函数，可确保所有区块的安全性，防止数据被篡改。

六、比特币挖矿的运作原理

挖矿（通常指区块链挖矿）是一个复杂的技术过程，具体流程如下：

首先，当两个钱包之间发生交易时，交易地址与金额会被录入区块链的某个区块中。该区块会被分配特定信息，区块内所有数据会通过算法进行加密，这一加密过程被称为区块链哈希（Hash）。

比特币区块链中的单个区块包含四大元素：区块编号、区块内存储的交易数据、前一区块的哈希值及当前区块的哈希值。

示例：

区块编号（Block）：3

交易数据（Data）：Kirill向Hadelin转账0.5BTC；Kirill向Hadelin转账0.7BTC；Hadelin向Kirill转账1.1BTC

前一区块哈希值（Prev.Hash）：0000DF2E57FB432A

当前区块哈希值（Hash）：0000C4156AE3D5F7

（区块信息参考来源：https://medium.com/swlh/how-does-bitcoin-blockchain-mining-work-36db1c5cb55d）

由于比特币区块链采用SHA256算法，哈希过程生成的结果（哈希值）是64位十六进制数，例如：0000000000000000057fcc708cf0130d95e27c5819203e9f967ac56e4df598ee。

为确保区块平均生成时间稳定在10分钟左右，比特币网络设定了“难度目标值（DifficultyTarget）”。计算机或节点需生成等于或小于该目标值的哈希值，若哈希值大于目标值，则判定为无效。

矿工通过调整随机数（Nonce）进行哈希值猜测，Nonce是哈希计算信息的重要组成部分，直接影响64位十六进制哈希值的生成。

示例：

区块编号（Block）：3

随机数（Nonce）：4059

交易数据（Data）：Kirill向Hadelin转账0.5BTC；Kirill向Hadelin转账0.7BTC；Hadelin向Kirill转账1.1BTC

前一区块哈希值（Prev.Hash）：0000DF2E57FB432A

当前区块哈希值（Hash）：0000C4156AE3D5F7

Nonce是一个整数，与区块编号、交易数据及前一区块哈希值共同作为SHA256函数的输入参数，用于计算当前区块的哈希值，公式为：SHA256（区块号码+随机数+数据+上一个区块的哈希值）→哈希值。

每次矿工为同一区块设定新的Nonce时，生成的哈希值都会不同。但需注意，Nonce的位数为32位，即存在2³²（约40亿）种可能组合，这会引发两个问题：

1.即使是普通挖矿设备，每秒也能计算约1亿个哈希值，40秒内即可遍历所有Nonce组合；

2.找到有效哈希值的概率极低，即便尝试完40亿种Nonce组合，成功概率仍非常小。

为解决上述问题，比特币挖矿机制设置了两项特殊规则：

（一）时间戳机制

区块信息中包含记录当前Unix时间的时间戳（即自1970年1月1日起累计的秒数），示例如下：

区块编号（Block）：3

时间戳（Timestamp）：1520610712

随机数（Nonce）：4059

交易数据（Data）：Kirill向Hadelin转账0.5BTC；Kirill向Hadelin转账0.7BTC；Hadelin向Kirill转账1.1BTC

前一区块哈希值（Prev.Hash）：0000DF2E57FB432A

当前区块哈希值（Hash）：0000C4156AE3D5F7

时间戳同样参与当前挖掘区块哈希值的SHA256计算，公式调整为：SHA256（区块号码+时间戳+随机数+数据+上一个区块的哈希值）→哈希值。

由于时间戳会持续更新（直至区块挖掘成功），Nonce的遍历范围每秒都会重置。若遍历完所有Nonce组合仍未找到有效哈希值，只需等待时间戳更新即可。时间戳的变化会形成新的计算组合，再次遍历40亿种Nonce组合时，会生成全新的哈希值。

对单个矿工而言，等待1秒时间较短，但对于大型矿工组织或矿池来说，效率过低。此时可通过第二项规则提升效率。

（二）交易配置调整机制

比特币区块的容量有限，矿工可自主选择将哪些交易纳入下一个区块。这意味着，在区块挖掘成功前，矿工可灵活调整交易配置，示例如下：

待处理交易池（MEMPOOL）：Joe0.2BTC；Hadelin向Susan转账0.3BTC；Susan向Mary转账0.7BTC

调整前区块信息：

区块编号（Block）：3

时间戳（Timestamp）：1520610712

随机数（Nonce）：4059

交易数据（Data）：Kirill向Hadelin转账0.5BTC；Kirill向Hadelin转账0.7BTC；Hadelin向Kirill转账1.1BTC

调整后区块信息：

区块编号（Block）：3

时间戳（Timestamp）：1520610712

随机数（Nonce）：4059

交易数据（Data）：Kirill向Joe转账0.7BTC；Joe向Mary转账0.9BTC；Kirill向Hadelin转账0.5BTC；Kirill向Hadelin转账0.7BTC；Mary向Susan转账1.1BTC；Mary向Charlie转账2.1BTC；Hadelin向Kirill转账1.1BTC；Hadelin向Kirill转账0.1BTC

前一区块哈希值（Prev.Hash）：0000DF2E57FB432A

当前区块哈希值（Hash）：0000C4156AE3D5F7

调整交易配置可增加哈希函数输入参数的多样性。通过更换纳入区块的交易，矿工可随时重置Nonce遍历范围，无需等待时间戳更新，整个过程通过算法自动完成。

一旦成功生成有效区块，该区块会经主节点验证后添加到公共分布式账本中，矿工随之获得区块奖励。

七、比特币挖矿的必要性

如前文所述，加密货币挖矿是网络节点为验证区块信息而进行的计算工作，矿工本质上是通过“审计”任务获取报酬。

在比特币挖矿过程中，矿工扮演着比特币网络“审计员”的角色：负责验证新交易的有效性，验证通过后将其添加到区块链中。这一工作能有效避免“双花问题”——与法定货币系统不同，去中心化的加密货币网络容易面临此类问题。要确保网络正常运行，需验证参与者未通过重复转账“双花”比特币，且整个过程无需银行或其他中介机构介入。

为防范双花风险，矿工的核心任务是验证交易。具体而言，矿工需先确认1MB容量的新比特币交易的有效性，若这些交易满足网络共识机制的其他要求，即可被添加到比特币区块链中。

1MB的交易容量限制由比特币协议的基础设施设计决定。比特币创始人将每个区块的大小固定为1MB，因此区块无法承载超过这一限制的交易数据。

验证1MB交易后，矿工获得挖掘新币的资格，但这并不意味着矿工能自动获得比特币奖励。矿工需与其他竞争者比拼，率先完成验证并为比特币区块链的下一个新交易区块提供担保，才能获得奖励。

八、比特币挖矿难度的调节机制

比特币挖矿难度并非固定不变，而是随网络情况动态调整。

由于比特币网络完全去中心化，无单一权威机构管理，其难度调节依赖于中本聪（SatoshiNakamoto）在原始代码中预设的算法。该算法会根据网络中的矿工数量，实时调整挖矿难度，以确保区块生成速度稳定。

比特币挖矿难度算法的核心目标是将新区块的平均生成时间维持在10分钟，从而保障整个系统的稳定性。理论上，全网矿工平均每10分钟能生成一个“获胜代码”，获得创建新比特币交易区块并将其添加到区块链的权利。

为维持这一频率，算法会通过增加或减少目标哈希值前的零的数量，来提升或降低挖矿难度：当大量矿工或挖矿设备加入网络时，难度会增加；反之，当矿工或设备减少时，难度会降低。

目标哈希值是所有矿工竞争突破的特定哈希值（固定长度代码），率先生成前缀零数量等于或多于目标哈希值的随机代码的矿工，将成为获胜者。

若缺乏这一调节机制，随着更多矿工使用高性能设备加入网络，区块生成速度会越来越快，导致新比特币流入市场的速度失控，进而可能抑制其价值增长。

九、比特币挖矿与减半机制

比特币减半，指的是挖掘比特币新区块的奖励减少50%的事件，这意味着矿工通过验证交易获得的比特币数量会减半。比特币减半周期约为4年，最近一次减半发生在2024年4月20日，矿工获得的区块奖励从6.25BTC降至3.125BTC。

比特币减半的核心规则的是：每生成210,000个区块（平均耗时4年），矿工成功挖掘一个区块的奖励就会减半。具体奖励变化如下：

2009年：50BTC/区块

2012年：25BTC/区块

2016年：12.5BTC/区块

2020年：6.25BTC/区块

随着减半的持续推进和比特币价格的波动，矿工希望尽可能多地获取比特币——因为新币的供应量正逐渐减少。预计到2140年左右，所有比特币将被挖掘完毕，届时将不再有新比特币生成。

当新币停止发行后，挖矿的竞争性激励将消失，矿工的收益来源将仅剩交易手续费。部分矿工可能仍会出于支持去中心化货币的目的参与挖矿，但由于缺乏奖励，多数矿工可能会退出。除非交易手续费提升至足以覆盖挖矿成本，否则挖矿活动将大幅减少。

十、比特币矿工的核心要求

比特币矿工需拥有并操作高性能、高复杂度的计算设备，以解决挖矿过程中的复杂数学问题，这是成为成功矿工的核心前提。矿工的盈利能力，很大程度上取决于其硬件质量，以及能否比其他竞争者更快地解决数学问题。

为保障网络安全，比特币网络的工作量证明系统采用密码学中的SHA-256（安全哈希算法256）哈希函数。SHA-256能生成256位长度的哈希值，并对输入数据进行加密处理。

这类哈希函数具有伪随机性，在将输入数据代入哈希函数计算前，几乎无法预测输出结果。要在区块链中添加新区块并获取新挖比特币的奖励，矿工需调动计算资源进行高强度、高速度的数学猜测，生成低于特定阈值（即“目标值”）的有效哈希值。

因此，挖矿需要强大且具备竞争力的计算资源，硬件配置成为影响挖矿效率的关键因素。

十一、比特币挖矿的前期准备与开采方式

了解挖矿原理及矿工要求后，需进一步掌握挖矿的前期准备工作及具体开采方式。

（一）前期准备

启动挖矿前，需投入两类成本：硬件成本与运营成本。

硬件成本：包括挖矿设备的采购、安装费用，以及场地租赁、散热设备配置费用，同时需考虑设备折旧成本。

运营成本：主要是维持硬件持续运行所需的电费，以及设备维护费用。

两类成本叠加后，挖矿的整体投入较高。因此，部分拥有大量资金、可搭建专用挖矿设备的机构，会将设备以“出租”的形式回收成本。这种模式被包装成标准化“商品”，在网络市场上出售。当成功挖到比特币后，会根据每位承租人的投入比例分配收益，这种模式被称为“云端挖矿”。

（二）三种开采方式对比

目前，比特币开采主要有三种方式：独立挖矿、合力挖矿与云端挖矿，不同方式的适用人群及获利能力存在差异，具体如下表所示：

|开采方式|适合人群|获利能力|

|----------|----------|----------|

|合力挖矿|初学者、专业人士|中等|

|单独挖矿|专业人士|高|

|云端挖矿|爱好者|低|

当前，由于挖矿难度不断提升、市场竞争者持续涌入，仅靠个人力量独立挖到比特币的可能性极低。尽管独立挖矿一旦成功，可独享全部收益，但从实际可行性来看，“合力挖矿”（即团队挖矿）是更优选择。在合力挖矿模式下，挖到比特币后，团队成员会根据各自的投入比例分配收益。

十二、矿池与挖矿机的定义

在比特币挖矿领域，矿池与挖矿机是两个核心概念，具体定义如下：

（一）矿池

早期比特币尚未普及时，多数人使用个人电脑挖矿：最初依靠CPU运算，后来有人发现用显卡的GPU流处理器（GPUStreamProcessors）计算效率更高。但随着挖矿参与者增多，专用挖矿设备逐渐出现，普通个人电脑的算力已无法与之竞争。

在此背景下，“矿池（MiningPool）”应运而生。矿池通过服务器整合所有参与者的算力进行集体挖矿，之后按约定比例向参与者（矿工）分配收益。这种模式可避免个人因算力不足，长期挖矿却无收益、电费白耗的情况。

（二）挖矿机

虽然显卡的挖矿速度优于CPU，但显卡的核心功能并非为挖矿设计，用显卡挖矿存在耗电量大、发热量高的问题。若使用3-4张显卡组成挖矿电脑，耗电量会进一步增加，最终可能出现挖矿收益不足以覆盖电费的情况。

因此，自2013年起，比特币挖矿的核心设备逐渐转向专业矿机。目前，专业矿机主要分为两类：

1.FPGA矿机

FPGA（现场可编程门阵列，FieldProgrammableGateArray）是一种采用并行架构的逻辑芯片，支持重复编程设计。用户可将软件程序烧录到FPGA中运行，并通过程序连接芯片内部的逻辑区块。

优点：修改便捷、成本较低。

缺点：运算速度慢、无法完成复杂设计、功耗较高。

2.ASIC矿机

ASIC（专用集成电路，Application-specificintegratedcircuit）与FPGA的灵活性不同，它是为特定应用场景设计的芯片。例如，专为比特币挖矿设计的ASIC芯片，会针对哈希计算进行优化。

优点：相比FPGA，运算效能更高；与显卡相比，功能专一，无需额外配置冗余芯片或电容，功耗大幅降低，长期使用可节省电费，运算能力可达显卡的数十倍甚至上百倍。

缺点：功能单一，仅适用于特定算法的挖矿场景。

目前，市面上的专业矿机多采用ASIC架构。

十三、比特币挖矿机的选择建议

选择挖矿机时，除需考虑目标币种的挖矿算法对矿机的限制外，还需对比ASIC矿机与GPU（显卡）矿机的优缺点，结合自身需求决策。

（一）ASIC矿机的优缺点

l优点：

1.单机算力较大，挖矿效率高；

2.管理便捷，适合大规模部署；

3.操作简单、移动方便，设备稳定性强。

l缺点：

1.兼容性差，仅能挖掘采用固定算法的币种；

2.运行噪声较大；

3.保值性差，设备更新迭代后易被淘汰。

（二）GPU（显卡）矿机的优缺点

l优点：

1.灵活性高，可根据不同币种的收益情况，灵活切换挖矿币种；

2.运行噪声小，功耗较低；

3.显卡用途广泛，除挖矿外还可用于电脑日常使用，保值性较强。

l缺点：

1.设备体积大，组装难度高，不易搬运，大规模部署不便；

2.缺乏专门的批量管理工具，集群化管理难度大；

3.显卡超频、刷BIOS、硬件维修等操作需专业知识，门槛较高。

综上，投资者在选择矿机前，需先明确目标币种的挖矿算法对矿机的限制，再结合ASIC矿机与GPU矿机的优缺点，选择最适合自己的投资方案。

十四、比特币挖矿的具体操作流程

挖矿流程并不复杂，只需下载专用“挖矿程序”即可启动。市面上的比特币挖矿软件种类繁多，本文以NiceHashMiner为例，讲解具体操作步骤。

步骤1：下载并启动软件

根据电脑显卡的品牌，下载对应的NiceHashMiner版本，下载完成后启动软件。

步骤2：获取并设置钱包地址

虚拟货币钱包的核心信息是钱包地址——它既是比特币交易时的必备信息，也是挖矿所得比特币的存储地址。

1.登录币托等平台，进入钱包页面，点击获取“未命名的钱包地址”；

2.复制该钱包地址并妥善保存；

3.在NiceHashMiner软件中点击“钱包（Wallet）”选项，将复制的钱包地址粘贴进去，完成存储目标设置。

步骤3：配置硬件信息

在软件左下方的“硬件资讯（HardwareDetails）”选项中，系统会自动识别并显示电脑显卡型号。用户也可在此处勾选“开启处理器挖矿”，根据自身需求配置挖矿硬件。

步骤4：启动挖矿

完成上述设置后，点击软件中间的“开始挖矿（Start）”按钮，电脑会自动弹出命令执行窗口，开始挖矿操作。

不同挖矿软件的通知机制不同，无论挖矿是否成功，都会输出相应指令。以NiceHashMiner为例，当挖矿成功时，命令窗口会显示绿色指令通知。需注意的是，单台设备单次挖矿所得的比特币数量极少，需长时间连续挖矿，才有可能积累到完整的1个比特币。

十五、比特币云挖矿

传统比特币挖矿需专用矿机及专业技术能力，而云端挖矿提供了一种简化的加密货币挖矿方案，使加密货币爱好者无需拥有实体硬件，即可参与挖矿。

比特币云挖矿的核心是：用户无需搭建和维护实体挖矿设备，通过线上平台即可开展挖矿活动。这种模式为用户提供了获取被动收入的渠道，尤其适合希望参与加密货币挖矿，但不愿在硬件上投入大量资金的人群。

目前，提供比特币云挖矿服务的平台包括币安、Hashmart、Hashing24等，用户可根据自身需求选择合适的平台。