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「知矿科普」比特币挖矿:一种公平的发行机制

2020-03-06 阅读量 180
摘要:「知矿科普」是知矿大学面向小白用户的一个挖矿科普专栏,这个栏目会从最基础的知识颗粒出发,由浅入深,循序渐进,让你系统且深入理解比特币挖矿的相关知识。


「知矿科普」是知矿大学面向小白用户的一个挖矿科普专栏,这个栏目会从最基础的知识颗粒出发,由浅入深,循序渐进,让你系统且深入理解比特币挖矿的相关知识。

今天,我们就来介绍一下比特币的诞生和比特币的发行机制。

 01 
比特币的诞生

比特币是由中本聪发明的密码货币,比特币的第一个区块,同样是由中本聪挖出来的。中本聪既是比特币的发明者,又是比特币最早的矿工。

比特币诞生有两个标志性的事件:一个是比特币白皮书的发布,另一个是比特币创世区块被挖出。

2008 年 11 月 1 日,中本聪将比特币白皮书链接发布在密码朋克邮件小组;

2009 年 1 月 3 日,在芬兰赫尔辛基的一个小型服务器上,比特币创世区块被挖出,这标志着比特币网络的正式运行。用人形象地把从白皮书发布,到创世区块被挖出这段时间比喻为比特币的十月怀胎,创世区块被挖出比喻为比特币的诞生。

中本聪创造比特币的原因,从刻在创世区块的那段话上可见一斑。中本聪把当天的《泰晤士报》的头版标题:“The Times 03/Jan/2009,Chancllor on brink of second bailout for banks”刻在比特币的创世区块上,暗示各国政府滥发货币以及不合理的货币政策是导致当时全球经济危机的根本原因。

在全球性金融风暴的时代背景下,中本聪创造了比特币,开启了一个影响巨大的社会实验。

 02 
比特币和法币有什么不同

比特币和各国的法定货币最大的区别主要体现在以下几点上:

法币发行总量没有上限限制,比特币的发行总量是确定的,约为 2100 万;

法币是由中心化的组织——银行来记账,而参与比特币记账的人员是分布式的矿工群体;

法币的使用是被各国政府严格监管的,而分布式记账的比特币能更加自由地流通,只要有网络就可以自由流通;

……

拿转账这个例子来对比法币和比特币的不同:

你从银行账户上转账 100 元给张三,你的银行账户会减少 100 元,张三的账户上会增加 100 元,这个记账过程是由银行来完成的。

同样场景发生发生在比特币上,记账方式就不一样了。你给张三的“比特币账户”转 1BTC,你的“比特币账户”会减少 1BTC,张三的”比特币账户“增加 1BTC,这个记账过程是由分布式的矿工完成记账的,具体是哪一名矿工记录这笔转账,事先是不确定的。

为什么是这样呢?这要从比特币发行、激励,也就是挖矿机制说起。

 03 
比特币的发行与挖矿

法币是以债务的形式增发的,谁能拥有更多债务,谁就可以享受更多的法币增发红利。这并不是一个公平的分配方式。比特币的发行方式又是怎样的呢,它能否保证发行的公平性呢?

中本聪设计比特币总量为 2100 万枚,如何公平地分发这些比特币,如何激励人们来参与比特币系统的记账,分布式的记账方式如何保障账本的一致性?这些看起来都是问题,天才中本聪设计了很巧妙的方案,使这些问题得到很好解决。

1、挖矿:一个”抛硬币“的公平游戏

要想获得比特币,就要参与挖矿。什么是挖矿呢?挖矿就是不断地进行哈希运算,去寻找符合比特币系统要求的答案。谁最先找到符合要求的答案,谁就挖出了新的区块,他就能得到对应的比特币奖励,这个过程被称为挖矿。比特币系统会根据所有参与者的计算能力的大小,每隔一段时间自动调节挖矿难度。

挖矿的过程可以简单理解成抛硬币的公平游戏:

每次抛 256 枚硬币,看谁第一个抛出前 N 枚硬币连续为正面,谁就能获得对应的游戏奖励。这个游戏会根据参与的人数来调整难度,如果玩的人少一些,难度就低一些,即最前面连续为正面的硬币数量就要少一些;玩的人多一些,难度相应的提高一些,即最前面连续为正面的硬币数量要多一些,以维持平均每局游戏时间在 10 分钟。

这个类似”抛硬币“游戏的挖矿过程,解决了三个问题:

1)如何公平地分发比特币的问题。挖矿需要投入矿机,矿机数量越多,性能越好,单位时间计算速度就越快,也就有更大的概率获得比特币奖励。这也就是人们常说的工作量证明机制(PoW),付出的工作越多,得到的奖励也就越多。此外,比特币挖矿是无须许可的,任何人都有参与和退出挖矿的自由,这点上也体现了比特币挖矿的公平性。

2)如何激励矿工的问题。挖矿能得到比特币奖励,矿工因此有动力去挖矿。

3)明确了记账权,保证了所有矿工记账信息的一致性。谁最先挖出新区块,谁就获得这个区块的记账权,其他矿工都会同步该矿工所记的账,这就保证了账本的一致性,方便对账、查账。挖到了新区块就能得到系统奖励,为什么矿工还愿意记账呢?这正是下面要说的问题。

2、持续激励矿工的有效机制:奖励减半和交易手续费

矿工挖出新区块,有两部分奖励,一部分就是系统给的出块奖励,一部分是打包交易的手续费,俗称矿工费。矿工费不仅是为了激励矿工记账,而且这还与比特币减半机制和发行总量密切相关,甚至与比特币的寿命密切相关。

比特币系统奖励是会变化的。最初,每挖出一个新区块获得 50BTC 的系统奖励(也叫出块奖励),每 21 万个区块后,系统奖励减半一次,直至比特币不可分割的最小单位“聪”(1 亿聪 = 1BTC),所有比特币分发完毕。

按照减半规则,到 2140 年 2100 万(精确数据为 20999999.9769)比特币全部挖出。减半规则和比特币最小可分单位,决定了比特币总量。

▲比特币减半周期和发行总量

比特币出块奖励不断减半,也就意味着系统奖励对矿工的激励越来越小了,2140 年后,所有的比特币分发完毕,用什么方式来激励矿工继续挖矿呢?答案是转账手续费。

如前文举例,你给张三转账 1BTC,这个过程需要矿工记账,需要给记账的矿工支付手续费,俗称矿工费。随着比特币的发展,比特币用户持续不断增加,链上交易逐步增加,交易手续费也将持续增长,它将取代出块奖励,成为矿工主要的收入来源,交易手续费成为持续激励矿工的有效机制。

对比特币稍有了解的读者,应该知道,目前比特币的区块上限只有 1M,按照平均每笔交易 250B 大小计算,一个区块最大能记录 4000 多笔转账。

随着出块奖励的不断减半,保持 1M 区块上限的比特币,能持续健康的发展吗?这个问题先留着,我们后续的文章来探讨。



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