《知识科普》比特币挖矿：一种公平的发行机制

《矿业知识》是智矿大学面向新手用户的矿业科普栏目。 本专栏将从最基础的知识颗粒入手，由浅入深，循序渐进，让您系统深入地了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以及比特币的发行机制。

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比特币的诞生

比特币是由中本聪发明的一种加密货币。 比特币的第一个区块也是由中本聪挖出的。 中本聪不仅是比特币的发明者，也是比特币最早的矿工。

比特币的诞生有两个标志性事件：一是比特币白皮书的发布，二是比特币创世块的开采。

2008 年 11 月 1 日，中本聪在 Cypherpunk 邮件组上发布了比特币白皮书的链接；

2009年1月3日，在芬兰赫尔辛基的一台小型服务器上，比特币创世区块被挖出，标志着比特币网络正式运行。 用人来比喻从白皮书发布到创世块被挖出的这段时间比作比特币的十月孕育，创世块的挖出比作比特币的诞生。

中本聪之所以创造比特币，从创世块上刻着的文字就能看出来。 中本聪当天在泰晤士报头版刊登标题：“The Times 03/Jan/2009, Chancllor on brink of second bailout for banks”在比特币的创世区块上，暗示各国政府正在乱发货币而不合理的货币政策是当时全球经济危机的根源。

在全球金融风暴的背景下，中本聪创造了比特币，开始了具有巨大影响力的社会实验。

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比特币和法定货币有什么区别

比特币与各国法币最大的区别主要体现在以下几点：

法币发行总量无上限，比特币发行总量确定，约2100万枚；

法币由中心化机构——银行保管，参与比特币记账的人员为分布式矿工；

法币的使用受到各国政府的严格监管，而分布式账本比特币可以更自由地流通，只要有网络就可以自由流通；

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以转账为例，对比一下法币和比特币的区别：

如果你从你的银行账户转100元给张三，你的银行账户就会减少100元，张三的账户就会增加100元。 这个记账过程是由银行完成的。

同样的一幕发生在比特币上，只是记账方式不同。 如果你转1BTC到张三的“比特币账户”，你的“比特币账户”会减少1BTC，张三的“比特币账户”会增加1BTC。 这个记账过程由分布式矿工完成。 事先不确定哪个矿工记录转账。

为什么会这样？ 这要从比特币的发行和激励说起，也就是挖矿机制。

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比特币发行和挖矿

法币以债务的形式发行，谁的债务多，谁就可以享受更多法币增发的分红。 这不是一个公平的分配。 比特币的发行方式是什么？ 能否保证发行的公平性？

中本聪总共设计了 2100 万个比特币。 如何公平地分配这些比特币，如何激励人们参与比特币系统的记账，如何在分布式记账方式下保证账本的一致性？ 这些看起来都是问题，而天才中本聪设计了一个非常巧妙的方案来解决这些问题。

1. 挖矿：公平的“抛币”游戏

要获得比特币，您必须参与挖矿。 什么是挖矿？ 挖矿就是不断地进行哈希运算，寻找符合比特币系统要求的答案。 谁先找到符合要求的答案，谁就挖出一个新的区块，他将获得相应的比特币作为奖励。 这个过程称为挖矿。 比特币系统会根据所有参与者的算力，定期自动调整挖矿难度。

挖矿过程可以简单理解为公平的抛币游戏：

每次投掷256个硬币，谁先连续投出前N个硬币，谁将获得相应的游戏奖励。 本次比赛的难度将根据参加人数进行调整。 玩的人少，难度就低，也就是前面连续为正的硬币数就少； 如果玩的人多，难度也会相应增加，即顶部连续正面的金币数量较多，以维持平均10分钟的游戏时间。

这种类似于“抛硬币”游戏的挖矿过程解决了三个问题：

1）如何公平分配比特币的问题。 挖矿需要投资矿机。 矿机越多，性能越好，单位时间内的计算速度越快，获得比特币奖励的概率就越大。 这就是所谓的工作量证明机制（PoW），你投入的工作越多，你获得的回报就越多。 此外，比特币挖矿不需要许可证，任何人都有参与和退出挖矿的自由比特币发行的最大数量，这也体现了比特币挖矿的公平性。

2）如何激励矿工。 挖矿可以获得比特币作为奖励，因此矿工有动力挖矿。

3）明晰记账权限，保证所有矿工记账信息的一致性。 谁先挖出一个新区块，谁就获得该区块的记账权，其他矿工同步该矿工记账，保证了账本的一致性比特币发行的最大数量，便于对账和审计。 为什么矿工在挖新区块可以获得系统奖励的情况下还愿意记账呢？ 这正是下面要讨论的问题。

2. 持续激励矿工的有效机制：奖励减半和手续费

矿工挖出新区块的奖励分为两部分，一部分是系统给予的区块奖励，另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，还与比特币减半机制和发行总量息息相关，甚至与比特币的寿命息息相关。

比特币系统奖励可能会发生变化。 最初，每挖出一个新区块，将获得50 BTC的系统奖励（也称为区块奖励）。 每210,000个区块后，系统奖励将减半，直到比特币不可分割的最小单位“聪”（100,000,000聪）=1BTC），所有比特币分配完毕。

根据减半规则，到2140年全部2100万（准确数据为20999999.9769）比特币被挖完。减半规则和比特币的最小可整单位决定了比特币的总量。

▲比特币减半周期与发行总量

比特币区块奖励持续减半，意味着系统对矿工的激励越来越小。 2140年之后，所有的比特币都将被分发。 将通过什么方式来激励矿工继续挖矿？ 答案是转让费。

和前面的例子一样，你转1个BTC给张三。 这个过程需要矿工记账，你需要向记账的矿工支付手续费，俗称矿工费。 随着比特币的发展，比特币用户不断增加，链上交易逐渐增多，交易手续费也会不断增加。 它将取代区块奖励，成为矿工的主要收入来源。 交易费用将继续激励矿工。 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。 以250B的平均交易规模计算，一个区块最多可以记录4000多笔转账。

随着区块奖励的不断减半，维持1M区块上限的比特币能否继续健康发展？ 这个问题暂且保留，我们会在后续的文章中讨论。