為什麼Bitcoin開採如此艱難？

Bitcoin由SHA-256和工作證明驅動的礦業的計算複雜性要求專門的硬件和巨大的能量，使其隨著時間的推移越來越困難和資源密集。

2025/07/15 09:28

了解Bitcoin挖掘的計算複雜性

Bitcoin採礦被認為很困難，主要是由於其計算複雜性，這源自區塊鏈中使用的密碼算法。 Bitcoin安全性的核心是SHA-256哈希算法，這是一個加密功能，礦工必須反复執行以找到有效的塊哈希。此過程涉及生成無數的哈希值，直到一個人滿足網絡設定的當前難度目標為止。隨著時間的推移，以競爭速度執行這些計算所需的哈希速率已大大提高，這使得標準計算機甚至高端CPU幾乎不可能獲得盈利。

為了說明此過程的要求是如何要求的，請考慮每個塊標頭都包含諸如上一個塊的哈希，時間戳和nonce之類的數據（隨機數）。礦工會反復改變NONCE並重複塊標頭，旨在產生以特定數量的零開始的哈希。隨著越來越多的礦工加入網絡，難度調整機制可以通過增加哈希中所需的領先零的數量來確保大約每10分鐘開採塊。這種動態調整使Bitcoin挖掘隨著時間的推移越來越大。

工作證明在採礦難度中的作用

工作證明（POW）共識機制是Bitcoin採礦如此具有挑戰性的另一個核心原因。 POW要求礦工支出現實世界中的資源（主要電力和計算能力）來驗證交易並確保網絡。該系統旨在通過使惡意演員操縱區塊鏈在經濟上不可行，以防止垃圾郵件，欺詐和雙重消費攻擊。

每次礦工成功驗證一個塊時，他們都必須提供有效的工作證明，這本質上是低於當前難度閾值的哈希值。因為找到這樣的哈希是概率的，並且需要許多嘗試，因此礦工必須投資於專門的硬件，例如ASIC（特定於應用程序的集成電路），這些硬件僅針對哈希操作進行了優化。這些設備每秒進行數万億個哈希計算，進一步促成了新礦工進入的高障礙。

硬件要求和技術障礙

採礦Bitcoin今天需要專門的ASIC硬件，這與通用計算設備有很大不同。早期Bitcoin可以使用CPU或GPU進行採礦，但是隨著網絡的增長，礦工尋求更有效的工具。這導致了ASIC芯片的開發，這些芯片提供了無與倫比的哈希性能，但成本卻很大。

要了解所需的投資規模，請考慮以下內容：

• 像Bitmain Antminer S19 Pro這樣的高性能ASIC可能會花費數千美元。
• 這些機器由於其熱量高而需要持續冷卻和維護。
• 功耗是大量的，通常超過每單位3,000瓦。
• 採礦農場通常容納數百或數千個單元，需要工業規模的基礎設施。

此外，採購可靠的硬件並不總是直接的。許多製造商直接向大型機構買家或獨家分銷商銷售，使各個礦工無法使用最新技術。即使有可用的硬件，除非礦工可以使用極其便宜的能源，否則持續的運營成本（尤其是電力）也可以迅速侵蝕利潤。

能源消耗和環境考慮

最常被引用的原因之一Bitcoin挖掘困難是它的大量能耗。根據最近的估計，Bitcoin網絡每年消耗的電力比某些小國更多。這種消費水平是必要的，因為採礦是一項種族：控制最多的計算能力的人都有更高的機會解決下一個區塊並獲得獎勵。

礦工經常尋找低成本電力的地區，例如中國的水力發電或德克薩斯州的天然氣燃燒地點，以保持盈利。但是，這種追求引入了其他後勤挑戰，包括建立遠程採礦設施，管理散熱以及遵守當地法規。此外，圍繞Bitcoin採礦的環境問題導致政府和公眾的審查增加，可能會限制未來獲得負擔得起的能源的機會。

儘管努力通過可再生能源計劃進行綠色Bitcoin開採，但事實仍然是， POW的能源密集型性質不容忽視。對於個人礦工而言，確保獲得低成本的可持續權力仍然是一個重大障礙。

網絡困難和競爭格局

Bitcoin根據網絡的總計算能力，挖掘難度可調節每一個2016塊，大約每兩週一次。如果更多的礦工加入或現有礦工升級其設備，則難以維持10分鐘的間隔。相反，如果礦工離開網絡，難以相應地減少。

這種自我調節的機制可確保不管參與的技術進步或波動如何，採礦仍然始終如一地具有挑戰性。結果，各個礦工面臨著一場艱苦的戰鬥，與大型採礦池和機構運營競爭，這些礦床控製網絡哈希率的大部分。游泳池開採使參與者可以將其計算資源結合起來並按比例地分享獎勵，但這也意味著單人礦工很少成功地自行驗證一個障礙。

此外，採礦的集中化趨勢對權力下放原則構成了挑戰。少數公司和地區主導著全球哈希率分佈，為網絡安全和治理帶來了潛在的風險。對於新移民來說，進入這個高度集中的市場而沒有大量資本和技術專長是非常困難的。

經濟生存能力和風險因素

除了技術和物理障礙之外，採礦的經濟可行性還增加了另一層困難。 Bitcoin價格的波動直接影響盈利能力。當價格下跌時，採礦設備的投資回報率可能低於運營成本，迫使礦工關閉運營或吸收損失，直到價格恢復。

其他經濟考慮包括：

• 硬件和基礎設施的初始資本投資。
• 電力成本，取決於地理位置的不同。
• 高強度採礦鑽機的維護和維修費用。
• 潛在的硬件過時，因為新的ASIC模型使較早的模型效率低下。

此外，採礦具有固有的財務風險。不能保證礦工會賺取足夠的Bitcoin來抵消支出，尤其是考慮到塊獎勵和交易費用的不可預測性質。這種不確定性使Bitcoin開采的開採較少，而隨意參與者更適合那些可以吸收短期波動率的人。

常見問題

問：我可以用家用計算機挖掘Bitcoin嗎？

答：雖然在Bitcoin的早期可能有可能，但現代採礦需要專門的ASIC硬件。由於巨大的計算需求和能量效率低下，使用常規PC或GPU不再可行。

問：Bitcoin到處都是合法的？

答：不，Bitcoin採礦合法性因國家而異。一些國家，例如中國，已禁止或受到限制的採礦活動，而其他國家（例如加拿大和美國部分地區）允許在某些監管框架下。

問：開始採礦Bitcoin要花多少錢？

答：根據運營規模，初始成本的範圍可能從數千到數千美元不等。費用包括ASIC購買，電力設置，冷卻系統和持續的電費賬單。

問：當所有Bitcoin S開採時會發生什麼？

答：一旦達到了2100萬Bitcoin S的最大供應，礦工將僅依靠交易費用來獲得收入。這種轉變可能會影響採礦激勵措施和網絡安全動態。