比特币挖矿是指在区块链上添加新区块并获得区块奖励的过程。

任何人都可以尝试进行挖矿, 只要有足够的算力计算出一个低于目标值的哈希值就可以拥有交易的打包权。当新区块产生时, 会被广播到每个运行比特币的网络节点, 每个节点获取到新区块的数据后, 会进行客户端验证, 确认有效后, 将新区块添加到自己的本地区块数据的副本中。

挖矿流程

挖矿遵循以下流程:

构建候选区块
1. 从内存池中选择交易
2. 添加一个 coinbase 交易到交易列表的头部
3. 构建区块头
挖矿: 不断改变区块头相关数据并使用 HASH256 算法进行哈希计算, 直到哈希结果小于当前目标值。

HASH256 算法

对数据进行两次 SHA256 哈希计算, 也叫 HASH256

假设区块头数据是 x, 区块头的 HASH256(x) 就等于 SHA256(SHA256(x))

挖矿就是对 HASH256(x) 的不断尝试, 通过调整区块头的相关数据字段的值, 使得区块头的哈希值小于目标值。

当矿工成功计算出一个哈希值小于目标值的区块头时, 会将这个区块广播到网络中。

其他正在挖矿的矿工接收到新区块后会停止当前的工作, 会将新区块加入到本地的区块链上, 同时会移除内存池中冲突的交易。之后开始重新构建一个新的候选区块, 并尝试在新区块上的基础上进行挖矿。

实践

假设你现在是挖出区块 859386 的矿工。

你现在要开始进行挖矿, 首先你需要构建候选区块。

你从内存池中选择了一些手续费高的交易, 并添加了一笔 coinbase 交易到交易列表的头部

#859386

···

共 7 笔交易

接着开始构建区块头数据:

0040182cc3c90d900bab2e19823722955933fe96826cbe0617fa000000000000000000009c852a8efb4d7d0fbb63dd2fd3a21777a927ee90fd40df8fcfbfdf33245dd434ed75d4665b25031700000000

上面的 Nonce 字段是区块头中的随机数字段, 占用 4 个字节, 一开始设置为 0。

然后你开始尝试挖矿。对区块头数据不断进行 HASH256 运算, 每次将 Nonce 字段的值加 1, 试图找到一个哈希值小于目标值的随机数。

Hash256 计算器

对给定的数据进行双重sha256 计算

16进制数据

结果

直到 Nonce 值为 b09ba473 时, 你找到了一个哈希值小于目标值的随机数。转换为小端序为 73a49bb0, 此时的区块头数据是:

0040182cc3c90d900bab2e19823722955933fe96826cbe0617fa000000000000000000009c852a8efb4d7d0fbb63dd2fd3a21777a927ee90fd40df8fcfbfdf33245dd434ed75d4665b25031773a49bb0

对区块头数据进行 HASH256 运算结果为

9ebbbae8239654d68757378e17c5a1877016e0d2f52f00000000000000000000

转换为小端序后得到最终的区块哈希值

000000000000000000002ff5d2e0167087a1c5178e375787d6549623e8babb9e

上面的示例只模拟了 nonce 的变化, 实际挖矿过程中, 会不断调整区块头的相关字段, 比如时间戳、交易列表等, 以增加哈希值的随机性。

空块

在区块浏览器有时会看到空块(只有一笔 Coinbase 交易), 如 860932

这是因为构建候选区块是一个耗时的操作, 比如从内存池选择交易, 构建交易的默克尔根等。为了更快的开始挖矿, 矿工会从先尝试一个空块, 运气好的时候, 会直接出块。

相关RPC

getblocktemplate

获取区块模板

参数列表

参数名	类型	必选	默认值	描述
template_request	json		{}	控制区块模板返回的内容

相关返回值

名称	类型	描述
version	string	区块版本号
previousblockhash	string	前一个区块的哈希
curtime	number	当前时间戳
target	string	目标值
bits	string	目标值的压缩格式
height	number	区块高度
transactions	array	建议包含的交易列表

submitblock

矿工提交新挖出的完整区块数据

参数列表

参数名	类型	必选	默认值	描述
hexdata	string		-	16进制编码的区块数据

返回值

名称	类型	描述
result	string	成功返回 "null"，否则返回错误信息

getmininginfo

获取挖矿信息

返回值

名称	类型	描述
blocks	number	当前区块高度
currentblockweight	number	当前区块的权重
currentblocktx	number	当前区块的交易数量
difficulty	number	当前挖矿难度
networkhashps	number	当前网络的哈希率
pooledtx	number	内存池中的交易数量
chain	string	当前区块链名称(main/test/regtest)
warnings	string	警告信息

示例输出

prioritisetransaction

调整内存池交易的优先级

参数列表

参数名	类型	必选	默认值	描述
txid	string		-	交易 ID
fee_delta	number		-	虚拟的要增加的交易费用以获得内存池更靠前的排名, 单位是聪

返回值

名称	类型	描述
result	boolean	是否成功

gettxoutsetinfo

获取 UTXO 集合统计信息

参数列表

参数名	类型	必选	默认值	描述
hash_type	string		hash_serialized_3	UTXO集合的哈希类型

返回值

名称	类型	描述
height	number	当前区块高度
bestblock	string	最新的区块哈希
transactions	number	UTXO 集合中的交易数量
txouts	number	UTXO 数量
bogosize	number	UTXO 集合的大小, 单位是字节
hash_serialized_3	string	UTXO 集合的哈希值
disk_size	number	UTXO 集合的磁盘大小, 单位是字节
total_amount	number	UTXO 集合的总金额, 单位是 BTC

示例输出