【Web3.0】每个加密货币投资者必须考虑的 10 个问题 — 挖矿和节点

区块链是账本，共识机制是记账规则。这是我们早就知道的（如果你一直关注之前的文章）。共识机制主要包括两个部分：选择记账人和奖惩制度。

• 选择记账人：区块链建立了一套规则，尽可能公平、随机地选择记账人，以最大限度地减少恶意行为者或黑客攻击的机会。

• 奖惩机制：以经济激励手段鼓励良好行为（正确记账），维护区块链安全。例如，记账人如果正确记账，将获得加密货币作为奖励。如果恶意传输无效交易，将受到扣除加密货币的惩罚，使诚实行为更加有利可图。

这些记账的人就是区块链的节点，记账的行为我们称之为挖矿。

什么是节点？

你可以把区块链想象成一个由数百万人共同维护的数据库，只有大多数参与者同意，数据才能被记录下来，这些人被称为节点。

比特币节点可分为四类：挖矿节点、轻节点、全节点和超级节点。挖矿节点与其他三种节点不同。挖矿节点将交易收集到区块中并为区块生成哈希值，从而获得新的比特币奖励。

轻节点、全节点和超级节点充当区块链的保管者，存储每笔比特币交易的公开记录。这三类节点负责维护网络并确保添加到区块链的每个区块都是有效的。

挖矿节点

比特币挖矿节点生成包含交易记录的区块，但不负责维护区块链。如上所述，它们将交易收集到区块中，然后为区块生成哈希值。

一旦挖掘节点完成上述步骤并且哈希值满足所需标准，该块就会广播到轻节点、完整节点和超级节点的网络进行验证并添加到区块链。

当人们提到比特币节点时，他们通常指的是挖矿节点。然而，这往往忽略了生成哈希值的挖矿节点与负责区块验证和区块链托管的其他类型节点之间的区别。

轻节点

轻节点仅验证区块链的一部分。它们不存储完整的区块数据，因为该功能由全节点处理。但是，轻节点连接到全节点，共同为网络提供额外的安全保障。

如果完整节点遭到黑客攻击或破坏，与其关联的轻节点可以检测到该部分已无效并帮助完整节点恢复到区块链的正确版本。

全节点

全节点负责维护、验证和分发区块链的完整副本。正因为如此，全节点是区块验证的首选节点，根据收到的区块信息验证哈希值。

一旦 50% 或更多的完整节点同意挖掘节点生成的哈希值有效，该区块就会添加到区块链中。

此外，由于每个完整节点都保留其区块链的本地版本，因此对本地区块的任何更改都需要经过大多数其他完整节点的验证，以证明该更改有效。

全节点验证交易的能力可以追溯到区块链上的第一个区块，即创世区块。为了实现这一点，使用了“工作量证明”（PoW），本文后面会对此进行解释。

对于区块链网络来说，全节点越多越好。全节点越多意味着系统更加去中心化，黑客攻击区块链和伪造信息的难度也就更大。

超级节点

超级节点是全节点，与网络中的其他节点有大量的入站和出站连接。这些节点充当信息中继，确保每个全节点在其本地数据库中都有相同版本的区块链。

录交易的完整流程 1. 出现新的交易，所有节点都收到消息

• 交易发起：
  用户 A 想要向用户 B 转账一定数量的加密货币，因此他们使用钱包软件创建一笔交易。该交易包括发送者的地址（公钥）、接收者的地址、转账金额以及用于证明交易有效性的数字签名。

• 广播交易：
  创建的交易被发送到本地节点，本地节点再将该交易广播给网络内的其他节点，保证网络内所有节点都能收到新的交易信息。

• 内存池：
  每个节点维护一个称为内存池的临时区域，用于存储尚未包含在块中的有效交易。当节点收到新交易时，它首先执行基本验证（例如，签名验证、格式检查），然后将其添加到内存池中。

• 区块组装：
  挖矿节点（或出块节点）从内存池中选择几笔交易，按照一定的策略（比如更高的费用、交易时间等）组装成一个新的区块，这个过程叫做区块打包。

• 挖矿过程：
  挖矿节点必须为组装的区块找到一个满足特定难度目标的哈希值。这涉及调整区块头中的随机数，并反复计算区块的哈希值，直到找到低于预设难度目标的结果。

• 难度调整：
  区块链网络定期调整挖矿难度，以维持稳定的平均出块时间（例如比特币每10分钟出一个区块），保证网络的稳定性和安全性。

4. 当一个节点找到工作量证明时，它会将该区块广播给所有节点

• 区块验证：
  当挖矿节点成功找到满足难度目标的工作量证明时，它会将完整区块（包括区块头和区块主体）广播给网络中的其他节点。

• 节点接收区块：
  接收新区块的其他节点将执行一系列验证，以确保该区块有效（详情见下一步）。

• 区块头验证：
  1 .上一个区块哈希：检查新区块的上一个区块哈希，确保其与本地区块链的最新哈希相匹配，确保区块链的连续性。
  .工作量证明：重新计算区块的哈希，确保其满足当前难度目标。

• 交易验证：
  1.数字签名：检查每笔交易的数字签名，确保交易由合法所有者发起。
  .双重支付检查：确认交易输入（正在使用的资产）未在任何其他交易中使用，防止双重支付攻击。
  .交易格式和规则：检查区块，确保所有交易都遵循区块链协议的格式和规则，例如匹配输入和输出、费用计算等。

• 块大小和结构：
  检查块以确保其符合大小限制并具有完整的结构。

只有当所有这些验证都通过后，节点才会接受新区块并将其添加到区块链的本地副本中，并更新内存池以删除已确认的交易。

6. 节点通过使用该区块的哈希值作为下一个区块的前一个哈希值来表示接受该区块

• 链式延续：
  成功将新区块添加到区块链后，该区块的哈希值将作为下一个区块的前一个区块哈希值。这种链式结构确保了区块之间的连续性和不变性。

• 开始新一轮挖矿：
  节点现在将开始搜索一组新交易的工作量证明和最新的区块哈希，从而创建下一个区块。此循环持续进行，使区块链保持运行和更新。

为了激励矿工充当节点并维护区块链，需要有一个全面的奖励系统，这就是挖矿所提供的。在比特币区块链中，有两种主要类型的奖励：

区块奖励

区块奖励是矿工成功挖掘出一个新区块并被网络接受后获得的新比特币数量。

• 固定供应量和减半机制：
  比特币总供应量上限为 2100 万枚，每 210,000 个区块（约每四年）区块奖励减半一次。初始区块奖励为 50 BTC，经过多次减半，目前（截至 2024 年）为 6.25 BTC。

• 供应控制：
  该机制确保比特币的通货膨胀率随着时间的推移而下降，最终在 2140 年左右达到 2100 万枚的供应上限。

前面我们介绍了交易如何在区块链上记录的过程，这个是对它的一个补充。

• 步骤 3（寻找工作量证明）：
  矿工通过解决工作量证明来竞争区块奖励。

• 步骤4（广播区块）：
  成功挖掘出一个区块后，矿工将获得区块奖励并将该区块广播到网络。

交易费是用户在发送比特币交易时支付的费用，激励矿工优先处理他们的交易。

• 动态：
  费用的大小取决于交易的大小（以字节为单位）、当前网络拥塞程度以及用户设置的费率（通常以每字节聪为单位）。

• 市场驱动：
  在区块空间有限的情况下，费用较高的交易将优先被矿工处理，从而形成市场驱动机制。

这补充了交易在区块链上记录的过程。

• 第二步（收集交易并组装区块）：
  矿工从内存池中选择费用较高的交易组装成区块，以最大化他们的利润。

• 步骤4（广播区块）：
  成功挖掘一个区块后，矿工不仅会获得区块奖励，还会获得该区块中所有交易的总交易费用。

奖励分配方式 区块奖励分配

• 个人矿工：
  当矿工成功挖出一个区块时，他们将获得当前区块奖励（例如 6.25 BTC）以及该区块中所有交易的交易费用。

• 矿池：
  许多矿工加入矿池，集中他们的计算资源共同挖矿。当矿池成功挖出一个区块时，奖励将根据参与者的贡献分配给他们。

• 矿工优先级：矿工根据费用对交易进行优先排序，费用较高的交易将优先纳入区块，直接影响矿工的收益。

• 动态调整：用户可以根据网络拥堵情况调整费用，以确保他们的交易在合理的时间内得到确认。

读完这篇文章后，你有没有想过，奖励分配是否真的有效？这是一个值得深思的有趣问题，但我注意到，并没有多少人认真考虑过这个问题。

根据历史数据，哈希率的持续增长是比特币奖励机制有效性的有力证据。尽管通过减半减少了区块奖励，但矿工通过提高计算能力保持或增加了利润。这不仅确保了比特币网络的安全性（因为更高的哈希率会显著提高攻击成本），也反映了对比特币长期价值的信心。

然而，随着区块奖励逐渐减少，矿工的收入结构正在发生变化。早期，区块奖励是主要收入来源，交易费占比很小。随着减半的发生，交易费占比上升，特别是在网络拥堵时期，成为矿工收入的 重要组成部分。这种转变确保了比特币网络的可持续性，它将不再仅仅依赖于新比特币的创造，而是取决于用户支付交易费的意愿。

目前看来，我们正迎来一个转折点。根据数据，开采一枚比特币的成本已经超过了比特币本身的价值 。这将对比特币的价格产生何种影响仍不得而知。

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