Leifeng.com AI财经评论出版社：本文作者为中国信息通信研究院(工信部电信研究院)专家蒙骜博士，Leifeng.com(微信官方账号：雷锋网)独家专题文章，Leifeng.com与信通院联合推出。未来，Leifeng.com将继续发布蒙骜博士原创的区块链系列文章，并与信通院相关平台同步更新，敬请关注！
比特币最吸引人的是挖矿。为什么采矿如此迷人？因为挖矿可以得到比特币。在写这篇文章的时候，比特币的价格是3900美元。如果能挖到一个区块，可以获得48750美元的开采收入和大约6000美元的交易费收入。这难道不令人着迷吗？
那么到底什么是采矿呢？矿工如何通过挖矿获得比特币？这需要从比特币区块链系统采用的PoW(工作量证明)共识机制说起。
PoW(工作量证明)共识机制先讲一个故事：有一个村子，这个村子里很多事情需要大家一起决策。比如有一天村长需要所有村民一起决定今天中午在村食堂包饺子还是卷面条。通常我们能想到的方式是投票——每个村民一票，少数服从多数。但是有些村民不愿意在食堂吃饭，可能会把自己的票让给别人，可能会导致不公平。大部分在食堂吃饭的人，可能都实现不了自己的愿望。
于是村长换了一种方式。10点50分，他用喊话器向全体村民广播：“中午我们在食堂选做饺子还是面条。想去食堂吃饭的，就推食堂门口的巨石。11点整，石头会推到大门东边，他们中午吃饺子；推到大门西边，中午吃面。”
于是想在食堂吃饭的人跑去推石头。贡献多的人最后实现了愿望，贡献少的人心甘情愿，因为村里一直就是这样的规矩。
这个故事讲述了一种在民众中达成共识的方式，我们可以称之为“工作量证明机制”。用努力的多少来证明自己的选择意愿。
在本系列的第一篇文章中，我们讨论了可以保持每个人的账簿一致的区块链系统。这种保持所有节点数据一致的机制称为共识机制。不同的共识算法可以达到不同性能的共识效果，最终目的是保持数据一致。
记录工作量证明不可篡改。我们已经知道，在比特币系统中，记录交易是系统工作的基本方式。在比特币区块链系统中，区块是记录交易的最基本容器。在比特币(BTC)，目前的块大小限制为1MB(一种名为比特币现金——BCC的新虚拟货币在几天前刚刚诞生，这个块大小限制目前为8MB)。因为块的大小是有限的，所以每个块可以容纳的事务数量也是有限的。目前比特币系统规定平均每10分钟生成一个区块。所以矿工的工作方式本质上就是收集10分钟内网上产生的所有交易，然后填在一个块里。这个块如下表所示：注意第一个。在任一区块中，第一个都没有转出地址，也就是所谓的CoinBase(挖矿交易)。没有人付给矿工这些钱，但是矿工只是写着他们得到了12.5个比特币。所有节点都同意矿工这样写，所以矿工获得采矿收入。
不同矿工填块的时候，数据肯定是不一样的，因为每个矿工的第一条规则肯定是不一样的，矿工只会把开采所得转到自己的地址。所以矿工迈克尔的CoinBase是“迈克尔获得了12.5个比特币”，矿工南希的CoinBase是“南希获得了12.5个比特币”。
每个矿工都填好了自己收集的交易和应该得到的收入。那么，谁的记录会得到大家的认可呢？比特币使用工作量证明机制，让矿工相互竞争来解决一个数学问题。谁先解决，谁就得到大家的认可。就像开篇故事中讲述的那个村庄一样，每个矿工都在用力推着巨石。一旦石头压住了他的账户页面，他喊道：“我的工作量证明是成功的。快来看！”所有的矿工都来了，抄下那一页账目，贴在账本后面，然后开始新的记账流程。周而复始，生生不息，账本一页页的增加，账本越来越厚。
当中本聪决定采用工作量认证机制时，出发点是为了避免系统受到攻击。“中本聪”认为，如果攻击者想通过搞乱账本来攻击，他需要足够的计算能力。换句话说，他比大多数推石头的人都厉害。这样他要付出巨大的成本，但回报不足以抵消成本，所以攻击者没有经济动机去攻击比特币系统。
与推石头的方式不同的是，在比特币中，大家共同努力，通过穷举结果来解决一个数学问题。并不是计算能力强的人每次都会赢，因为可能有人运气好，一下子就搜索到了那个答案。而那些计算能力强的，这次可能就没那么幸运了，多次找不到解决方案。但是从概率上来看，得到答案的次数和他自己的计算能力在整个比特币网络中所占的比例是一致的。也就是说，如果一个矿工拥有全网30%的计算能力，那么基本上在1000分钟内(生成100个区块)，30个区块就是他找到的全部答案，他获得30%的开采收入。
然而现在因为比特币的价格越来越高，推石头的人已经不满足于自己推了，而是把家里的大骡马都送去干活了。在“中本聪”的最初设计中，用一个CPU和一张选票来决定哪个矿工的账户成为最终账户。随着比特币价格的上涨，GPU挖矿开始出现。后来人们不满足于GPU的速度，开始制造挖矿专用芯片。专用芯片计算比特币问题的能力是普通CPU的数万倍，所以现在比特币不再是“一CPU一票”，这也背离了“中本聪”最初的设计。比特币网络基本被几大矿池垄断，背离了去中心化货币的初衷。
雷锋的特殊贡献未经授权禁止转载。详见转载说明。
