比特币挖矿是网络安全和新币发行的核心机制，其难度动态调整以确保区块发现的稳定速度。每大约两周，比特币网络会根据矿工数量和哈希率变化重新校准挖矿难度。难度的增加对小型矿商带来压力，尤其是在竞争加剧的环境中，他们面临设备升级和运营维持的挑战。比特币的哈希率近期也达到历史高点，显示矿商在提高计算能力以保持竞争力。随着全球算力的增加和挖矿硬件的发展，比特币难度持续上升。政策和能源使用对挖矿有显著影响，部分国家通过再生能源和税收调整，稳定算力并降低环境影响。比特币挖矿难度的未来面临技术和环境挑战，尤其是量子计算的潜在影响。矿工正逐步适应可持续能源，以应对这些变化，同时比特币社区也在探索抗量子算法以确保网络安全。
深入解析比特币挖矿难度
比特币挖矿是比特币网络安全的重要组成部分，也是发行新币的唯一机制。为了确保比特币区块大约每10 分钟被发现一次，比特币中设定有一个自动调整挖矿难度的系统。
本文教学将为您详细介绍什么是比特币挖矿难度，以及如何计算和调整挖矿的难度。
比特币挖矿难度最新新闻及动态
比特币挖矿难度衡量的是在比特币区块链上找到新区块的难度。比特币网路每2,016 个区块（大约每两周）重新校准该数字，以确保一致的区块发现速度。
在11 月19 日，比特币挖矿难度创下102.29 兆(T) 的历史新高，这加大了小型矿商的压力，这些矿商可能没有与上市竞争对手一样多的现金来维持矿机运转。
截止目前，比特币今年迄今难度调整了23 次，几乎60% 的时间都是积极调整，难度增加。
过去一年BTC难度调整百分比变化数据来源：Glassnode
难度上升加大了矿工的压力，直接影响他们的获利能力和长期生存能力。规模较小的私人矿业公司在这些变化中首当其冲。与大型上市公司不同，小型业者往往因资本有限而苦苦挣扎，因此在困难时期难以升级设备或维持营运。
与此同时，根据Glassnode 的数据，比特币的哈希率（用于挖矿和处理交易的总计算能力的指标）上周创下了7 天平均每秒755 exahashes (EH/s) 的纪录。
比特币哈希率变化
根据The Block报道，这一里程碑标志着算力首次超过750 EH/s 。这一上升表明矿商在日益困难的情况下集体努力提高能力并保持竞争力。
CryptoQuant 撰稿人Yonsei_dent 表示， 由于没有足够的交易费用，日益激烈的挖矿竞争给该行业带来了挑战。因此，由于比特币算力和难度都创下历史新高，采矿业的可持续性受到威胁。
比特币挖矿如何运作？
在开始理解比特币挖矿难度的含义之前，我们需要了解比特币挖矿的基本原理。
比特币挖矿对比特币网络及其原生加密货币BTC非常重要。挖矿是比特币共识机制的关键部分，通过该协议系统，所有分布式参与者，即「矿工」，可以就新数据加入区块链达成一致。
「矿工」使用专用设备来破解复杂的加密难题。如果他们成功解决问题，就有机会将新区块添加到BTC区块链上。
为了确保新区块能以稳定的速度加入，系统会定期调整这些问题的难度。
简单来说，当网路中有更多矿工时，开采比特币的难度会增加，以确保供应的可预测性和系统的安全性。
什么是比特币挖矿难度？
顾名思义，比特币挖矿难度是指通过挖矿发现新的比特币区块所涉及的难度。
由于比特币网路是完全分散的，而不是由任何单一的总体权威机构运行，因此使用了由比特币的创造者中本聪（Satoshi Nakamoto）硬编码到原始程式码中的演算法。该演算法根据网路中有多少矿工不断重新调整挖比特币过程的难度，以确保以稳定的速度发现区块。
比特币挖矿难度的重要性
比特币挖矿难度演算法被程式设计为通过保持10 分钟的持续时间来查找新区块，以保持整个系统的稳定。从本质上讲，整个网路中的一个矿工大约需要10 分钟才能生成一个获胜代码，并赢得提出一个新的比特币交易块的权利，以将其添加到区块链中。
为了保持这个频率，该演算法介入并增加或减少挖掘比特币的难度。每当有矿工或采矿设备涌入时，它就会增加比特币挖矿的难度；如果情况相反，该协定会降低采矿难度。比特币网路的挖矿难度通过添加或减少目标哈希值前面的零来改变。
目标哈希是所有矿工都试图击败的特定哈希（固定长度代码）的名称，生成随机代码且前面恰好具有等于或大于目标哈希数的随机代码的人将被选为获胜者。
如果没有这样的系统，随着越来越多的矿工使用越来越复杂的设备加入网路，区块可能会越来越快地被发现。这将导致新的比特币以不可预测的速度进入流通，并可能产生抑制其价值上涨的连锁反应。
什么决定了比特币挖矿的难度？
比特币挖矿难度主要由两方面决定。
1.维护网络完整性
挖比特币的难度的水准根据协定内挖矿的难易程度而增加或减少，新的BTC 可以每10分钟注入一次回圈供应。为了确保这个时间不会改变比特币协定，当矿工更容易挖矿时，将增加网路难度；当矿工更难挖矿时，将降低网路难度。
比特币网路具有普遍的区块难度，所有有效块的哈希值必须低于目标。矿池还具有特定于矿池的份额难度，可以设定共用的下限。
2.与哈希率的关系
判断工作量证明网路运行状况的关键指标之一是哈希率，哈希率展示了矿工在网路中的强大程度。比特币网路哈希率越高，整体安全性和速度就越高。但是，这些网路需要控制其哈希率，以实现一致的区块生产。这就是为什么当哈希率变得高时，挖掘比特币的难度最终也会变高，这使得矿工更难在网路内轻松挖矿。
如何计算比特币挖矿难度？
比特币挖矿难度是用各种公式计算的。但是，最常见的一个是：难度级别=难度目标/当前目标。
难度目标是挖掘难度为1 的目标哈希的十六进位表示法。相反，当前目标是最近交易块的目标哈希。当两个值被除以时，它会产生一个整数，这是挖掘比特币的难度级别。
例如，如果答案是24万亿，那么矿工在找到获胜的哈希之前，预计会产生大约24万亿个哈希值。当然，有时矿工可以幸运地找到它，并且猜测要少得多。
比特币挖矿难度多久调整一次？
比特币挖矿难度每2,016个区块更新一次，大约每两周更新一次。这便是每个2,016个区块间隔被称为难度纪元的原因，网路评估矿工在过去两周内的活动是否减少或增加了开采新区块所需的时间。如果所需时间少于10分钟，采矿难度会增加。若区块时间超过10分钟，则难度下降。
通过比较在比特币网路上找到2016个交易区块的标准时间与找到最后2,016个区块所用时间，挖矿难度得以调整。预期挖掘2,016区块的时间为20,160分钟（即2016×10分钟）。
网路计算出开采最后2,016个区块的总时间，将标准20,160分钟与之前难度时间比例相乘，得到最近难度级别的调整。这一计算结果决定了采矿难度的百分比变化，使区块时间达到目标的10分钟。由于原始比特币协议中的错误，难度级别调整基于之前的2,015个区块，而非理论上的2,016个区块。
尽管目标是10分钟的区块时间，采矿难度变化不能超过当前难度的四倍或跌到其四分之一。每个难度纪元变化的上限为+300%，下限为-75%。这一规则旨在防止采矿难度的大幅波动。
比特币挖矿难度调整时间表
挖矿难度数字表示与基准难度1（比特币首次推出时最简单的等级）相比，开采新区块的难度有多大。例如，如果难度数字为10,000,000，则意味着挖掘一个区块的难度比难度为1 时的难度增加了1000 万倍。
以下为比特币创世至今的难度调整时间表：
- 2009 比特币刚出现时，BTC 采矿难度从最简单的1 开始，中本聪使用基本CPU 来开采创世区块。这个低数字表示开采区块所需的竞争和运算能力最小。
- 2010 年随着GPU挖矿的出现导致挖矿难度首次大幅增加。到2010 年底，难度上升到14 左右，代表从休闲挖矿转向更具竞争性的参与和更好的硬体。
- 2013 年，ASIC 矿机的引入导致难度大幅提升，因为与GPU 相比，它们提供了运算能力的巨大提升。到2013 年底，BTC 挖矿难度飙升至约1,500,000,000，反映出ASIC技术的快速采用和网路哈希率的提高。
- 2017 年，比特币首次牛市的到来以及挖矿硬体的改进导致越来越多的矿工进入市场，挖矿难度大幅增加。到该年底，BTC 挖矿难度达到约1,590,000,000,000，当时比特币价格接近20,000 美元。
- 2020 年，比特币进行第三次减半，区块奖励从12.5 BTC 削减至6.25 BTC，促使矿工参与度和获利能力进行调整，到该年底，比特币挖矿难度攀升至18,600,000,000,000 左右。
- 2021 年，中国打击挖矿导致算力急遽下降。 2021 年7 月难度下降28%，降至约14,400,000,000,000。这次下跌是比特币史上最大的单次下调，展示了主要矿区的政策变化如何影响网路。不过到年底，BTC 挖矿难度恢复至约24,200,000,000,000。
- 2024 年随着比特币不断创历史新高，挖矿难度首度突破100T，反映出全球算力的显著成长、挖矿硬体的进步和更广泛的采用。
比特币挖矿难度的未来展望
比特币似乎已经很成熟，但它的未来还远远没有得到保证。
政府政策对采矿和难度调整的影响越来越大。 2022 年，哈萨克对采矿能源征税，导致算力暂时下降，因为矿工面临更高的成本。
另一方面，萨尔瓦多透过推广地热能来拥抱采矿业，这稳定了算力并支持更高的难度。冰岛和挪威也以其丰富的再生能源吸引了矿工，提供稳定的算力并降低对环境的影响。
然而，挖矿难度的概念凸显了PoW的环境挑战。试错计算中消耗的庞大能源导致瑞典等国家推行限制措施，这可能会重塑未来的采矿法规。以太坊将于2022 年过渡到权益证明（PoS），将其能源使用量削减99%，这表明可持续替代方案如何蓬勃发展，并增加了比特币的创新压力。
然而，PoW 仍然是比特币安全模型的关键要素。挖矿所需的庞大能源消耗使得任何恶意行为者都很难改变区块链或进行攻击。这种等级的安全性和弹性很难在其他系统中复制，虽然PoS 提供了环境优势，但PoW 在维护网路完整性方面表现出了强大的能力。
矿工们已经开始适应再生能源，例如加拿大的水力发电和美国的太阳能，有些甚至将多余的采矿热量重新用于工业用途，以提高永续性。
量子计算提出了另一个潜在的挑战，它能够产生巨大的挖矿能力，产生可接受的哈希值的速度远远快于当前的硬件，这可能会大大增加难度。尽管专家表示量子电脑的实用化还需要数年时间，但比特币社群已经在研究抗量子演算法以保护网路安全。
比特币挖矿难度的未来是威胁和解决方案之间的平衡。其PoW 机制能否持续蓬勃发展取决于它如何适应这些挑战。
