加密货币挖矿详解：它是如何运作的
加密货币挖矿是指验证新交易并将其添加到区块链，同时以奖励形式产生新币的过程。它是驱动 Bitcoin 等 Proof of Work 区块链的引擎，通过计算投入和经济激励来保障网络安全。挖矿将电力转化为数字安全，这一概念既创造了巨大的经济价值，也引发了显著的环境争议。
本指南将覆盖你需要了解的加密货币挖矿全部内容：技术机制、硬件格局、经济模型，以及减半后时代的挖矿未来。
什么是挖矿？
最简单地说，挖矿就是使用计算机求解密码学谜题来验证交易区块。最先解出谜题的矿工可以将区块加入区块链，并获得新发行的加密货币和交易手续费奖励。
挖矿有三项关键功能：
- 交易处理：矿工在区块链上验证并记录交易。
- 网络安全：挖矿所需的计算投入使攻击网络的成本高到难以承受。
- 货币发行：挖矿是新币进入流通的机制，并遵循预定的发行计划。
“挖矿”这个术语是类比黄金开采而来：矿工消耗资源（电力和硬件，而非体力劳动）来提取有价值的东西（加密货币，而非黄金）。和黄金一样，供应有限，且会随着时间推移变得越来越难开采。
挖矿如何运作：技术流程
挖矿算法
Bitcoin 挖矿使用 SHA-256 哈希算法。挖矿过程包括：
- 收集交易：矿工从内存池（mempool）中选择未确认交易，优先打包手续费率最高的交易。
- 构建区块：矿工将交易组装为候选区块，区块头包含：
- 上一个区块的哈希
- 汇总所有已包含交易的 Merkle root
- 时间戳
- 当前难度目标
- nonce（矿工会不断变化的 32 位数）
- 哈希计算：矿工计算 SHA-256(SHA-256(block_header))，即 Bitcoin 会对 SHA-256 执行两次。
- 检查结果：如果结果哈希在数值上小于难度目标，则区块有效。否则矿工会修改 nonce（或其他可变字段）并再次哈希。
- 广播区块：找到有效哈希后，矿工将区块广播到网络。
难度目标
难度目标是一个 256 位数字，区块哈希必须小于它区块才有效。目标越低，可用的有效哈希越少，谜题就越难。Bitcoin 协议每 2,016 个区块（约每两周）调整一次难度，以维持平均 10 分钟出一个区块。
如果前 2,016 个区块挖得比预期更快（因为更多算力加入网络），难度就会上调；如果更慢，就会下调。这个自调节机制确保无论全网总挖矿算力如何变化，区块产出都能保持稳定。
Nonce 空间与 extraNonce
区块头中的 nonce 字段只有 32 位，约提供 43 亿个可能值。现代挖矿硬件可在不到一秒内耗尽整个空间。为制造更多变化，矿工会修改 coinbase 交易中的 extraNonce 字段（这会改变 Merkle root，从而改变整个区块头哈希），并为每个 extraNonce 循环遍历 nonce 值。
这实际上提供了近乎无限的搜索空间，但每次 extraNonce 变化都需要重新计算 Merkle root，会带来少量计算开销。
挖矿硬件演进
挖矿硬件的演进反映了行业竞争不断加剧的过程。
CPU 挖矿（2009–2010）
Bitcoin 刚发布时，可用普通 CPU 挖矿。Satoshi Nakamoto 就是在标准台式机上挖出了最初的区块。当时 CPU 挖矿可行，因为矿工很少、难度极低。
现代 CPU 大约每秒可计算 1000 万到 5000 万次 SHA-256 哈希（MH/s）。
GPU 挖矿（2010–2013）
矿工很快发现，图形处理器（GPU）为游戏和渲染中的并行计算而设计，在挖矿所需的重复哈希运算中效率高得多。单张 GPU 可比 CPU 快 10-100 倍。
高端 GPU 在 SHA-256 下大约可达到 500 MH/s 到 1.5 GH/s（不过如今 GPU 更多用于 Ethash 或 Equihash 等非 SHA-256 算法）。
FPGA 挖矿（2011–2013）
现场可编程门阵列（FPGA）相比 GPU 提供了更好的算力和能效。这类可编程芯片可以专门为挖矿优化，但很快被 ASIC 取代。
ASIC 挖矿（2013–至今）
Application-Specific Integrated Circuits（ASIC） 是为单一任务专门设计的芯片，在这里就是计算 SHA-256 哈希。ASIC 代表了当前 Bitcoin 挖矿的最先进水平，并使其他硬件类型在 SHA-256 挖矿中基本淘汰。
现代 ASIC 规格（2025-2026 代）：
| 型号 | 算力 | 功耗 | 能效 |
|---|---|---|---|
| Bitmain Antminer S21 Pro | 234 TH/s | 3,531W | 15.0 J/TH |
| MicroBT WhatsMiner M60S+ | 212 TH/s | 3,360W | 15.8 J/TH |
| Canaan AvalonMiner A1566 | 185 TH/s | 3,420W | 18.5 J/TH |
单台现代 ASIC 每秒约可执行 200 万亿次哈希计算，约比高端 GPU 快 400 万倍，比 CPU 快 40 亿倍。
ASIC 抗性
一些加密货币会刻意采用难以被 ASIC 优化的挖矿算法，以保持 GPU 矿工的可参与性：
- Monero (RandomX)：采用对 CPU 友好的算法，包含随机程序执行，难以被 ASIC 优化。
- Ravencoin (KawPow)：偏向 GPU 的内存密集型算法。
- Ergo (Autolykos2)：需要大量 GPU 显存的内存硬算法。
ASIC 抗性的目标是防止硬件厂商主导挖矿生态，从而维持挖矿去中心化。
矿池
为什么会有矿池
随着挖矿难度提高，个人独立挖矿（solo mining）越来越不现实。单个矿工找到区块的概率变得极低，100 TH/s 的矿工在统计上可能数年才能挖到一个 Bitcoin 区块。高波动性（运气因素）使得 solo mining 对大多数参与者在经济上不可行。
矿池（Mining pools） 通过聚合大量矿工的算力，并按贡献比例分配奖励，来解决这个问题。
矿池如何运作
- 矿池运营方为矿工提供工作单元，即带有不同起始 nonce 的区块头模板。
- 每个矿工在分配到的搜索空间部分进行计算。
- 矿工提交 shares（份额）作为部分解，证明自己在工作，即使哈希未达到完整难度目标。
- 当任意矿池成员找到有效区块时，矿池获得区块奖励。
- 奖励按各矿工在总工作量中的份额进行分配。
奖励分配方式
- PPS (Pay Per Share)：矿工每提交一个有效 share 就获得固定报酬，不论矿池是否找到区块。波动风险由矿池承担。
- FPPS (Full Pay Per Share)：类似 PPS，但还包含交易手续费的按比例分成。
- PPLNS (Pay Per Last N Shares)：按找到区块前窗口内提交的 shares 数量分配奖励，可抑制“跳池”行为。
- PROP (Proportional)：按自上一个区块以来提交的 shares 比例分配奖励。
主要矿池（2026）
| 矿池 | 大致算力占比 |
|---|---|
| Foundry USA | ~30% |
| AntPool | ~18% |
| F2Pool | ~13% |
| ViaBTC | ~12% |
| Binance Pool | ~8% |
算力集中在少数大矿池一直是 Bitcoin 去中心化的持续担忧。不过，个人矿工可随时切换矿池，而且矿池运营方并不控制矿工硬件，他们只能协调任务分配，无法单方面指挥算力。
挖矿经济学
收入来源
Bitcoin 矿工有两类收入来源：
- 区块补贴：当前每区块 3.125 BTC（2024 年 4 月减半后）。每 210,000 个区块减半一次（约每四年）。
- 交易手续费：区块中所有交易支付的手续费。随着每次减半后区块补贴下降，手续费会成为越来越重要的收入来源。
盈利计算
挖矿盈利取决于多个因素：
Daily Revenue = (Your Hash Rate / Network Hash Rate) x Daily Blocks x (Block Subsidy + Avg Fees)
Daily Cost = Power Consumption (kW) x Hours x Electricity Rate ($/kWh)
Daily Profit = Daily Revenue - Daily Cost
示例计算（2026 年初）：
- 算力：200 TH/s（1 台现代 ASIC）
- 全网算力：~800 EH/s
- 区块补贴：3.125 BTC（按 $96,000/BTC 约 $300,000）
- 每日产块：144
- 日收入：(200 TH / 800,000,000 TH) x 144 x $300,000 = ~$10.80/day
- 功耗：3,500W = 3.5 kW
- 电价 $0.06/kWh 时电费：3.5 x 24 x $0.06 = $5.04/day
- 日利润：~$5.76/day（未计硬件折旧）
关键经济因素
电力成本：最重要的单一变量。盈利挖矿通常布局在电价最低的地区，例如水电丰富区域、搁浅天然气区域或可再生能源富余地区。工业矿工常见电价为 $0.03-$0.05/kWh。
硬件成本与折旧：顶级 ASIC 价格约 $3,000-$8,000。由于难度上升和竞争对手效率提升，其有效寿命通常为 3-5 年后会变得无利可图。
Bitcoin 价格：收入以 BTC 计价，但成本以法币支付。价格波动会显著影响盈利能力。矿工需要谨慎管理 BTC 持仓和法币支出。
网络难度：矿工越多，难度越高，每个矿工分到的区块份额越少；反之当矿工退出（例如价格暴跌后），难度下降，留在网络中的矿工盈利会提高。
减半事件：约每 4 年一次，区块补贴减半。最近一次（2024 年 4 月）将补贴从 6.25 降至 3.125 BTC。下一次预计在 2028 年 4 月左右（1.5625 BTC）。每次减半大致要求 Bitcoin 价格翻倍，矿工才能维持相同法币收入。
能源消耗与环境影响
规模
截至 2026 年，Bitcoin 挖矿年耗电约 150-180 TWh，接近波兰或泰国等国家的用电规模。网络碳足迹在很大程度上取决于矿工使用的能源结构。
可持续性争论
批评者认为：挖矿将大量能源浪费在“无意义”的计算上。尤其在存在能耗低 99.95% 的权益证明替代方案时，这种环境成本难以正当化。
支持者回应：
- 能源来源更关键：多项研究估计，50-60% 的 Bitcoin 挖矿使用可再生或零碳能源，使其在能源结构上成为最绿色的行业之一。
- 搁浅能源利用：挖矿可变现原本会被浪费的搁浅能源（偏远地区水电、油井放空天然气）。
- 电网稳定：挖矿可作为可调负载，在电力便宜充裕时增载，在需求高峰时关停，从而提升可再生能源项目的经济可行性。
- 安全价值：能耗用于保护一个市值超过 1.8 万亿美元（Bitcoin 市值）的金融网络。传统金融基础设施同样在数据中心、办公和运输方面消耗大量能源。
效率提升
挖矿能效多年显著提升：
| 年份 | 能效 (J/TH) | 提升幅度 |
|---|---|---|
| 2013 | 1,000 | — |
| 2016 | 100 | 10x |
| 2019 | 40 | 2.5x |
| 2022 | 25 | 1.6x |
| 2025 | 15 | 1.7x |
每一代 ASIC 都能在单位能耗下计算更多哈希，但随着芯片制造逼近物理极限，提升速度正在放缓。
挖其他加密货币
尽管 Bitcoin 在算力和经济价值上主导挖矿市场，其他 Proof of Work 加密货币仍可挖：
可用 GPU 挖的币
Ethereum 在 2022 年转向 Proof of Stake 后，GPU 矿工迁移到了其他链：
- Ethereum Classic (ETC)：原始 Ethereum 链，仍使用 Ethash PoW。
- Ravencoin (RVN)：使用 KawPow，内存密集型算法。
- Ergo (ERG)：使用 Autolykos2，需要较大 GPU 显存。
- Kaspa (KAS)：使用 kHeavyHash，最初对 GPU 友好，但正逐步走向 ASIC 化。
- Flux (FLUX)：使用 ZelHash，是改进版 Equihash 变体。
可用 CPU 挖的币
- Monero (XMR)：最具代表性的 CPU 挖矿加密货币，使用 RandomX。
ASIC 挖矿币种
- Litecoin (LTC)：使用 Scrypt，有专用 ASIC 硬件。
- Bitcoin Cash (BCH)：与 Bitcoin 相同，使用 SHA-256。
- Dogecoin (DOGE)：使用 Scrypt，可与 Litecoin 联合挖矿。
挖矿的未来
区块补贴持续下降
Bitcoin 的减半机制意味着区块补贴会大约每四年继续下降，直到约 2140 年最后一个 Bitcoin 被挖出。随着补贴缩小，矿工收入将越来越依赖手续费。这一转型存在较大争议：
- 乐观者认为，随着 Bitcoin 采用增长，交易手续费收入将足以维持挖矿安全，特别是在 Ordinals、BRC-20 代币和链上活动增长的推动下。
- 悲观者担心，若手续费收入不足，可能导致挖矿算力下降并削弱网络安全。
机构化挖矿
挖矿已从爱好者活动演变为机构化产业。Marathon Digital、Riot Platforms、CleanSpark 等上市矿企运营着拥有数千台 ASIC 的大型设施。机构参与带来了规模经济、资本市场融资能力和专业风险管理。
监管格局
全球挖矿监管差异较大：
- United States：整体较宽松，部分州（Texas、Wyoming）积极吸引矿工。New York 对使用化石燃料的新 PoW 挖矿许可实施过暂停。
- China：2021 年禁止挖矿，导致算力大规模迁移到北美、中亚及其他地区。
- Russia：2024 年通过立法，在部分地区合法化挖矿，同时在其他地区限制挖矿。
- Nordic countries：曾讨论取消矿工电价优惠，但总体仍对挖矿友好，原因是水电资源充足。
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FAQ
到 2026 年，加密货币挖矿还有利润吗？
挖矿是否盈利取决于你的电价、硬件能效和 Bitcoin 价格。在电价低于 $0.05/kWh 且使用现代 ASIC 的情况下，Bitcoin 挖矿在 2026 年初仍有利润。不过，由于 2024 年 4 月减半和网络难度上升，利润率比前些年更薄。能够获得低价电力和批量采购硬件的机构矿工，相比小规模矿工有明显优势。
我能在家用电脑上挖 Bitcoin 吗？
技术上可以在任何电脑安装挖矿软件，但在 2026 年用 CPU 或 GPU 挖 Bitcoin 的收入几乎可以忽略，远低于电费成本。如今 Bitcoin 挖矿需要价值数千美元的专用 ASIC。若你想在家为学习或小规模盈利而挖矿，可考虑 Monero（CPU）或 Ravencoin、Ergo（GPU）等替代币。
开始挖 Bitcoin 要花多少钱？
有竞争力的家庭挖矿配置至少需要 1 台现代 ASIC（$3,000-$8,000）、足够的电力基础设施（220V 回路，可能需升级配电板）、散热方案（ASIC 会产生显著热量和噪音），以及持续电费。单 ASIC 方案的总启动成本约 $5,000 到 $15,000。商业矿场则会在场地、电力设施和数百到数千台 ASIC 上投入数百万美元。
当 2100 万个 Bitcoin 都被挖完会怎样？
Bitcoin 总量上限为 2100 万枚，最后一小部分预计在 2140 年左右被挖出。此后矿工收入将完全来自交易手续费，不再有新币发行。Bitcoin 社区普遍预期到 2140 年，链上交易活动足以产生可观手续费收入来维持挖矿。这个转变是渐进的，每次减半都会降低补贴并提升手续费的重要性。
挖矿会损坏我的硬件吗？
挖矿硬件长期满载运行会产生大量热量，若散热不足会缩短组件寿命。ASIC 虽为连续运行设计，但也会随时间老化。用于挖矿的 GPU 相比普通使用可能寿命更短，不过在温度受控范围内运行的现代 GPU 通常仍可稳定使用多年。良好通风、温度监控和定期维护非常关键。
什么是联合挖矿（merge mining）？
联合挖矿（或辅助工作量证明）允许矿工用同一份计算工作同时挖多个加密货币。比如 Litecoin 和 Dogecoin 可以联合挖矿，因为 Dogecoin 使用 Litecoin 的 Scrypt 工作量证明。矿工把同一份证明提交给两条链，无需额外能耗即可同时获得两边奖励。Bitcoin 的 SHA-256 算力也可通过联合挖矿保护 Namecoin、RSK 等链。
什么是矿场（mining farm）？
矿场是容纳数百到数千台挖矿设备的大型设施。这些设施通常位于电力便宜且充足的地区，常见于工业厂房或专门建设、配有专业散热系统的建筑。最大型矿场可消耗数十兆瓦电力，并在基础设施上投入数百万美元。它们在硬件采购、电力合同和运营效率方面具备规模优势。