비트코인은 어떻게 채굴하는가?

비트코인 채굴은 다음과 같이 간단히 요약할 수 있습니다.

사람들은 '작업량 증명'(PoW)이라고 불리는 프로세스에 컴퓨팅 파워를 적용하여 비트코인 보상을 받기 위해 경쟁합니다. 이 프로세스를 '작업 증명서'라고 부르는 이유는 충분한 자원(작업)을 투입한 것으로 입증된 참가자(광부)만이 보상을 받을 수 있기 때문입니다.
약 10분마다 승리한 '광부'가 보상을 받습니다.
보너스는 이중으로 (1) '블록 보상', 즉 새로 발행된 비트코인입니다.블록 보상은 현재 6.25비트 코인으로 설정되어 있으며, (2) 현재 블록의 모든 거래와 관련된 다양한 수수료가 2024년 5월 초에 절반으로 인하된 후 4년 후에 다시 절반으로 인하됩니다.
구체적으로 비트코인이 채굴되는 과정은 다음과 같습니다.

새로운 거래는 모든 노드에 방송됩니다.
각 노드는 새로운 거래를 하나의 블록으로 수집합니다.
각 노드는 블록에 대한 작업량 증명을 찾습니다.
노드가 작업량 증명을 찾으면 모든 노드에 이 블록을 브로드캐스트합니다.
노드는 블록 내 모든 거래가 유효하고 이전에 소비되지 않은 경우에만 블록을 수락합니다.
노드는 현재 블록의 해시 값을 이전 해시 값으로 사용하여 체인에 다음 블록을 생성하는 방식으로 현재 블록의 수용을 나타냅니다.
비트코인의 작업량 증명

작업량 증명이란 무엇입니까? 작업량 증명서는 특정 작업량을 수행했음을 증명하는 것입니다. 예를 들어 운전학원에서 50시간 공부했습니다. 다른 사람들은 이 작업량을 간단히 검증할 수 있습니다. 예를 들어, 운전면허증을 제시하면, 자신이 운전 학원에서 얼마 동안 공부한 것이 확실하다는 것을 의미합니다.

비트코인의 작업량 증명은 컴퓨터 계산, 즉 수학 문제로 귀결되어야 합니다. 어떻게 수학 문제를 구성하여 작업량 증명을 실현합니까? 간단한 예를 하나 보겠습니다.

어느 학교의 한 반에 샤오홍(小红)이라는 여자만 있고 나머지는 모두 남자라고 가정해 보겠습니다. 모든 남자는 샤오홍(小红)과 영화를 보고 싶어 하지만, 소원을 이룰 수 있는 사람은 한 남자뿐입니다. 어떤 남자를 고를까요? 공평의 원칙에 따라 샤오홍은 모든 남학생의 성의를 조사해야 합니다, 조사 방법은 수학 문제를 내는 것입니다, 예를 들어 방정식을 푸는 것입니다, 누가 먼저 이 방정식을 풀면, 샤오홍과 함께 영화를 볼 자격이 있습니다. 고차 방정식을 풀기 위해서는 고정된 공식이 없기 때문에 정확한 결과를 계산하기 위해서는 많은 계산이 필요하며 이 계산 과정에는 특정 작업량이 필요합니다. 샤오밍이 먼저 결과 x=2.5를 계산했다고 가정하면 샤오홍은 단순히 결과가 올바른지 여부를 확인할 수 있습니다.

 

방정식을 푸는 것은 어렵지만 검증 결과는 비교적 간단함을 알 수 있습니다. 따라서 효과적인 작업량 증명은 계산 프로세스가 매우 복잡하고 일정 시간이 소요되지만 검증 프로세스가 비교적 간단하고 거의 순식간에 완료될 수 있다는 것입니다.

다른 사람이 샤오밍(小明)의 답을 훔쳐보고 답을 뺏으면 어떡합니까? 이 문제를 해결하는 것도 매우 쉬우며 Xiaohong은 남학생의 일련번호에 따라 다른 남학생에게 다른 방정식을 보낼 수 있으며 방정식의 첫 번째 항목의 계수는 일련번호입니다. 이렇게 해서 사람마다 풀어야 할 방정식이 다릅니다. 샤오밍이 푼 x=2.5는 샤오쥔의 번호가 3이기 때문에 샤오밍의 결과로 샤오쥔의 방정식을 검증할 수 없습니다. 실제로 방정식이 검증되면 샤오홍은 방정식의 첫 번째 계수를 통해 누가 방정식을 풀었는지 직접 알 수 있습니다. 따라서 다른 사람의 작업량 증명서를 훔치는 결과는 소용이 없습니다.

작업량 증명을 통해 모든 사람이 계산을 위해 특정 시간을 소비해야 한다는 것을 효과적으로 확인할 수 있습니다. 비트코인 네트워크에서 광부들의 채굴도 작업량 증명이지만 다항식 해법은 사람이 계산하기 어렵고 컴퓨터가 1초 이내에 완료할 수 있기 때문에 다항식 해법으로 달성할 수 없습니다. 컴퓨터가 작업량 증명을 실현하려면 컴퓨터가 단시간에 계산할 수 없도록 작업량 알고리즘을 찾아야 합니다. 이런 알고리즘이 해시 알고리즘입니다.

비트코인 채굴 작업의 작업량 증명 원리는 특정 해시 값이 계산될 때까지 블록의 해시를 계산하려고 계속 시도하는 것이며 블록 헤더의 nonce 필드의 값을 변경하여 컴퓨터가 다른 블록의 해시를 계산할 수 있습니다.

 

비트코인 네트워크의 난이도는 끊임없이 변화하며, 난이도는 약 10분마다 블록이 생성되도록 보장하며, 난이도 값은 2015개 블록마다 조정됩니다. 블록 평균 생성 시간이 10분 미만이면 전체 네트워크 계산력이 증가하고 난이도가 증가함을 의미하며, 블록 평균 생성 시간이 10분 이상이면 전체 네트워크 계산력이 감소하고 난이도가 감소함을 의미합니다. 따라서 전체 네트워크 컴퓨팅 파워의 증감에 따라 난이도가 동적으로 조정됩니다.

비트코인의 블록별 난이도 값과 산출 시간을 기반으로 전체 비트코인 네트워크의 전체 네트워크 계산력을 추정할 수 있습니다. 비트코인 네트워크의 전체 네트워크 컴퓨팅 파워는 빠르게 증가하고 있습니다. 현재 전체 네트워크의 계산 능력은 초당 100EH/초, 즉 초당 약 1조 개의 해시를 계산합니다.

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