一、挖矿（挖币）的定义
挖矿（挖币）本质上是一种利用计算机算力来参与区块链网络数据处理与维护的过程，其目的在于获得特定加密货币作为奖励。在公有链中，大量节点相互协作，共同维护区块链的运行。而挖矿节点（通常被称为 “矿工”）通过解决复杂的数学难题，争夺记账权。一旦成功解决难题并获得记账权，矿工就能将新区块添加到区块链上，同时获得系统给予的加密货币奖励，这就是所谓的 “挖币”。例如在比特币网络中，矿工通过挖矿获取比特币作为回报 。
二、挖矿（挖币）的原理
以比特币采用的工作量证明（PoW）机制为例，其挖矿原理如下：区块链网络中的每个区块都包含了前一个区块的哈希值、时间戳、交易数据以及一个随机数（Nonce）等信息。矿工的任务就是不断调整这个随机数，对区块内的所有信息进行哈希运算，试图得到一个符合特定条件的哈希值，这个条件通常是哈希值的前若干位为零。由于哈希函数的特性，输入数据的微小变化都会导致输出的哈希值完全不同，所以矿工只能通过不断尝试不同的随机数来进行 “碰运气” 式的计算。
这个计算过程需要消耗大量的算力，当某个矿工率先计算出符合条件的哈希值时，就意味着他赢得了本次的记账权，他所生成的新区块会被广播到整个区块链网络中。其他节点收到新区块后，会对其进行验证，包括检查区块内交易的合法性、哈希值是否符合要求等。如果验证通过，其他节点会将该新区块链接到自己的区块链账本上，同时切换到新区块后面继续进行挖矿工作 。
以太坊等区块链在前期也采用类似 PoW 的挖矿机制，不过以太坊后来逐渐向权益证明（PoS）机制过渡。在 PoS 机制下，挖矿不再依赖算力进行复杂计算，而是根据矿工持有的加密货币数量和持有时间来决定记账权。持有货币越多、时间越长，获得记账权的概率就越大，生成新区块后同样能获得相应的加密货币奖励 。
三、挖矿（挖币）涉及的关键要素
（一）算力
算力是指矿工所拥有的计算机硬件进行哈希运算的能力，其单位通常为哈希 / 秒（Hash/s）。算力越强，在单位时间内能够进行的哈希运算次数就越多，也就越有可能率先找到符合条件的哈希值，从而赢得记账权。例如，专业的比特币矿机算力可达每秒数万亿次哈希运算 。
（二）矿机
矿机是专门为挖矿设计的计算机设备，其硬件配置通常针对哈希运算进行了优化，以提高算力。早期，普通电脑的 CPU 就可以用于挖矿，但随着区块链网络难度的不断增加，普通 CPU 的算力远远无法满足需求，于是逐渐出现了专门的 GPU 矿机（利用显卡的并行计算能力），后来又发展出了采用特定集成电路（ASIC）技术的专业矿机。这些专业矿机具有算力高、能耗低的特点，成为目前主流的挖矿设备 。
（三）矿池
由于挖矿的难度不断提高，单个矿工凭借自身算力挖到区块的概率越来越低，为了提高挖矿的收益稳定性，多个矿工联合起来组成矿池。在矿池中，所有矿工共同贡献算力，一起进行挖矿工作。当矿池成功挖到一个区块后，获得的加密货币奖励会根据每个矿工在矿池中的算力占比进行分配。例如，某个矿工在矿池中的算力占比为 1%，那么当矿池挖到一个价值 100 枚比特币的区块时，该矿工理论上可获得 1 枚比特币的奖励 。
（四）挖矿难度
挖矿难度是区块链网络为了控制新区块生成速度而动态调整的一个参数。以比特币为例，其设计目标是平均每 10 分钟产生一个新区块。随着参与挖矿的算力不断增加，如果难度不调整，新区块的生成速度会加快。因此，比特币网络每 2016 个区块（大约每两周）会根据上一个周期内实际产生新区块的平均时间来调整挖矿难度。如果上一周期内平均每 8 分钟就产生一个新区块，说明挖矿难度较低，下一周期就会提高难度；反之，如果平均 12 分钟才产生一个新区块，下一周期则会降低难度 。
四、挖矿（挖币）的作用
（一）发行新的加密货币
挖矿是大多数加密货币发行的重要方式。例如比特币，通过挖矿，新的比特币被源源不断地释放到市场中。比特币的总量被设定为 2100 万枚，随着挖矿的进行，每挖出 21 万个区块，比特币的挖矿奖励就会减半。最初每个区块的奖励是 50 枚比特币，到 2020 年 5 月第三次减半后，每个区块的奖励变为 6.25 枚比特币 。这种逐渐减少的奖励机制使得比特币的发行速度逐渐放缓，最终达到总量上限，保证了比特币的稀缺性。
（二）保障区块链网络的安全
在区块链网络中，矿工通过挖矿来验证交易并生成新区块。由于挖矿需要投入大量的算力和资源，如果有恶意节点试图篡改区块链上的交易记录，就需要掌握超过全网 50% 的算力（针对 PoW 机制），这在实际中几乎是不可能实现的。因为控制如此庞大的算力意味着要投入巨额的成本，而且一旦被发现恶意篡改，其投入的成本将血本无归。所以，挖矿机制有效地保障了区块链网络的安全性和交易的不可篡改性 。
（三）维护区块链网络的去中心化特性
挖矿的过程是分布式的，全球各地的矿工都可以参与其中，每个矿工都有平等的机会通过算力竞争获得记账权。这种分布式的记账方式避免了单一中心机构对区块链网络的控制，使得区块链能够保持去中心化的特性，保证了网络的公平性和开放性 。
五、挖矿（挖币）面临的挑战
（一）能源消耗巨大
以 PoW 机制为主的挖矿过程需要大量的计算机设备持续运行，进行复杂的计算，这导致了极高的能源消耗。据统计，比特币挖矿每年消耗的电量甚至超过了一些国家的年度用电量。如此巨大的能源消耗不仅带来了高昂的成本，也与全球倡导的节能环保理念相悖，引发了社会对其可持续性的广泛关注 。
（二）算力集中化风险
随着挖矿难度的提升和专业矿机的出现，挖矿行业逐渐呈现出算力集中化的趋势。一些大型矿场凭借规模优势和先进的设备，掌握了大量的算力，这可能会对区块链网络的去中心化特性构成威胁。如果少数矿场或矿池联合起来，其算力超过全网 50%，就有可能实施 “51% 攻击”，即恶意篡改交易记录、双重支付等，破坏区块链网络的安全和信任基础 。
（三）市场波动影响
加密货币市场价格波动剧烈，挖矿的收益与加密货币的价格密切相关。当加密货币价格大幅下跌时，挖矿的收益可能无法覆盖设备成本、电力成本和运营成本等，导致矿工面临亏损。例如，比特币价格在 2018 年出现大幅下跌，许多中小矿工因无法承受亏损而被迫停止挖矿 。此外，加密货币市场还受到政策法规、宏观经济等多种因素的影响，不确定性较大，进一步增加了挖矿的风险 。