挖矿难度曲线

① 新手不可不知的免入坑矿机回本周期计算

挖矿从最初的野蛮生长，到现在已经逐步形成一个业态丰富，分工明确的千亿级市场。

基于PoW共识机制的加密资产的挖矿，是一门变电为“金”的手艺。而这听起来颇具诱惑力的手艺，也曾让不少怀揣希望，投资挖矿的朋友血本无归，惨淡退场。

如果挖矿是一个赤裸裸的谎言，那为什么还有那么多人确实从中获益，甚至持续投资？

那么，这其中问题出在哪里？

因资本的逐利性和人性中的恶性，在实施过程中，其实存在着各种各样的“陷阱”，导致收益不及预期。如果没有合理的风险规避措施，确实很容易导致亏损。

还是以比特币挖矿为例，针对一个常见的营销陷阱——“矿机回本周期”做一个分享，希望读者能在接下来十几分钟的阅读里获益。

01 “有毒”的营销口号

 在矿机的宣传和买卖过程中，有一个即关键又鸡肋的参数，叫做“回本周期”。如果是比较负责任的商家或渠道商，会注明这是“静态回本周期”。

这个数据是参照矿机的理论算力和功耗，发布数据时刻的挖矿难度，区块奖励，实时币价以及一个特定的电价计算所得。根据上述数据，先计算出当天挖矿的净收益。然后用矿机成本价格除以这个净收益，就可以得到静态的回本周期。

这个数值一般不大，大部分矿机静态回本周期在300天以内，而部分性能远超当下同类的矿机（如矿机性能提升2-4倍，或者某币种首次出现的FPGA矿机或ASIC矿机），静态回本周期甚至可以达到150天以内。

这么快速的回本时间，对于普通投资者来说，简直是暴利，就像一颗色彩艳丽的毒苹果吸引投资者吞噬！

但实际情况总会跟预期有巨大差别，随着矿机大量出货，每台矿机的收益会被快速摊薄，因为大部分加密资产的单位时间产量是固定的。

试想一下，在你买了矿机几个月后，因为厂商大量出货，导致算力暴涨30%，而因”各种原因“电价被矿场提高了10%，市场动荡又引起币价暴跌，屋漏偏逢连夜雨，偏偏在这个时候发生了区块奖励减半，你会突然发现矿机此时的静态回本周期是无限长，因为此时挖矿收益已经不抵电费支出。你也只能无语望苍天，心里来一句“你大爷，我挖个毛线啊”。

02 影响挖矿收益的因素

 静态回本周期是一个不能用来充饥的画饼，但我们在进行投资决策的时候，又不能不考虑投资回报率的问题，那如何评估矿机的回本周期，使它尽可能得更接近实际情况呢？

要解决这个问题，我们首先要了解影响挖矿收益的因素有哪些，为什么静态回本周期不值得参考。

以比特币为例，目前绝大部分矿池采用基于PPS的收益模式（如PPS+，FPPS等）。而根据“挖矿收益的计算方法”，可以得到：

括号部分为单位算力日理论收益，计算时，也可直接从第三方网站获取

我们发现实际 影响比特币挖矿收益的要素 有以下几个：

矿机算力 ：正常行情下，矿工并不会太早选择给矿机超降频处理，可视为固定参数；

挖矿难度 ：从比特币的发展历程来看，比特币挖矿按难度持续增长，当前挖矿难度，为2019年同时期的 2倍 ，为2018年同时期的 3倍 ， 变化剧烈 ；

图1 比特币挖矿难度变化曲线

区块奖励 ：比特币目前区块奖励为6.25BTC，这个数值将保持近4年（下次减半在2024年5月份），可以视为固定参数；

交易费奖励 ： 在较长周期内，交易费平均值稳定在一个固定的区间。如果市场没有出现剧烈波动（如2017年底大牛市，导致大量BTC交易产生，引起网络拥堵，交易费奖励大幅度提高），变化不大，可以视为固定参数；

图2 比特币交易费奖励在挖矿收益中的占比变化情况

币价 ：如果将挖矿收益兑换为现金时的币价不同，挖矿收益也会大有不同。但在实际操作中，可以通过套期保值等金融手段将挖矿收益提前锁定在预期币价。也为了尽量减少变量，计算挖矿收益时，可将币价视为固定参数。

此外， 电价 对挖矿的影响也比较直接，电价影响挖矿成本，电价越高，挖矿收益越低。一般情况下， 靠谱的矿场 不会频繁修改电价，电费成本可以视为固定参数。

综上， 挖矿难度的剧烈波动 ，是导致静态挖矿回本周期与挖矿实际回本周期产生巨大差异的主要原因 。因此，想要更为准确的预测挖矿回本周期，需要把挖矿难度的变化考虑在内。

因此，在计算投资回报的过程中要 结合自身情况综合考虑 ，下面列几种其他的可能情况，以供参考：

如果有 更优势电力资源 ，数据还会有所不同，比如如果电价达到 0.21元/度 ，那么矿机将在第55次难度调整时（大约2022年8月），达到挖矿净收益 最大值13900元 ；

鉴于目前最新一代矿机使用的芯片制程已经达到很高水准，乐观估计， 接下来2-3年内矿机的更新迭代速度会大幅度降低 。全网算力的变化，会持续围绕S19为代表的新一代矿机替代之前所有老矿机进行， 全网算力缓慢增长 。因此，未来三年内， 平均每次挖矿难度增幅可以设定低一些 。如此，结果也会大有不同；

币价 对挖矿收益有剧烈影响。投资挖矿时，可以通过套期保值，提前将未来的挖矿收益以某个币价售出，来锁定币价（笔者对未来两年行情持乐观态度，投资者可以 留足现金流 ， 等待在一个较高的币价进行套期保值 ），降低币价波动对挖矿收益可能带来的影响，获取稳定收益。

整体而言，随着加密资产受众越来越多，挖矿行业也逐渐合规，挖矿利润也必定从暴利回归薄利，挖矿投资风险也会越来越大，未来需要整合优质资源，使用必要的金融手段来规避风险，锁定收益。

各位老铁还有什么好的想法可以留言，大家共同讨论哦(#^.^#)

② 如何计算挖矿每天所获得的收益

虽然每个人拥有的矿机数量不同，想算出自己的每日收益，其实很简单，优质的比特币站点都有相关的软件帮你计算出最终收益，但是你想知道收益的产出原理吗？

那么各位要先明白挖矿的基本信息：

区块·奖励（BlockReward）： 每挖出一个新的区块，系统会给矿工的奖励比特币，目前区块的奖励是6.25比特币。

算力（Hashrate）： 算力（也就是哈希值碰撞）是比特币网络处理能力的度量单位。即为矿机计算哈希函数输出的速度。比特币网络必须为了安全目的而进行密集的数学和加密相关操作。

例如，当网络达到10Th/s的哈希率时，意味着它可以每秒进行10万亿次计算。

难度（Difficulty）： 比特币系统的难度是动态调整的，每挖2016个块便会做出一次调整，调整的依据是前面2016个块的出块时间，如果前一个周期平均出块时间小于10分钟，便会加大难度，大于10分钟，则减小难度，目的是为了保证系统稳定的每过10分钟产出一个块，所以难度调整的时间大概是2周（2016* 10 分钟）

比特币网络初始难度定义为1，即Difficulty=1，它所表示的意思是，比特币网络刚开始运行的时候，每进行2^48/(2^16-1)≈2^32次Hash计算，理论上能挖出一个区块。

随着挖矿算力的提升，比特币挖矿难度在不断提升，当挖矿难度为D时，理论上挖出一个新区块需要进行D*2^32次哈希运算。

矿工的算力为H（单位为hash/s），他每天（24小时）的币产出为P，挖矿难度为D，系统奖励为R，那么：

难度X6.25奖励（R）X时间=比特币产出

P=H×x6.25×(24×60×60)D×232

数学不好的小伙伴不要慌，可以直接通过相关网站查询到当天全网算力难度，编写此文章时当天难度为【16.95T】

假设矿工算力为1TH/s（即10^12H/s），

当前的难度=16.947.802.333.946（16.95T）

加上系统当前的区块奖励=6.25比特币，

计算可以得出1T每天（24小时）

可以获得收益=0.00000742BTC

当然，这只是一个最基础的PPS收益算法，除了区块奖励外，还有打包交易的旷工费，这部分的计算和矿池的结算方式有所相关。

矿池还有多种结算方式。以上介绍的是最为基础的结算方式PPS（PayPer Share）。根据矿工提交的有效工作量来结算收益。

目前比特币矿池主要的结算还有FPPS和PPS+等等，可以让你在基础上获得而外的奖励。

目前基本上收益方式多为选择PPS+结算的矿工，他们与矿池的关系相当于打工者与公司的关系，矿工的收益不受矿池幸运值波动的影响。不管矿池幸运值如何，PPS结算方式下，只要矿工算力、挖矿难度、系统奖励确定了，矿工的收益就是确定的，拿稳定的“工资”。

数学不太好的，实在看不懂的小伙伴。记得关注今日矿工，一起研究挖矿小乐趣。

③ 011：Ethash算法|《ETH原理与智能合约开发》笔记

待字闺中开发了一门区块链方面的课程：《深入浅出ETH原理与智能合约开发》，马良老师讲授。此文集记录我的学习笔记。

课程共8节课。其中，前四课讲ETH原理，后四课讲智能合约。
第四课分为三部分：

这篇文章是第四课第一部分的学习笔记：Ethash算法。

这节课介绍的是以太坊非常核心的挖矿算法。

在介绍Ethash算法之前，先讲一些背景知识。其实区块链技术主要是解决一个共识的问题，而共识是一个层次很丰富的概念，这里把范畴缩小，只讨论区块链中的共识。

什么是共识？

在区块链中，共识是指哪个节点有记账权。网络中有多个节点，理论上都有记账权，首先面临的问题就是，到底谁来记帐。另一个问题，交易一定是有顺序的，即谁在前，前在后。这样可以解决双花问题。区块链中的共识机制就是解决这两个问题，谁记帐和交易的顺序。

什么是工作量证明算法

为了决定众多节点中谁来记帐，可以有多种方案。其中，工作量证明就让节点去算一个哈希值，满足难度目标值的胜出。这个过程只能通过枚举计算，谁算的快，谁获胜的概率大。收益跟节点的工作量有关，这就是工作量证明算法。

为什么要引入工作量证明算法？

Hash Cash 由Adam Back 在1997年发表，中本聪首次在比特币中应用来解决共识问题。

它最初用来解决垃圾邮件问题。

其主要设计思想是通过暴力搜索，找到一种Block头部组合（通过调整nonce）使得嵌套的SHA256单向散列值输出小于一个特定的值（Target）。

这个算法是计算密集型算法，一开始从CPU挖矿，转而为GPU，转而为FPGA，转而为ASIC，从而使得算力变得非常集中。

算力集中就会带来一个问题，若有一个矿池的算力达到51%，则它就会有作恶的风险。这是比特币等使用工作量证明算法的系统的弊端。而以太坊则吸取了这个教训，进行了一些改进，诞生了Ethash算法。

Ethash算法吸取了比特币的教训，专门设计了非常不利用计算的模型，它采用了I/O密集的模型，I/O慢，计算再快也没用。这样，对专用集成电路则不是那么有效。

该算法对GPU友好。一是考虑如果只支持CPU，担心易被木马攻击；二是现在的显存都很大。

轻型客户端的算法不适于挖矿，易于验证；快速启动

算法中，主要依赖于Keccake256 。

数据源除了传统的Block头部，还引入了随机数阵列DAG（有向非循环图）（Vitalik提出）

种子值很小。根据种子值生成缓存值，缓存层的初始值为16M，每个世代增加128K。

在缓存层之下是矿工使用的数据值，数据层的初始值是1G，每个世代增加8M。整个数据层的大小是128Bytes的素数倍。

框架主要分为两个部分，一是DAG的生成，二是用Hashimoto来计算最终的结果。

DAG分为三个层次，种子层，缓存层，数据层。三个层次是逐渐增大的。

种子层很小，依赖上个世代的种子层。

缓存层的第一个数据是根据种子层生成的，后面的根据前面的一个来生成，它是一个串行化的过程。其初始大小是16M，每个世代增加128K。每个元素64字节。

数据层就是要用到的数据，其初始大小1G，现在约2个G，每个元素128字节。数据层的元素依赖缓存层的256个元素。

整个流程是内存密集型。

首先是头部信息和随机数结合在一起，做一个Keccak运算，获得初始的单向散列值Mix[0]，128字节。然后，通过另外一个函数，映射到DAG上，获取一个值，再与Mix[0]混合得到Mix[1]，如此循环64次，得到Mix[64]，128字节。

接下来经过后处理过程，得到 mix final 值，32字节。（这个值在前面两个小节《 009：GHOST协议 》、《 010：搭建测试网络 》都出现过）

再经过计算，得出结果。把它和目标值相比较，小于则挖矿成功。

难度值大，目标值小，就越难（前面需要的 0 越多）。

这个过程也是挖矿难，验证容易。

为防止矿机，mix function函数也有更新过。

难度公式见课件截图。

根据上一个区块的难度，来推算下一个。

从公式看出，难度由三部分组成，首先是上一区块的难度，然后是线性部分，最后是非线性部分。

非线性部分也叫难度炸弹，在过了一个特定的时间节点后，难度是指数上升。如此设计，其背后的目的是，在以太坊的项目周期中，在大都会版本后的下一个版本中，要转换共识，由POW变为POW、POS混合型的协议。基金会的意思可能是使得挖矿变得没意思。

难度曲线图显示，2017年10月，难度有一个大的下降，奖励也由5个变为3个。

本节主要介绍了Ethash算法，不足之处，请批评指正。

④ 自学区块链（六）BTC-挖矿难度

我们来看下挖矿的计算公式

H(block header) target，这个target就是 目标阈值

BTC用的哈希算法是SHA-256，它产生的哈希值是256位，那么就有2^256种取值，这个就是他的输出空间，要增大挖矿难度， 就调节目标值在这个输出空间所占的比例 。

挖矿难度和目标阈值是成反比的， 当算力强时，调节难度，使目标阈值变小 。

不调节难度，随着矿工数量增多，随着算力的上升，那么挖到区块的时间就会变短，从10分钟缩短到1分钟甚至几秒钟，这个会带来什么样的问题呢？可能很多人觉得这不是挺好吗，交易等六个确认就会缩短时间了，交易就会变快了。其实出块时间缩到很短，风险是很大的，因为网络延迟，出块时间变短，不同节点很可能接到不同的区块信息，导致会有很多分叉节点出现。矿工会根据自己认为正确的区块接着挖。这种情况下，恶意节点发动分叉攻击就比较容易成功，因为诚实节点的算力被分散了。

导致不需要51%的算力就能成功，所以缩短出块时间是不利于BTC系统的稳定的。虽然10分钟不一定是最优的时间，但是也算是比较合理的。

下面是 算力增长曲线

下面是 挖矿难度曲线

下面是 平均出矿时间

我们来看下难度公式：每2016个区块调整一次挖矿难度，10分钟出一个平均算下来是两星期调整一次。

previous_difficulty是上一次的挖矿难度，分母是最近2016个区块花费的时间

每个节点挖矿是独立的，BTC的协议也是开源的，会不会有矿工不修改挖矿难度呢？可能性是存在的，但是不影响结果，因为广播给其他节点需要独立验证block header的哈希值， 这个header里面有难度的一个压缩编码，修改难度产生的结果是不会被诚实的节点认可的。

⑤ 挖矿难度表示

比特币的挖矿难度可以使用Target Threshold，nBits或Difficulty表示，它们互相等价：

这三个值的转化关系可以采用下面的实例来说明：

首先获取哈希值为 的区块原生十六进制信息如下：

区块中nBits采用小端格式表示，解析区块信息，得到nBits字段值为0x4c86041b。因此转化为大端格式为0x1B04864C，这个值是Target Threshold的压缩格式表示，可以将它转化成256位的Target Threshold值：

开头的一个字节为指数，后面三个字节为系数，则：

计算出Target Threshold值为 。

再计算Difficulty的值，它有两个值，计算公式分别为：

由此可以使用 Python 计算出bdiff的值：

因此，得到在比特币客户端中的difficulty值bdiff为14484.162361225399。

为了检验上述结果，可以在比特币核心客户端中使用 getblock "" 命令得到该区块的json格式信息：

最终，可以发现该区块的bits和difficulty字段信息与上面分析计算的相关结果一致。

nBits的大端格式表示法中，其系数最大为0x7fffff，这是因为Target Threshold数据类型是无符号整型，而它继承自有符号数据类，则在实际中Target Threshold系数的最高位有可能是1，这可能会被解析成一个负数。则在挖矿过程中难度值永远无法小于一个负数。因此，为了解决这个问题，比特币核心在生成nBits值时需要首先检查一下生成的nBits是否会被解析为一个负数。如果是，首先在系数开头补8位0，即除以256，然后指数再加上1。这样由nBits转化为Target Threshold过程中转化公式就与普通值相同了，即指数位都是减去3，转化过程上面已经提到。

举个例子说明：

哈希值为 的区块信息如下：

发现bdiff值为1，则利用bdiff与Target Threshold关系可以计算出：

将Target Threshold值 转化为nBits的过程中可以发现其系数为0xffff00，指数为0x1c，这样：

然而由于系数最高位为1，则如果这样表示的话就可能将Target Threshold解析为负数。因此，我们将系数除以256，指数加上1，得到系数为0x00ffff，指数为0x1d。这样：

最终，nBits值为0x1d00ffff（大端表示），与json格式信息一致。

⑥ 什么是比特币挖矿难度如何调整原理是什么

比特币挖矿难度(Difficulty)，是对挖矿困难程度的度量，挖矿难度越大，挖出区块就越困难。目标值(Target)与挖矿难度成反比。难度越高，目标值越小。而难度目标是目标值通过转化得到，是一个只有 4 个字节的字段(为了便于理解，本文将难度目标等同目标值处理)。比特币系统正是通过调整区块头中难度目标来控制挖出区块所需平均时间的。

目标值是个长度为 256 比特的字符串，换句话说目标值约有 2^256 种可能的取值。调整难度目标就是调整目标值在整个输出空间的占比。

举例说明：挖矿就如射击，所有射出去的子弹都会落在一个很大的靶子上。难度目标就是这个大靶子上圈出一个范围，这个范围越小，被射中的难度就越高。调节难度目标，就是调节这个圈在整个靶子上的占比。

挖矿算力增大，单位时间射击的次数就越多，目标范围被射中所需的时间就越短。反之，挖矿算力减小，目标范围被击中所需的时间就越长。而比特币系统追求的平均出块时间为 10 分钟，这时候就需要调整难度目标来实现。

02 如何调整难度目标？

比特币系统是怎样调整难度目标的呢？在《白话区块链入门 080 | 数说比特币，了解 比特币 必须知道这 10 个数字》一文中，我们介绍了比特币系统每过 2016 区块(大约为 14 天时间)，会自动调整一次难度目标。所有区块高度为 2016 整数倍的区块，系统就会自动调整难度目标。如果上一个难度目标调整周期(也就是之前 2016 个区块)，平均出块时间大于 10 分钟，说明挖矿难度偏高，需要降低挖矿难度，增大难度目标(准确地说是目标值);反之，前一个难度目标调整周期，平均出块时间小于 10 分钟，说明挖矿难度偏低，需要缩小难度目标。

03 难度目标的可调范围

比特币系统设定，难度目标上调和下调的范围都有 4 倍的限制。举例说明：假设上一个难度目标调整周期内的 2016 个区块，由于算力暴涨，只用 7 天就全部挖出来了，通过难度目标调整，将难度目标缩小一倍，可以将平均出块时间维持在 10 分钟左右，但如果算力暴涨，前 2016 个区块全部挖出只用了 1 天，那么难度目标最小只能调整为原来的四分之一。

04 总结

比特币的算力是持续波动的，比特币系统通过难度目标的调整，使得平均出块时间维持在 10 分钟左右。难度目标和挖矿难度成反比，挖矿难度越大，难度目标越小。当区块高度为 2016 的整数倍时，比特币系统就会在该区块上，自动调整难度目标。如果上一个难度目标调整周期内，平均出块时间超过 10 分钟，那么降低挖矿难度，增大难度目标;反之则提高挖矿难度，减小难度目标。难度目标上调和下调的范围都有 4 倍的限制。

比特币每 2016 个区块(大约 14 天)调整一次挖矿难度，相比于 BCH 每个区块都调整(大约 10 分钟调整一次)，有明显的滞后性。你认为是哪种调整方式更合理呢？为什么呢？欢迎在留言区分享你的观点。

⑦ 09年比特币挖矿效率

比特币网络的挖矿难度已经从 16.6 T 减少到 13.9 T，下降了 15.95％，并创下有史以来第二大跌幅。在此，我们将根据 Coin Metrics 数据探究一下比特币挖矿难度调整的历史。
事实上，在比特币诞生的第一年里，挖矿难度其实降低了很多倍（例如，比特币网络曾花了超过一个月时间才开采出 2016 个区块），但因为挖矿难度不能低于 1，所以这个数字就一直没有变化。