挖礦是什麼？怎麼挖礦？ 比特幣的挖礦原理
被視為 21 世紀最大金融革命的比特幣，跟我們所使用的貨幣有什麼不同呢？我們常聽到可以「挖礦賺錢」又是什麼意思呢？挖礦如何運作？又為何稱為挖礦？本篇將從挖礦的相關原理說明，解析比特幣與挖礦的關係、挖礦產生了哪些弊端，以及為何常被新聞詬病。
#1 「挖礦」是什麼？
挖礦（Mining） 不只是單純字面上「挖礦」的意思，是獲取比特幣的方式，因為比特幣系統本身就像一個虛擬金礦，所以從系統中獲得比特幣的過程，就稱為挖礦。
在傳統的金融體系中，每當有交易產生，都會透過銀行等中心化機構來記錄交易、驗證交易的正確性；而當比特幣交易產生，由一個帳戶發送比特幣到另一個帳戶時，則是由全世界的礦工一起驗證。透過複雜的硬體電腦設備來運算，在一串未知且極其複雜的密碼中找出正確數列，這個過程就如同礦工在礦山中挖礦一樣，才會被大家稱為挖礦，也因此比特幣又被稱為「數字黃金」。
#2 「比特幣挖礦」是什麼？
為何挖礦可以賺取比特幣？比特幣挖礦原理是如何運作？可以從比特幣興起來了解。
#2.1 比特幣帶起加密貨幣風潮
2008 年，在美國一個知名的密碼學學術論壇上，自稱為中本聰的人（或團體），發佈一篇《比特幣：一個對等式的電子貨幣系統》論文，此篇論文闡述了和我們目前所使用的貨幣運作原理都不一樣的貨幣系統 — 比特幣。與法定貨幣不同，比特幣不需要透過像銀行、信用卡公司或第三方支付，也能夠完成交易。
2009 年第一個虛擬貨幣 — 比特幣推出，第一個版本的比特幣軟體在 Cryptography Mailing List 上發表，比特幣系統開始運作，也引起了挖礦風潮。比特幣成為全球市值最大的加密貨幣，作為最早獲得廣泛普及和成功的虛擬貨幣，比特幣也推動了後續其他加密貨幣的推出，至今已有超過 11,000 種虛擬貨幣。
#2.2 比特幣的特性與其價值
我們可能常透過報導聽到，比特幣又上漲的消息，大約從 2020 年底開始，比特幣雖然有漲跌波動，但相較之前成長多倍，2021 年 11 月甚至漲到了 1 比特幣等同於 $64,400 美金。
面對這波數位黃金熱潮，不僅許多國家承認其合法性，薩爾瓦多、中非共和國更宣布認定比特幣為國家法定貨幣，PayPal、Square 等主流金融企業也開放透過比特幣支付，再加上投資比特幣的名人的討論熱度和社群媒體的推行（如：Twitter 推出「比特幣打賞功能」）都提升了比特幣的流行風潮。
為什麼比特幣如此受歡迎，主要具有幾個特點：
- 安全性
比起傳統貨幣，比特幣無法偽造，更具安全性。不同於傳統貨幣是由中心單位政府所發行，比特幣是透過加密儲存在網絡上的虛擬貨幣，以區塊鏈技術為基礎，並以密碼學原理來確保交易安全，因此比特幣交易的每一個過程、每一筆帳，都能更加公開透明、安全地被記錄下來，無法被隨意竄改、偽造，也因此增加了比特幣的信賴度。 - 稀有性
比特幣總供應量已限定為保持比特幣的稀有性，比特幣的生產數量在寫定程式就已經固定了，總共是 2100 萬枚，因此當所有數量都發行後，就會停止發行。依據程式設定規則，預計在 2141 年會挖完所有的比特幣，因此不用擔心比特幣會有濫發貨幣、濫印鈔票而導致價值崩跌的問題。依據供需原則來說，由於比特幣發行數量已固定，當比特幣使用者數量增長，每枚比特幣的價值也隨之上升。 - 實用性
比特幣作為第一個虛擬貨幣，是區塊鏈中核心的信仰貨幣。虛擬貨幣的發展往往是從「信仰」開始，逐步擴大影響力直到與現實產生連結，比特幣作為第一個加密貨幣，已經取得了大量的使用情境，例如：多個國家與大型機構接受比特幣支付，這種價值奠定了比特幣成為加密貨幣龍頭。
#2.3 礦工為什麼爭相搶著挖礦？工作量證明 PoW 是什麼？
比特幣除了從市場購買之外，唯一的來源就是「挖礦」，這也是組成市場爭相成為礦工的原因，比特幣的挖礦採用工作量證明（PoW）機制。所謂的 PoW 是指「工作量證明機制 Proof of Work」，是一種分散的共識機制演算法。簡單來說，這是一個用來決定每一個鏈上區塊形成時，以誰的帳本為主，並且誰可以領取獎勵的機制規則。
PoW 機制會根據參與挖礦電腦的總算力而改變挖礦難度，也就是說，越多人挖就會越難挖，具體做法是丟給電腦一個數學難題，讓電腦嘗試解決，當參與礦工越多，此問題就會設定的越困難，因此，電腦算力越強，就有比較大的機會被選上負責記帳，並能從中獲得系統新產生的比特幣做為報酬，但這也使得礦工陷入了算力競爭的循環，導致許多電力資源的浪費，也成為大家詬病比特幣的原因。
#2.4 想要獲得比特幣一定要透過挖礦的方式賺取？為何不直接兌換購買就好？
比特幣雖然有漲跌，但整體價值仍不斷飆升，若想直接購買來投資，1 比特幣就需要花費數萬美元購買，不一定比投資礦機來得划算。 如上述提到，比特幣的設計從一開始就已固定為最大供應量 2100 萬枚。因此比特幣系統規範了「礦工挖礦獲取比特幣報酬的數量」，大約每四年，比特幣的挖礦獎勵就會下降 50%，又稱為減半（Halving）。（如下表） 比特幣網絡的最初期，挖礦的獎勵報酬是 50 比特幣；2012 年，發生第一次減半，減為 25 比特幣；2016 年第二次減半，減為 12.5 比特幣；2020 年為第三次減半，減為 6.25 比特幣。隨著挖礦者越來越多，挖礦報酬越來越少，競爭也變得更加激烈。
從比特幣歷年資料顯示，比特幣因不同因素會有價值波動，但比特幣每一次減半，比特幣值就會創下歷史新高，這也證明了金融市場的稀缺性提高價值性原則。
比特幣挖礦報酬表
| 減半（Halving） | 比特幣挖礦報酬 | 待開採比特幣 | 比特幣供應百分比 |
|---|---|---|---|
| 剛發行 | 50 | 10,500,000 | 50% |
| 2012 年 | 25 | 5,250,000 | 75% |
| 2016 年 | 12.5 | 2,625,000 | 87.5% |
| 2020 年 | 6.25 | 1,312,500 | 93.75% |
#3 礦工、礦機、礦池是什麼？
當有任何與比特幣有關的交易發生時，需要經過區塊鏈網絡上的驗證才能夠被視為有效。打個比方，當 A 跟 B 買了一台電腦， A 發送比特幣的交易資訊時，會將該交易廣播給參與區塊鏈網絡的維護電腦（也稱為節點），每個節點都會在規範的時間內收到許多待驗證的交易，並儲存於「待審核區塊」，接著區塊鏈透過特定規則來決定採用某個節點的區塊作為「確認版本」（特定規則有很多種，最常見的是工作量證明 PoW），並廣播給其他節點。
而其他節點會放棄自己的「待審核區塊」，轉而確認這個「確認版本」區塊內中交易是否有效（檢查是否重複花費、或者數位簽章是否有效），當確認無誤後，此區塊就會接上鏈，並重複以上流程。
- 挖礦
在上述過程中，當一個區塊被成功打包時，節點就會收到來自於系統所給予的獎勵與交易手續費，這個過程也被稱為「挖礦」，對比上傳統金融，就像是我們使用銀行交易所需負擔的手續費，只不過在區塊鏈當中，這個費用是交給成功打包區塊的節點。 - 礦工
一般我們透過銀行轉帳，就是倚賴銀行驗證交易資料的正確性，而區塊鏈的交易則是透過節點來進行驗證。架設這些節點，透過電腦硬體去計算認證每筆交易並賺取加密貨幣的人，就稱為之礦工（miner）。 - 礦機
我們可以這樣理解，銀行透過系統來管理所有交易、並透過記帳收取手續費；礦機是專為挖礦所設計的專業機器，比特幣礦工則是透過礦機記帳來收取手續費。為了提高電腦運算能力，必須投資強大的電腦計算機設備，例如加強顯示卡（GPU），或者透過特殊應用積體電路（ASIC），對顯示卡的需求特別高，因此 2021 年挖礦業大流行時期，全世界陷入了顯示卡大缺貨的問題，導致礦機價格上漲至少兩倍，這些設備的費用從 $500 美元到數萬美元不等。 - 礦池
為了因應比特幣挖礦日漸困難的系統設計，礦工可能需要很長時間才能找到一個區塊，漸漸出現多人合作的概念，這些獨立的礦工們開始結合起來一起挖礦，之後再根據貢獻度來分配獎勵，這種機制稱為「礦池」。假設此次運算挖到 1 比特幣，當中貢獻 60% 算力的曠工，將獲得 0.6 比特幣；貢獻 30% 算力的曠工，將獲得 0.3 比特幣；貢獻 10% 算力的曠工，則獲得 0.1 比特幣。 - 算力
透過挖礦賺取如比特幣的過程，以電腦驗證、計算待審核區塊，成功完成系統要求的工作量證明的節點，能獲得比特幣做為獎勵，而每個節點能做到多少次的運算，我們稱為「算力」，又稱哈希率，是礦工使用的礦機運算區塊哈希函數（Hash）的速度指標。算力的單位最初以 hash/s 衡量，表示每個礦機一秒鐘能計算多少次哈希函數（Hash）。隨著挖礦的運算力增長，而延伸了以下算力的衡量單位：
| 千哈希 | KH/s（千哈希/秒） |
| 超級哈希 | MH/s（百萬哈希/秒） |
| 千兆哈希 | GH/s（十億哈希/秒） |
| 太哈希 | TH/s（萬億次哈希/秒） |
| 佩塔哈希 | PH/s（千億哈希/秒） |
#4 如何自己架設礦機？準備挖礦 4 步驟
我們也能加入比特幣挖礦嗎，那該如何開始進行？想要順利挖礦，基本的 4 個步驟不能少：
- 組裝能夠進行區塊驗證的礦機，並放置於能源足夠、空間流通的適當位置
- 建立加密貨幣錢包
- 下載並安裝加密貨幣挖礦軟體
- 開始進行比特幣挖礦
#4.1 第 1 步：該如何組裝礦機所需硬體設備？
想要組一台自己的礦機，該如何做起？可以將礦機想成是一台電腦，只是它的顯示卡特別多、規格比較特殊，因此選購礦機基本上需要幾個要素：
- GPU 圖形處理器
整個挖礦設備中 GPU 扮演了最關鍵的角色，建議可購買至少 6 個 GTX 1070 GPU。 - 主機板
主機板的 PCIe 插槽要夠多，如果不夠就可購買 PCIe 擴充卡，成本盡量壓在 $3,000 以下。 - 中央處理器（CPU）
礦機的 CPU 不須太講究，一般規格即可。 - 記憶體（RAM）
記憶體至少需選擇 8GB 容量。 - PCIe 延長卡
可依照礦機預計安裝的顯示卡數量購買，PCIe 延長卡的接口建議選擇 6 pin，費用大概 $250 左右。 - PSU 電源供應器
主要功能在於調節礦機電源機制，價格依照礦機所需的瓦數和等級而不同。計算方式為每張顯卡電力消耗量為 100 瓦，總共若有 4 張顯示卡，就是 400W；再加上主機板的耗電量約 150 瓦，並建議多計算 30% 的耗電量，以確保安全，整體計算下來建議購買 750 瓦的電源供應器，費用約 $2,500~$4,000 元。 - USB 3.0 隨身碟
容量可選擇 8 或 16 GB。 - 散熱風扇
建議一張顯卡搭配 1 至 2 個風扇，如果空間流動性不錯，可選擇靜音風扇，會減少運轉的噪音，費用落在 $100~800；但若空間流動性不好，就建議選用暴力風扇，散熱效果極佳，但噪音也相對較高。（若空間不方便牽網路線，則需要購買 WiFi USB 連接器，WiFi USB 連接器建議選擇 Linux 系統能適用的規格。 - 智慧插頭
許多人在組裝礦機會忽略使用智慧插頭，如果礦機突然當機，則可透過手機遠端操控智慧插頭重啟礦機，更加方便、即時。選購智慧插頭需特別注意電力負載量的限制，但若整體礦機耗電超過智慧插頭的瓦數，則建議不要購買。 - 礦機放置架子
架子的選擇就可依個人喜好、空間大小來選擇。
#4.2 第 2 步：設定錢包
準備好所需設備後，接下來就需要設定加密錢包來存儲比特幣。選擇加密錢包時，首要任務就是確保此錢包能安全保管比特幣。可以根據自己的使用習慣選擇硬體或軟體錢包。
- 硬體錢包
使用方式是像 USB 一樣即插即用的硬體設備保管比特幣。硬體錢包需要手動按下按鈕來確認交易，具有一定程度的安全性，但不能保證 100% 安全，當硬體錢包被其他人拿走，即便不知道密碼，也有可能透過暴力破解取得錢包私鑰。 - 軟體錢包
透過應用程式保管比特幣，因此選擇軟體錢包便可以透過瀏覽器或行動裝置隨時使用比特幣。軟體錢包的便利性較高，也具有安全性，但仍會有受到駭客的入侵攻擊的風險。市場上有許多的軟體加密錢包，透過下表整理了一些使用率及評價皆高的加密錢包，可以幫助你選擇。
| 硬體錢包 | 軟體錢包 | |
|---|---|---|
| 便利程度 | 硬體設備，通常為 USB、卡片等形式 | 可隨時透過網路操作，像應用程式、軟體等形式 |
| 安全程度 | 較好 | 較差 |
| 成本 | 約 $40-150 美元 | 大部分為免費 |
| 適合族群 | 長線持有者 | 頻繁操作者 |
下表則是較多人使用的比特幣錢包：
| Coinbase | Crypto.com | Binance | Ledger Nano X | |
|---|---|---|---|---|
| Coinbase | Crypto.com | Binance | Ledger Nano X | |
| 錢包類型 | 軟體錢包 | 軟體錢包 | 軟體錢包 | 硬體錢包 |
| 費用 | 免費 | 免費 | 免費 | 175 美元 |
#4.3 第 3 步：下載挖礦程式
該如何選擇比特幣挖礦程式，需要考慮以下因素：
- 礦機是否支援使用的礦機操作系統是否支援
- 確認是否支持比特幣的挖礦算法
- 挖礦形式是否支援（如：GPU 或 ASIC 挖礦等）
#4.4 第 4 步：開始挖礦
一切都準備就緒後，就可以開始挖礦！點擊「開始挖礦」礦機將開始進行挖礦。挖礦開始後，挖礦軟體會顯示通知，以了解挖礦是否成功，並可以單擊「礦工」選項卡查看當前的餘額。
#5 參與挖礦有哪些的形式？
由於任何人皆可加入挖礦，比特幣挖礦市場的競爭度越來越高，也出現不同形式的挖礦方式和硬體類型，因此需要效能更強的機器。
- CPU 挖礦
不論是筆電或桌上型電腦都具有 CPU 中央處理器，但 CPU 挖礦已被認為是效率最低、風險最高的方法。相較之下，GPU 圖形處理器能有效提升礦機的挖礦能力，因此對於加密貨幣愛好者來說，GPU 挖礦長期以來一直是一種流行的挖礦方式。 - ASIC 挖礦
ASIC 代表 Application-Specific Integrated Circuits，指的是執行挖礦的特定設備。與 CPU 挖礦和 GPU 挖礦的礦工相比， ASIC 挖礦的運算處理能力更高，因此有更高機會在挖礦過程中挖到更多比特幣，但也因此有人認為 ASIC 挖礦會剝奪其他礦工平等機會的聲音。 - 雲端挖礦
雲端挖礦是指擁有固定算力的礦工團體，透過承租挖礦設備來團體挖礦的過程。雲端挖礦服務出租方通常具有由多個挖礦設備組成的大型挖礦設施，因此具有比其他人更好、更大規模的挖礦服務。沒有足夠資金自行投資採礦設備的個人，可以利用雲端挖礦來開採比特幣。 - 礦池挖礦
由於比特幣挖礦的成本和難度不斷上升，許多人認為參與礦池是當今小型礦工賺取利潤的唯一途徑。礦池是由一群比特幣礦工所組成，個體礦工與其他礦工透過礦池將他們的資源集中在一起，提高開採區塊、驗證區塊的算力，以及獲得比特幣獎勵的機會。當一個區塊被挖出時，會根據礦工們個別貢獻的計算能力按比例分配獎勵，而礦池所有者通常也會收取維護礦池的費用。挖礦市場中有幾個不同的池可供選擇，每個池也都有自己的結構，因此選擇礦池時可考慮以下因素：- 費用
大多數比特幣礦池會收取費用，但不是全部。費用是從挖礦獲得的獎勵中扣除，一般在 0% 到 4% 之間。 - 礦池大小
礦池越大，就有更多的算力開採區塊，因而獲利較高、分配的支出成本相對較小；相反地，礦池越小，獲利相對也較低，但支出成本較高。 - 安全性和可靠性
礦工都希望能加入值得信任、不會竊取用戶資金或被駭客入侵的礦池。一般來說，加入成立時間越長的礦池，有助於降低這些風險。
- 費用
#6 現在加入比特幣挖礦還有利可圖嗎？
最初比特幣挖礦，可說是門檻低回饋高，有機會每 10 分鐘賺取 50 比特幣，且使用房間的電腦就能夠挖礦。如果 2010 年就透過挖礦成功地開採出 1 個比特幣並持有到 2022 年 5 月，也就表示你的錢包裡會有價值將近 3 萬美元的比特幣。
那現在加入挖礦還來得及嗎？比特幣還值得投資嗎？想加入挖礦行列，建議可先評估以下 4 點：
- 挖礦硬體需求、算力
礦機硬體的價格因製造商而異，很大程度上取決於機器的耗能與算力。算力越高，挖礦獲得的比特幣就越多、耗能越低，每月支出也就越低，但在選擇投資礦機時，購買便宜或只是看似高效的礦機是沒有意義的：如果在挖礦一段時間即出現故障，就需花費更多硬體成本。 - 挖礦所耗損成本、運作成本
建議準備加入挖礦行列的準礦工，在購買設備之前，應該進行成本效益分析，以了解收支平衡價格。以高規格的礦機來說，比特幣價值在 $5,000 美元到 $6,000 美元之間，可維持挖礦盈利。如果礦機的運作成本低於每千瓦 $0.05 美元的電力運行，則有機會可以在比特幣價值低於 $5,000 美元時，仍維持盈利。 - 挖礦花費的時間、體力
為了最大限度地提高開採區塊的機會，大多數個體礦工如果負擔得起運作成本，會長時間，甚至 1 天 24 小時進行挖礦，這將非常花費時間、體力。 - 挖礦市場競爭、比特幣市場波動
影響比特幣挖礦盈利能力的另外兩個因素是其挖礦難度和比特幣價格。在 2021 年 11 月，挖礦的獎勵為 6.25 比特幣，當時的比特幣的價格大約為 $55,000 美元左右，因此成功完成挖礦將獲得約 $344,000 美元的獎勵。當然，比特幣挖礦市場的競爭度越來越高，而比特幣的價格波動也相當大，比特幣獎勵很可能會發生變化。
比特幣在全世界的熱潮至今還未間斷，雖然比特幣挖礦的報酬聽起來很吸引人，但現實情況還是要考量挖礦所付出的成本、獲得的盈利報酬，評估比特幣價格的極端波動性，以及軟硬體需求及安全性。未來比特幣挖礦不僅只是個人創造財富的方式，更將成為許多國家的資產戰略。在這波挖礦熱潮中，也造成社會資源浪費、耗電量大等挖礦弊端，我們也將透過〈挖礦風險：流動性挖礦 6 大風險、怎麼獲利？〉與大家一同深入了解。
