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摘要： 你必须了解的一些挖矿硬核知识。
最近在BSV的带领下一众主流币均有了可观的涨幅，特别是在2020年即将“减半”的币种纷纷表现异常突出。行情的走强，恍惚间，有种“忽如一夜春风来，千树万树梨花开”的感觉！
以史为鉴，人们发现，每次减半前后，都会产生大行情，刺激比特币价格跳涨！
想要深入了解减半，挖矿的硬核知识你又知多少？
自2009年中本聪发掘出比特币第一个加密货币开始，挖矿就成了很多数字货币必不可少的流程。挖矿的本质是加密计算，也是区块链记账的过程，每一个节点向全网进行广播交易，经过验证后，便会打包到数据块中，数据块连起来形成了区块链。
挖矿过程中规定了谁先计算出哈希值，挖出的矿便归谁。随着算力的日益增长，普通投资者已经很难再通过个人挖矿的形式去挖出区块。相应地，矿池业务逐渐发展了起来，矿池的联合算力越高，其获得数字货币的概率就越大。矿工在特定矿池中挖矿，能获得矿池算力的平均收益，也使矿工的算力利用率达到了最大，一定程度上避免了一方产生区块另一方的算力浪费掉的情况。可以说，矿池的出现也令普通投资者能够更加容易地进入数字货币挖矿领域。
第五期 直面减半|你必须了解的一些挖矿硬核知识！
挖矿的过程是矿机不断地进行哈希计算，以争取最先解密新区块的哈希值。矿池把全网难度的计算任务分割成难度更小的任务通过网络协议发给矿工，矿工完成一个任务后将结果提交给矿池，便是提交了一个share。根据矿工贡献的算力不同，矿池会根据算力大小分配难度不同的任务，确保矿工能根据自身的算力占比提交相应的share。
2.1基础知识
幸运值
幸运值：实际出块奖励与预期出块奖励的比值。因为各个矿池在全网算力中的占比不一，在短期内实际的出块便与理论出块产生了偏差。
图1.各矿池幸运值比较图（截至1月15日）
概率最原始的定义，是某件事重复无数次之后发生的比例。如果样本数据量不够多，概率便会产生偏差。就好像抛硬币正反面概率为50%，但次数过少时，连续正面或反面的情况也可能时常发生。图1中，各矿池的3天幸运值，如果小于100%，便说明在这3天内该矿池下的实际收益小于理论收益，反之亦然。不过时间越长，幸运值波动越小，挖矿的实际收益与预期收益会更接近于理论值100%。
爆块奖励
爆块奖励是将一个区块收益中的固定比例发放给爆块矿工，其他人分配剩下的收益，其分为两部分：Coinbase奖励与矿工费。
图2.块收益分类图（截至1月15日）
Coinbase奖励就是比特币代码中规定的出块奖励。出块奖励最初为50BTC ，大约每四年减半一次，目前的出块奖励 12.5个BTC 也就是图中红框部分的块收益。预计在2020年5月份，比特币会迎来第三次奖励减半，届时出块奖励将变为 6.25 BTC。
矿工费类似于日常生活中的转账手续费，也可以理解为区块链网络中的交易费用，它是给区块链网络中矿工的费用。数字货币的每一笔交易都是矿工记录到区块，然后向全网广播，每一个区块中都会包含一定数量的交易（如图2中黑框内显示了单个区块内的交易数量）。矿工打包、广播、传送交易是需要耗费算力和电力的，所以他们需要得到一定的报酬，这就是矿工费的由来。以图2为例，矿工费则是该区块中所打包的每笔交易数据的手续费的总和，便是图中蓝框的部分。
2.2主流算法介绍
如果要分析不同矿池的收益情况，就要先了解矿池的收益结算模式。目前主要的收益结算模式有PPLNS、PPS、PPS+、FPPS。
图3.收益模式对比图
（1） PPLNS （Pay Per Last N Shares）
当挖到一个新区块后，矿池会先扣掉手续费，然后将剩下全部收益，如图2中的块收益，按照算力占比分配给各个矿工。
具体计算公式：R=（实际Coinbase奖励+实际矿工费）* （1-手续费率）* 算力占比
PPLNS模式在分配收益上很合理，但忽略了一个因素“幸运值”。如果矿池短期内幸运值降低，那么矿工的收益也会相应的减少，反之增加。为了解决幸运值导致的收益波动，于是衍生出以下的几种模式。目前支持PPLNS的大型矿池：ANTPOOL、ViaBTC。
（2）PPS（Pay Per Share）
该模式解决了幸运值导致的收益不稳定。其原理是：矿池将理论收益扣除手续费后，根据矿工算力在矿池中的占比再进行收益结算。
具体计算公式：R= 理论Coinbase奖励*(1-手续费率)*算力占比
PPS模式下，矿工的收益稳定，而矿池承担较大的风险。但矿池不会平白无故地去承担风险，矿工也需要付出相应的代价，如矿工费。从长期来看，该模式的收益会少于PPLNS。目前支持PPS的大型矿池：ViaBTC。
（3）PPS+（Pay Per Shares Plus）
PPS+模式是PPS和PPLNS两种结算模式的结合，即对爆块的Coinbase奖励按照矿池理论爆块数量进行PPS结算，而对矿工费则按照矿池实际爆块获得的矿工费运用PPLNS进行结算。
具体计算公式：R=（理论Coinbase奖励+实际矿工费）*(1-手续费率)*算力占比
备注：个别矿池的理论区块链收益手续费与实际矿工手续费不一样。
这种结算模式是在稳定收益的基础上，增加了矿工费的分配。它是目前主流的分配模式，F2Pool和ANTPOOL都采用该模式。
（4）FPPS （Full Pay Per Shares）
该模式可以看作完全的PPS，对出块奖励与矿工费都按照理论收益进行结算。它与PPLNS的区别在于理论数据与实际数据上。
FPPS模式首先删除了当日全网矿工费最多的5%与最低的5%的数据，对剩余的数据进行平均计算。矿池计算出自己这段时间矿池矿工费的理论收益即（矿池理论爆块数 *当日全网平均矿工费），再将奖励通过矿工算力在矿池算力中的占比即（矿工算力/矿池算力）分发给矿工。
具体收益计算：R=( 理论Coinbase奖励+理论矿工费)*(1-手续费率)*算力占比
目前支持FPPS的大型矿池：BTC.com、Poolin
2.3主要收益模式的收益比较
我们假设矿池的出块手续费为4%，矿工手续费为1%，算力占比为1%。来对四种模式进行对比。
首先根据区块链浏览器得出实际出块数量，并用这个数量进行实际区块链收益与实际矿工费的计算。
全网实际数据（2019.1.1-2019.12.17）
图4.实际出块、矿工费数据统计表 -数据来源BTC.com
备注：图中实际出块数量根据相应时间（350天）的出块高度统计而得
PPS、PPS+、FPPS模式中提及的理论收益计算公式为：
理论区块链收益 = P=H/(D×2^32*600)*R*(24*6)
P：每天每T理论挖矿收益
D：当前挖矿难度 — 全网难度
H：矿工的算力，单位为Th/s
R: 块奖励 —12.5
凭借这个公式，并根据每日的挖矿难度与全网算力计算出每日全网理论区块链收益，并对每日的理论收益拟合作图，并对每日的理论区块链收益进行了求和。
图5.每日全网区块链理论收益图
理论相关数据（2019.1.1-2019.12.17）
图6.理论收益总和统计图 - 数据来源 blockchain.com
在求出实际收益数据与理论收益数据之后，根据100%幸运值与设定的矿池幸运值来进行计算。
模式对比（算力占比1%）
图7.各模式收益对比图
图7的收益对比中全部根据实际收益计算的PPLNS 因为幸运值的因素受到了十分大的波动，这对矿工的短期收益来说十分不友好。目光转向根据理论区块链收益结算的三种模式，在矿池100%幸运值下，PPS+与FPPS的收益十分接近只相差1.72个BTC，而PPS的收益却落后了一大截有接近20个BTC。显而易见选择PPS并不是个明智的选择，再看包含矿池幸运值下，PPS+与FPPS的收益依旧相差无几，由此可见两者都拥有着相当高的稳定性与不错的收益性。
不过以上PPS+与FPPS的对比有个前提的条件，便是都是在一个稳定的大矿池的环境下，而事实上在当矿池规模小、算力不稳定和算力占比低的情况下PPS+的收益方差会比较大，因此关注稳定短期收益的矿工更建议选择FPPS这种模式。
现今波动频繁的环境下，矿工们需要一种能够保证收益与稳定并存的收益结算模式。或许之后矿池会提出更为合理的结算模式，但PPS+与FPPS无疑是现阶段下最好的选择。
同时云算力是未来数字货币挖矿新趋势，替用户提供了一种更安全、更灵活的挖矿方式，与矿池的收益结算模式一样都使投资者、平台获得了双赢。未来，跟随着合规化的脚步，合理的矿池收益结算模式+云算力+平台或许能够产生更大的效益。
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