尽管比特币挖矿不涉及安全帽、煤灰或真实的金丝雀，但在爱德华·温尼格（Edward Weniger）位于内布拉斯加州奥马哈的改装集装箱内，其噪音确实有点像重型机械在地球中心钻孔的声音。
这种噪音部分来自数十台正在挖比特币的“矿机”——本质上是经过优化的高性能计算机。而最大的分贝则来自防止这些矿机熔化的设备：“只是一堆工业风扇，它们时开时关，声音很大，”温尼格说。他将空间租给其他矿工，自己也进行一些挖矿操作。
即使在内布拉斯加州这样电力相对便宜的地区，温尼格的每月电费也高达“大约8000美元左右”。那么，这些矿机到底在做什么？为什么它们消耗如此多的能源，以至于国会开始关注加密货币对电网和碳排放的影响？
要理解这一点，让我们逐步了解比特币交易的基本运作原理。
第一步：不信任，只验证
哥伦比亚大学商学院和工程学院的教授罗伯特·法罗克尼亚（Robert Farrokhnia）同意以一枚假设的比特币（目前价值约4万美元）为我提供辅导课程。
如果我用法罗克尼亚写一张传统的纸质支票，某些金融机构必须确保我的账户中确实有4万美元，才能处理交易。但比特币不依赖银行；其核心正是避免中心化的金融权威。
“这就提出了一个问题：如果没有可信的中心机构来确保交易的完整性，我们如何确保这个去中心化系统的诚信？”法罗克尼亚说。
为了确保我不是在写一张空头比特币支票，矿工和比特币网络中的其他计算机（称为“节点”）会验证待处理交易的合法性。像银行一样，他们通过检查财务账本来做到这一点。
但与富国银行的记录不同，比特币账本是公开的——任何人都可以查看，并且它可以存在于你的计算机、我的计算机或任何人的计算机上。这就是比特币区块链。想象一下大约70万块石碑——即区块——排列在一起，比特币历史上的每一笔交易都刻在上面。
“在某种程度上，他们会查看你自加入比特币网络以来的所有先前交易，以确保你确实至少有一个比特币可以用来支付我的服务，”法罗克尼亚说。
矿工翻阅区块链账本（或在某些情况下，账本的一部分），如果他们确认“是的，他拥有他所说的比特币”，交易就会进入所谓的“内存池”。
第二步：进入内存池
即使经过验证，法罗克尼亚还不能立即使用发送给他的比特币——还有更多工作要做。
我们的交易进入内存池，这基本上是一个待处理区域。可以将其想象成比特币的DMV（车辆管理局）。来自世界各地的数千笔待处理交易，每秒三到五笔，等待被叫号。
所有在比特币“炼狱”中的交易都在等待矿工叫号。等待时间至少为10分钟。比特币支付者有时会包含“交易费用”，这可以视为给矿工的小费，以避免更长的等待时间。
假设内布拉斯加州的爱德华·温尼格选择了我们的交易以及大约2000笔其他交易。他开始将我们交易的细节刻入自己的区块中，以添加到区块链中。但他并不是唯一这样做的人。
“很有可能多个矿工会选择你的交易以及其他交易，并将其放入一个区块中，”法罗克尼亚说。
从哈萨克斯坦到佛罗里达，世界各地的矿工都希望将自己的区块添加到区块链中。但只能有一个区块获胜。
第三步：比特币数学谜题彩票
那么哪个矿工会赢呢？
“在比特币协议中，矿工需要解决一个数学谜题，本质上是在搜索一个随机数，”法罗克尼亚说。
这个谜题实际上更像彩票。也许最容易理解的方式是去赌场。“想象一台老虎机，”法罗克尼亚说。“但不是有三个栏，而是有64个栏，所以你可以想象成功的概率有多低。”
对于任何一次猜测——一次拉动老虎机手臂——矿工实际上击中头奖的概率微乎其微。 odds literally better that you’ll be struck by lightning（被闪电击中的概率更高）。
头奖，以及矿工做所有这些事情的激励，目前是6.25个比特币，约合25万美元。头奖大约每10分钟颁发一次，这是矿工获得大部分收入的方式。
获胜矿工的区块被添加到区块链中，法罗克尼亚教授终于可以花费他假设的比特币了（尽管为了更加安全，他应该等待添加更多区块）。
工作量证明与能源使用
为什么这个过程如此复杂？“工作量证明，”法罗克尼亚解释道。“我需要通过强加一个足够困难的任务来确保你正确完成了验证工作，这需要电力、资源、时间等。”
比特币挖矿的基本理论是，如果内布拉斯加州的爱德华·温尼格试图以某种方式操纵系统，他就不会经历所有这些麻烦。数学谜题的正確答案很容易被其他矿工验证，而包含不良交易的区块在添加新块时最终会被捕获。
但最初的想法是，矿工真的只是拥有个人电脑和一些空闲时间的书呆子，每个矿工一台老虎机。
“但结果人们意识到，‘嘿，你有两台，我家里还有五台——如果我们合并资源，我们获胜的机会更高，’”法罗克尼亚说。
随着近年来比特币价格的飙升，挖矿头奖的价值也随之飙升。跨国矿业公司开始开发更强大的矿机，并将数千台矿机集中在一起。
这引起了夏威夷大学研究气候变化的教授埃里克·富兰克林（Erik Franklin）的担忧。
“如果你有一台高端矿机，你一天的基本能源需求可能相当于我在夏威夷运行我的三居室房屋所需的能量，”富兰克林说。
比特币 evangelists 认为，你可以轻松地使用可再生能源或孤立的能源来运行矿机。此外，主流银行业也不是碳中和的。
但富兰克林说，即使现在，加密货币使用的能源也比一些整个国家还多。
“不要看它今天的位置，而是看趋势。十年前，这种影响是零，现在突然我们增加了另一个国家（相当于波兰的规模），”富兰克林说。
以太坊和其他平台正在试验能源密集度较低的挖矿方法。但到目前为止，比特币模型仍然是主导模型。
常见问题
比特币挖矿的核心目的是什么？
比特币挖矿的核心目的是验证交易并维护区块链的安全性。通过解决复杂的数学问题，矿工确保交易的有效性，防止双重支付和其他欺诈行为，同时通过工作量证明机制保护网络去中心化。
为什么比特币挖矿消耗如此多的能源？
比特币挖矿的高能耗源于其工作量证明机制。矿工必须运行高性能计算机不断进行哈希计算，以竞争解决数学难题。随着比特币价格上升和矿工数量增加，全球计算竞争加剧，导致能源需求显著增长。
交易费用在挖矿中起什么作用？
交易费用是用户支付给矿工的额外激励，以优先处理其交易。当网络拥堵时，较高的费用可以缩短交易确认时间。这些费用与区块奖励一起构成矿工的主要收入来源。
比特币挖矿是否对环境造成重大影响？
是的，比特币挖矿的能源消耗主要依赖化石燃料，导致碳排放增加。一些研究表明其碳足迹相当于中小型国家。尽管部分矿工转向可再生能源，但整体环境影响仍需关注和改进。
是否有更节能的替代挖矿方法？
是的，其他加密货币如以太坊已转向权益证明（Proof of Stake）机制，大幅降低能源消耗。权益证明通过持有和抵押代币来验证交易，无需大量计算资源，是一种更环保的共识算法。
普通人还能参与比特币挖矿吗？
目前，比特币挖矿已高度专业化和集中化，需要大量资金投入矿机和电力。个人矿工难以与大型矿场竞争，但可以通过加入矿池共享资源和收益，以较低门槛参与挖矿过程。