在上一篇入门文章中，我们介绍了区块链的基本概念，但也留下了一个关键问题：如何确保分布式账本的准确性？此外，你可能常听到“挖矿”这个既熟悉又陌生的词，甚至听说过因挖矿而致富的故事。其实，挖矿与账本准确性都离不开另一个核心概念——共识机制。
那么，共识机制究竟是什么？它与挖矿有何关系？矿工到底在挖什么？别被这些专业术语吓到，接下来我们将用简单易懂的方式为你解析。
什么是共识机制？
共识机制其实一直存在于我们的日常生活中。例如，当你和朋友讨论晚餐吃什么时，有人想拉面，有人要牛排……最终大家通过投票达成一致，这就是共识。而“投票”就是你们达成共识的机制。
区块链为什么需要共识机制？
在日常场景中，晚餐选择分歧或许无伤大雅，但在分布式区块链系统中，若没有统一的记账规则，每个节点按自己的方式记录数据，系统将陷入混乱而无法运行。
因此，区块链必须预设一套共识机制，让所有参与者遵循统一规则维护数据准确性，确保系统持续运作。
对于开放给所有人参与的公有链，如何让互不相识的全球节点共同维护系统？这就引出了另一个常与共识机制相伴的概念——挖矿。
什么是挖矿？
听到“挖矿”，你是否联想到头戴安全帽、手拿镐子深入矿洞的场景？在区块链世界，挖矿虽不是物理开采，但目标相似：通过开采创造价值获利。
传统挖矿获得的是宝石等矿物，而区块链挖矿则是通过帮助记账获利。就像银行通过保管资产收取手续费盈利一样，区块链矿工通过维护系统获得奖励。
通常，区块链共识机制包含奖励机制，给予矿工加密数字货币作为打包数据的回报。所谓“打包”，是指将交易数据加密运算后（如使用比特币的SHA256哈希函数），与上一区块连接的过程。
这些协助打包数据的人被称为“矿工”（Miner），而打包数据的过程就是“挖矿”（Mining）。换言之，矿工挖的“矿”就是按照共识机制完成记账后获得的加密数字货币奖励。
共识机制不止一种，区块链世界常见的有PoW（工作量证明）和PoS（权益证明）。下面我们以这两种机制为例，说明矿工如何挖矿。
工作量证明（Proof of Work, PoW）
PoW是首个被广泛应用的共识机制，比特币（BTC）和以太坊1.0等均采用此模型。
在PoW中，所有矿工竞争计算一个密码学难题（哈希函数值），谁先解出答案，谁就获得记账权，将新区块连接到链上（称为“出块”），并向网络广播。其他矿工以此新区块为准，继续竞争下一题。
简言之，在PoW机制下，投入的计算资源（算力）越多、算得越快，获得记账权的概率就越高。
这也解释了为何曾有一段时间显卡供不应求——算力直接决定奖励多少。然而，PoW需要矿工投入大量电力运算。据《纽约时报》报道，2021年比特币挖矿耗电量几乎是谷歌全球年用电量的7倍，资源消耗巨大。
权益证明（Proof of Stake, PoS）
针对PoW的资源消耗问题，2011年Bitcointalk论坛提出了PoS机制作为替代方案。如今许多区块链如艾达币（ADA）和以太坊2.0都转向PoS，使显卡挖矿渐成夕阳产业。
PoS要求参与者先质押一定数量的代币。质押越多，获得记账权的机会越大。为避免大节点垄断，通常还会根据质押时间赋予“币龄”（Coin Days），一旦获得记账权，币龄即重置。
也就是说，在PoS中，质押的代币越多、时间越久，获得记账权的概率越高。
值得一提的是，若矿工验证虚假交易并被发现，系统会从其质押代币中扣除罚金，从而保障交易安全。
※ 补充说明：PoW依靠算力挖矿，故称“算力挖矿”；PoS虽运作方式不同，但同样通过打包数据获取奖励，因此也被称为“持币挖矿”。
挖矿奖励从何而来？
矿工挖矿获得加密数字货币，但这些货币来源何在？以比特币系统为例，矿工完成打包后可获得两类奖励：
1. 新区块产出的新币
在比特币系统中，每个新区块产生时会发行一定数量的新币给打包矿工。但约每四年，每个区块的新币产出会减半（最初50枚，2012年减至25枚，2016年降至12.5枚……）。比特币总发行量限定2100万枚，按此速度，预计2140年全部发完。
若不再有新币产出，矿工还有动力挖矿吗？
2. 交易手续费
每笔比特币交易都会收取一定手续费，获得记账权的矿工可收取该区块内全部手续费作为奖励。在其他系统如以太坊，用户甚至可支付更高手续费（称为Gas Fee），让矿工优先打包，加速交易确认。
因此，即使无新币产出，手续费仍可作为矿工挖矿的激励。
常见问题
1. 共识机制只有PoW和PoS吗？
不，还有DPoS（委托权益证明）、PoA（权威证明）等多种变体，不同区块链根据需求选择适合的机制。
2. 个人还能参与PoW挖矿吗？
可以，但通常需加入矿池聚合算力，否则独立挖矿成功率极低。PoS挖矿门槛较低，适合个人参与者。
3. 挖矿是否一定盈利？
不一定，需考虑设备成本、电力费用、币价波动等因素。盈利与否取决于市场状况与个人投入。
4. PoS是否完全环保？
相比PoW，PoS能耗大幅降低，但并非零消耗。节点仍需运行设备维护网络，只是无需竞争算力。
5. 比特币挖矿奖励减半会影响币价吗？
历史数据显示，减半事件常伴随币价上涨，因供应减少。但市场受多重因素影响，并非绝对。
6. 如何选择挖矿方式？
需根据自身资源决定：拥有高性能硬件可考虑PoW矿池，若持有大量代币则可参与PoS质押。
结语
共识机制是区块链（尤其是公有链）不可或缺的核心，而挖矿则是激励人们参与系统维护的动力来源。两者共同构成区块链的灵魂，决定系统能否持续运行。
需要注意的是，无论参与挖矿还是使用区块链服务，都需要管理加密数字货币的工具——区块链钱包。这将是本系列下一篇文章的主题。