区块链学习笔记6——BTC挖矿难度

Posted 2022-01-16 PolarDay.

区块链学习笔记6——BTC挖矿难度

学习视频：北京大学肖臻老师《区块链技术与应用》
笔记参考：北京大学肖臻老师《区块链技术与应用》公开课系列笔记——目录导航页

为什么要调整挖矿难度

挖矿：不断尝试nonce使整个block header的哈希值小于等于目标阈值 H(block header)<= target （target越小，挖矿难度越大）
调整挖矿难度就是调整目标空间在整个输出空间中所占的比例

比特币用的哈希方法是 SHA-256，产生的哈希值是256位，整个的输出空间是2²⁵⁶,调整目标空间所占比例，简单的说需要目标值前需要多少个0。

这里是引用
挖矿难度与目标阈值成反比

difficulty_1_target是挖矿难度等于1时所对应的目标阈值
挖矿难度最小为1，此时对应的target是一个很大的数

• 如果不调整挖矿难度会怎么样？
  如果挖矿难度不变，那么随着算力增强，出块速度会变快，出块时间越来越短。
• 出块时间越来越短是好事吗？
  如果出块时间缩短，那么交易可以很快便被写入区块链，并且提高了系统响应时间，增加了区块链系统效率。但是，出块时间并不是越短越好。出块时间太短，也会造成一定的问题。首先，区块在网络上传播具有时延，假如出块时间为1秒，但网络传播需要10秒，则会使得系统中节点经常性处于不一致的状态，增加了系统不稳定性，且系统经常性位于分叉状态（不仅二分叉，乃至多分叉）。分叉过多，则不利于系统达成共识，且会造成算力分散，使得黑客攻击成本大大降低(不再需要整个系统51%的算力)。
• 10min的出块间隔是最优吗？
  当然不是，以太坊中平均出块时间仅为15秒左右，出块速度是比特币的四十倍，出块时间大幅减少后以太坊设计了新的共识协议Ghost，在此协议中，分叉产生的区块是orphan block，不会简单丢弃掉，而是给予一些奖励（uncle reward）。以太坊中同样需要调整挖矿难度，使出块时间稳定，不能无限的减小下去。

怎样调整挖矿难度

比特币协议中规定，每隔2016个区块要重新调整目标阈值，大概每两周调整一次。

这里上调下调都是有限的，如果actual time非常长，超过了八个星期，也按照八个星期来计算，即target一次性最多只会增大四倍。如果actual time非常短，不到半个星期，也按照半个星期来算，即target一次性最小只会减小四倍。

怎样让所有矿工同时调整目标阈值？
计算target的方法是写在比特币系统的代码里，每挖到2016个区块会自动调整，如果有某个有恶意的结点故意不调整，其他诚实结点会验证这个区块的nBits域（对目标阈值的一个压缩编码，target有32个字节，nBits只有4个字节）不合法，这个区块不会被接受

算力、挖矿难度、难度调整、出块时间的变化曲线

算力变化情况：
最近一年（2017年）呈指数增长，不是严格递增的，中间也有很多波动，需要注意的是，之前一段并非直线，而是之后增长太猛导致之前增长趋势看上去太低。

挖矿难度变化情况：
和系统算力变化基本同步

难度调整曲线：
每隔两个星期，难度上一台阶，反映出人们对比特币的热情越来越高

出块时间：
总的来说稳定在10分钟上下震动，难度调整达到了预期目的