比特币挖矿难度

比特币挖矿难度是指挖矿过程中要求计算机成功找到符合特定条件的区块哈希值的难易程度。在比特币挖矿中,矿工通过计算区块的哈希值来寻找符合一定要求的特殊哈希值,这一过程就是通过尝试不同的nonce值来计算区块哈希值。在比特币网络中,每隔一段时间会调整挖矿难度,以确保新区块大约每10分钟产生一个,这也是比特币系统的一个关键设计要素。

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比特币挖矿难度是什么意思?

比特币挖矿难度

挖矿,就是不断的尝试nonce值,使得最终拼接出来的block header的哈希值小于等于给定的目标阈值 比特币挖矿难度

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。

比特币用的哈希算法是 SHA-256,产生的哈希值是256位,所以整个输出空间为2的256次方。

挖矿难度和目标阈值成反比:

比特币挖矿难度

其中:difficulty_1_target表示挖矿难度为1时的target。挖矿难度最小就是1,当挖矿难度为1时对应的目标阈值target是一个非常大的数。

随着比特币系统中的节点越来越多、总算力越来越强,如果不调整挖矿难度,那么出块时间会越来越短。

比特币挖矿难度调整

挖矿难度的调整是通过比特币协议中的一个算法来实现的。当更多的矿工加入网络,总的计算能力增加时,系统会自动调高挖矿难度,这样可以确保新区块的产生仍然保持在约10分钟的时间间隔内。相反,如果矿工数量减少或者算力下降,系统会相应降低挖矿难度,以保证区块的产生不会变得过于困难。

挖矿难度的调整是比特币系统中的一个重要机制,它有助于维持网络的稳定性和安全性。通过调整挖矿难度,比特币网络可以更好地适应不断变化的矿工数量和算力,确保新区块的生成始终保持在一个稳定的节奏中。这也有助于防止某些恶意矿工通过集中算力攻击网络,从而维护了比特币系统的去中心化特性。

调整比特币挖矿难度的意义

如果不调整挖矿难度,那么出块时间过短可能出现的情况:

因为比特币网络底层原因,发布一个区块可能要几十秒才能使其他大部分节点都收到这个区块。如果出块时间过短,那么系统中可能会2个节点差不多同时有出块,而且因为网络延迟造成出现分叉,这种分叉会成为比特币区块链的一种常态,而且还可能出现三个分叉甚至更多个分叉。

分叉过多时,对于系统打成共识没有好处,还会危害系统的安全性。比特币协议是假设大部分算力掌握在诚实的节点手里,系统中总算力越强,安全性越好,想要发动51%算力攻击的所需算力就越大。但是如果系统中出现了很多分叉,节点可能会根据网络中位置不同而选择不同的分叉向后扩展,系统的总算力就被分散了,恶意节点想要扩展自己的恶意分叉发动攻击所需的算力就大大降低了。

平均出块时间不一定设置为10分钟最优,但是一定要保持稳定。

比特币挖矿难度多长时间调整一次

比特币挖矿难度是根据网络上一定时间内完成的区块数量来动态调整的。具体来说,比特币网络每2016个区块(约两周时间)就会进行一次难度调整。这种设计是为了确保比特币的出块速度大约为10分钟一个区块,无论全球算力的增减情况都能够保持相对稳定的出块速度。

当比特币网络发现前2016个区块的挖矿时间总体偏快,也就是矿工们在两周内产生了更多区块,系统会自动增加挖矿难度,使下一个难度周期内挖矿更加困难。相反,如果挖矿时间总体偏慢,难度就会被调整降低,以确保下一个难度周期内矿工们能够顺利完成挖矿。这样的机制保持了比特币的稀缺性和安全性,同时保证了整个网络的正常运行。

这种自动调整难度的机制是比特币区块链技术的一个关键特点,它确保了比特币网络的稳定性和安全性。通过不断调整挖矿难度,系统能够适应全球算力的波动,保持出块速度稳定,同时防止恶意矿工的攻击。因此,比特币的挖矿难度调整机制可以说是比特币网络运行的核心之一,是维持整个网络正常运行的重要保障。

比特币挖矿难度调整方法

比特币协议中,每隔2016个区块(大约2周时间)需要调整一次目标阈值。

调整算法:

比特币挖矿难度

其中:

  • expected_time:系统中产生2016个区块预期花费的时间,因为预计每个区块需要10分钟,所以extected_time为比特币挖矿难度

  • actual_time:系统中产生2016个区块实际花费的时间。

    在实际的代码中,上调、下调每次一次性调整都有4倍的限制,例如 actual_time超过了8周,比特币挖矿难度大于4,也只按4来算。或者actual_time小于半周,比特币挖矿难度小于比特币挖矿难度,也只按比特币挖矿难度来算。防止系统中因为一些特殊情况,导致目标阈值突然被调整的很大。

    挖矿难度的调整是写在比特币的代码里的,到了2016个区块就会自动调整。如果有恶意节点修改了自己节点上的这部分代码,到时间没有进行调整,那么它发送的区块的nBits就会被其他诚实的节点校验不通过。

    nBits就是编码后的target,用来减少存储占用的空间。target长度为256位,如果直接存储需要32 byte。经过编码后的nBits只有32位,在block header中只占4 byte。

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