精通比特币(79):比特币中难度是如何调整的?

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目标决定了难度,进而影响求解工作量证明算法所需要的时间。那么问题来了:为什么这个难度值是可调整的?由谁来调整?如何调整?

 

​比特币的区块平均每10分钟生成一个。这就是比特币的心跳,是货币发行速率和交易达成速度的基础。不仅是在短期内,而是在几十年内它都必须要保持恒定。在此期间,计算机性能将飞速提升。此外,参与挖矿的人和计算机也会不断 变化。为了能让新区块的保持10分钟一个的产生速率,挖矿的难度必须根据这些变化进行调整。事实上,难度是一个动态的参数,会定期调整以达到每10分钟一个新区块的目标。简单地说,难度被设定在,无论挖矿能力如何,新区块产生速率都保持在10分钟一个。

 

在一个完全去中心化的网络中,这样的调整是如何做到的呢?难度的调整是在每个完整节点中独立自动发生的。
每2,016个区块中的所有节点都会调整难度。难度的调整公式是由最新2,016个区块的花费时长与20,160分钟(即这些区块以10分钟一个速率所期望花费的时长)比较得出的。难度是根据实际时长与期望时长的比值进行相应调整的 (或变难或变易)。简单来说,如果网络发现区块产生速率比10分钟要快时会增加难度。如果发现比10分钟慢时则降低难度。
这个公式可以总结为如下形式:
New Difficulty = Old Difficulty  *  (Actual Time of Last 2016 Blocks / 20160 minutes)

 

注意:虽然目标校准每2,016个块发生,但是由于Bitcoin Core客户端的一个错误,它是基于之前的2,015个块的总时间(不应该是2,016个),导致重定向偏差向较高难度提高0.05%。
​参数Interval(2,016区块)和TargetTimespan(1,209,600秒即两周) 的定义在文件chainparams.cpp中。

 

为了防止难度的变化过快,每个周期的调整幅度必须小于一个因子(值为4)。如果要调整的幅度大于4倍,则按4倍调整。由于在下一个2,016区块的周期不平衡的情况会继续存在,所以进一步的难度调整会在下一周期进行。因此平衡哈希计算能力和难度的巨大差异有可能需要花费几个2,016区块周期才会完成。
​提示:寻找一个比特币区块需要整个网络花费10分钟来处理,每发现2,016个区块时会根据前2,016个区块完成的时间对难度进行调整。

 

值得注意的是目标难度与交易的数量和金额无关。这意味着哈希算力的强弱,即让比特币更安全的电力投入量,与交易的数量完全无关。换句话说,当比特币的规模变得更大,使用它的人数更多时,即使哈希算力保持当前的水平,比特币的安全性也不会受到影响。哈希算力的增加表明更多的人为得到比特币回报而加入了挖矿队伍。只要为了回报,公平正当地从事挖矿的矿工群体保持足够的哈希算力,"接管"攻击就不会得逞,让比特币的安全无虞。

 

目标难度和挖矿电力消耗与将比特币兑换成现金以支付这些电力之间的关系密切相关。高性能挖矿系统就是要用当前硅芯片以最高效的方式将电力转化为哈希算力。挖矿市场的关键因素就是每度电转换为比特币后的价格。因为这决定着挖矿活动的营利性,也因此刺激着人们选择进入或退出挖矿市场。

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