理解比特币开采难度调整

从2009年1月比特币诞生到2020年11月，难度增加了250倍，减少的只有53倍。

作者：Samantha Ouyang
翻译/编辑：Sherrie

当我第一次了解比特币挖矿的时候，我觉得它非常简单。就像坐在家里，做我想做的事，我的电脑会在我睡觉的时候去上班赚钱。

但不完全是。事实证明，还有很多其他的原因使得这不可能。

但要理解其原因，首先必须了解挖矿的整体概念及其在加密货币中的意义。

什么是挖矿？

挖矿本质上是创建新的区块，用交易填充它们，并将它们添加到区块链中，以便每个人都能看到并同意特定货币的使用方式。

然而，为了添加一个块，矿工必须解决一个“加密难题”，或者用更专业的术语来说，他们必须得到一个有效的块散列。

我不会过多地谈论哈希函数，但简单地说，哈希获取块的所有信息并对其进行处理，直到它返回一个随机的64位十六进制数，其中包含与前面的内容无关的字母和数字。

如果您更改块上的任何数据，随机数将非常不同，但如果没有更改，它将始终返回相同的内容。

但如何知道哈希值是否有效？这就是困难目标的来源。目标描述了一个阈值，该阈值必须小于目标值，哈希才能有效。

您可能会问，如果无法更改事务信息，如何获得不同的哈希值？在创建散列时，还需要考虑另一个因素—您可以修改它，这称为nonce。

比特币来源：Khaled Salah

矿工们一直在努力寻找这个数字，直到输出哈希值小于目标值。因为散列值是随机的，所以目标值越低，就越难找到有效的散列值。就像骰子一样，掷3以下的数字比掷4以下的数字更难。

那么，如何确定目标的价值呢？这个问题的答案就是我们今天要讨论的话题：挖矿的难度。

挖矿的困难是什么？

这是不言而喻的，但是挖矿的困难仅仅是指为块找到一个有效的散列值是多么的困难和耗时。一个更好的问题应该是，为什么挖矿首先需要困难？

区块链的整体意义在于在网络中的多个个体之间建立共识，即在一个真相上达成一致。他们是怎么做到的？他们采用网络中最长的有效链，这取决于投入的工作量（计算哈希值所需的时间），并将其作为构建的主链。

有了这个难度，我们就可以保证网络的安全，因为它可以防止欺诈。如果很容易添加块，那么有人可能会发送欺诈交易，然后向网络发送垃圾邮件，以创建自己最长的链。然而，由于挖矿困难，为了防止垃圾邮件，添加块的过程变得缓慢，并且平均需要10分钟来挖矿一个块。

这里的困难在于，攻击者可以通过寻找提高算力的方法轻松绕过这一困难。幸运的是，我们提前考虑，想出了一个方法，使系统难以控制。

如何确定挖矿难度？

定期调整难度，确保挖一个方块平均需要10分钟。添加每个2016块后，系统将检查创建这些2016块所用的时间。在正常情况下，大约需要2周，也就是20160分钟。如果超过两周，难度会降低，如果少于两周，难度会增加。难度可确定如下。

60202推导出新难度公式

从反函数可以看出，如果超过2周，分数将小于1，新难度将降低。如果超过2周，分数将大于1，新的难度将增加。

如果难度降低，目标值就会增加，这样就更容易找到有效的散列，反之亦然。**目标值为1，因此难度与目标值成反比。

难度与目标的关系

为了防止突然变化，一次调整难度的增减不能超过4次。

但回到我们如何制定目标的问题上，我们需要探索影响挖矿障碍所需时间的不同因素。

影响这一时期的因素有两个：算力和网络中的个人数量。

算力

在比特币出现的早期，你也许能够成功地挖矿，就像我以前认为人们所做的那样——用他们的个人电脑。然而，矿工们很快被迫升级。

因为挖矿本质上是一种竞争，人们为了先找到散列值并获得奖励而竞争。那些拥有更强大计算机的人将能够同时进行更多的计算，因此获胜的机会将更高。

在升级之初，它只是从CPU到显卡的简单转换，但近年来，升级的规模要大得多。现在，所谓的ASIC（application specific integrated circuit，专用集成电路）是专门为挖矿业设计的一种设备，是参与竞争所需的**要求。

但即便如此，你也不可能做出任何事情。目前，挖矿一个区块可能需要40年。如果你想赚钱，你可能不得不加入一个矿坑——矿工们联合起来增加他们获胜的机会。

考虑到所有这些进步以及计算机越来越快的事实，为了跟上它们并保持10分钟的平均速度，挖矿的难度必须弥补这一点。

网络的规模

等等，但我们不是每两周就有更快的电脑，是吗？虽然计算机的不断改进是需要调整机制的主要原因，但系统也对网络中的个人数量进行了补偿。

矿工越多，找到一个有效散列值所需的时间就越短，因为在同一时间会进行更多的计算。因此，当矿工人数较多时，难度增大；当矿工人数较少时，难度减小。

总结

所以回到我们的起点——在今天的时代，用你的PC挖矿比特币几乎是不可能的，因为由于设备升级和网络规模的增加带来的补偿，挖矿比特币越来越困难。你的电脑没有足够的算力跟不上其他人，所以你成功挖出一个区块的几率非常非常低。

即使系统是为了降低难度而设计的，它也很少做到。更快更强大的设备正在被开发，越来越多的人加入比特币网络。事实上，从2009年1月比特币诞生到2020年11月，难度增加了250倍，减少的只有53倍。