挖矿难度解析：如何确定目标价值及区块链共识机制

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：挖矿难度。

什么是挖矿难度？

这是不言自明的，但挖掘难度只是指为块找到有效哈希值的难度和耗时。更好的问题是，为什么采矿首先需要困难？

区块链的全部意义在于在网络中的多个个体之间建立共识，这意味着就事实达成一致。他们是如何做到这一点的？他们根据投入的工作量（计算哈希值所花费的时间）选取网络中最长的有效链，并接受它作为构建的主链。

有了这个困难，网络的安全就得到了保证，因为它可以防止欺诈。如果添加区块很容易，那么有人可以发送欺诈性交易，然后向网络发送垃圾邮件以创建自己的最长链。但由于挖矿难度大，为防止垃圾邮件，添加区块的过程被放慢，平均需要10分钟才能挖出一个区块。

这里棘手的事情是，攻击者可以通过寻找增加计算能力的方法来轻松绕过这个困难。幸运的是，我们提前思考并想出了一种让系统难以控制的方法。

挖矿难度是如何确定的？

难度会定期调整，以确保始终平均需要 10 分钟来开采一个区块。添加每个 2016 年区块后，系统会查看创建这些 2016 年区块所需的时间。正常情况下，大约需要2周，即20160分钟。如果超过两周，难度就会降低，如果少于两周，难度就会增加。难度可以如下确定。

推导新难度的公式

从反函数可以看出，如果超过2周，分数就会小于1，新的难度就会降低。如果花费时间超过2周，则分数将大于1，并增加新的难度级别。

如果难度降低，目标值就会增加，从而更容易找到有效的哈希值，反之亦然。最大目标值为1，因此难度也与目标值成反比。

难度与目标的关系

为防止突变，一次调整难度增减次数不得超过4次。

但回到我们如何提出目标，我们需要探索影响开采区块所需时间的不同因素。

有两件事会影响这个时间：计算能力和网络中的个体数量。

计算能力

在比特币的早期，你可能能够成功地进行挖矿，就像我以前认为人们所做的那样 - 使用他们的个人电脑。然而，矿工很快就被迫升级。

由于挖矿本质上是一场竞赛，人们竞相首先找到哈希值并获得奖励，因此拥有更强大计算机的人将能够在同一时间内产生更多计算，因此获胜的机会更高。

升级最初只是从 CPU 到显卡的简单切换，但近年来它变得越来越大，现在所谓的 ASIC（专用集成电路）——专为挖矿设计的设备——已经是升级所需的最低要求。能够竞争。

但即便如此，你也不太可能做出任何事情。目前，开采一个区块可能需要 40 年的时间。如果你想赚钱，你可能需要加入矿池——矿工们联合起来以增加获胜的可能性。

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

网络规模

等等，但我们不会每两周就得到更快的计算机，对吧？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体数量进行了补偿。

矿工越多，找到有效哈希值所需的时间就越少，因为同时执行的计算就越多。因此，当矿工较多时，难度会增加，而当矿工较少时，难度会降低。

总结

回到我们开始的地方 - 在当今时代，由于设备升级和网络规模扩大带来的挖矿难度不断增加，用 PC 挖掘比特币几乎是不可能的。你的电脑根本没有足够的计算能力来跟上其他人的步伐，所以你成功挖掘一个区块的机会非常非常低。

即使系统的设计是为了降低难度，但它很少这样做。更快、更强大的设备不断被开发出来，同时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次，难度降低了53次。