矿业纪事 | 减半的另一种视角：代码设计与算法优化

前言

2020年初，减半来临，1月份比特币挖矿难度也大幅提升。 矿工用投入的算力来证明自己对减半的预期依然乐观。 但受疫情影响，矿机厂商推迟生产交付后，矿工和矿场不得不暂停升级矿机，一直上涨的难度值也受到抑制。 这是由于比特币网络本身的难度调整算法。 本文将通过优秀的开源特性，简要分析难度调整算法的内部设置及其在算法中的不断演进。

第六期比特币难度调整算法分析与开发优化

文数：2351篇，阅读时间约3分钟

文本：Chain Kayser 的操作 | 小柴编辑

出品：算力网络挖矿纪事

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挖矿难度动态平衡

区块认证：区块头，区块头的内部结构包含了很多重要的字段。

如图所示，我们可以看到一个区块头包含了软件版本号（nVersion）、上一个区块的哈希值（hashPrevBlock）、整个区块中交易集的哈希值（hashMerkleRoot）、生成时间（nTime），难度目标（nBits），计数器证明工作量（nNonce）。

在区块头中，没有直接存储全网难度的字段，而是通过nBits字段来标识当前区块头经过哈希运算后小于等于的目标值。 为了方便理解，我们将尝试使区块头的SHA256结果小于某个目标值的平均计算次数定义为难度（difficulty），1难度≈2^32次=4294967296次≈4.2*10 ^9 次 ≈ 4G 操作。

难度是怎么调整的？

图为比特币源代码中设置的一些常量。 比特币挖矿难度值的变化是一个动态调整的过程。 在比特币网络中，每10分钟出一个区块，基本时间设定为2周，每2016个区块调整一次难度。 如果网络发现出块速度快于 10 分钟，则增加难度，反之亦然。

每个挖出的区块都会判断是否需要进入下一个难度循环。 期间挖矿难度为固定值。 如果没有达到，则难度为上一个区块的难度。 图中的return pindexLast -> nBits 代表了这个过程。 并且在到达新的难度期后，会经过循环 for (int i = 0; pindexFirst && i

同时，为了限制变化速度过快比特币源码分析，每个调整范围必须小于一个因子（设置为4）。 如果要调整的范围大于该系数，则按该系数进行调整。 由于在下一个2016个区块的周期会继续不平衡，所以下一个周期会做进一步的难度调整。 因此，平衡散列能力和难度的巨大差异可能需要几个 2,016 个块周期才能完成。

挖矿也有小概率事件。 如果大家关注比特币的出块记录，有时候会出现明显小于10分钟或者大于10分钟的出块。 去年 10 月，甚至出现了需要 2 小时才能生成的区块（如红框内）。 挖区块是概率事件，所以有短期连续出块或者长期出块。 通常，区块生成的理论时间为 10 分钟。 观察短期挖矿时间是长了还是短了，意义不大。 通常，观察到平均块生成时间。 造成这种现象的原因可能是部分算力在比特币和BCH挖矿之间来回切换。

这里结合难度调整算法中规定的一些代码，可能更容易理解难度调整整个过程的原理，对比特币的内部规则有一个了解。 同时我也想说比特币源码分析，比特币也是人开发出来的系统。 其共识机制、区块设置、激励机制等也都按照规则运行。 这意味着比特币并不完美。 在矿工通过挖矿维护网络安全的同时，比特币也需要改进和优化。

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比特币分叉币难度调整算法优化