5. 比特币挖矿难度 ·

挖矿难度
#

前面提到了挖矿是不断地调整 block header 中的nonce值，使得 hash(block_header) 的值小于等于一个目标值target。可以看出，target越小，挖矿的难度越大，他们之间是反比的关系。 $$ difficulty = \frac{difficulty1(最小挖矿难度)}{target} $$

调整挖矿难度原因
#

在比特币系统中，出块的平均时间保持在10min左右，但随着参加挖矿的人增加及设备性能的提升，系统的总算力会不断地增强，出块的时间会越来越短，挖矿的难度越来越低。实际上，在比特币系统开发过程中，中本聪便考虑到了这个问题，并设计了一个相应的难度调整算法。

出块时间太短会带来什么问题？
#

出块时间太短，会导致区块链分叉过多，不利于系统达成共识，会让各个节点处于不一致的状态，且会造成算力分散，大大降低了黑客发动51%攻击的成本。

出块时间10min是最优解吗？
#

不一定，比特币选择 10 分钟作为出块时间，是中本聪在设计时权衡多方面因素的结果，10 分钟的间隔让交易有足够时间在全网传播，同时又降低了上述分叉攻击带来的风险。但是无论如何，这个出块时间都要维持在一个稳定的值。

如何调整挖矿难度
#

比特币中规定每出2016个区块，就要对挖矿难度进行一次调整。比特币中是通过修改target值来实现挖矿难度调整，按照10分钟出一个区块来算，那么大概是14天就要修改一次target值。具体的调整公式如下： $$ \text{new_target} = \text{old_target} *\frac{\text{actual_time}}{\text{expected_time}} $$ 其中actual_time为最近挖出2016个区块实际使用的时间，expected_time为挖出2016个区块理想的时间，即14天。当 actual_time > expected_time 时，target会变大，相对应的挖矿难度就降低。同理，当 actual_time < expected_time 时，target会变小，挖矿难度就会变大，通过这样的方式能够让挖矿难度动态平衡。另外这个 actual_time 是有限制的，其涨幅范围会限制在[0.25，4]，这么做主要是为了避免系统中一些异常case导致 actual_time 无限大或者无限小的情况。