比特幣挖礦難度精講.doc

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1、比特幣主鏈上，平均每十分鐘會出一個塊。隨著數(shù)字貨幣的發(fā)展，參與的miner數(shù)量與日俱增，挖礦技術日新月異，全網(wǎng)的算力也是以驚人的速度增長。BTC中為了保證主鏈平均的高度增加速度依然維持最初設定，進而設置了挖礦難度調整的功能。深入理解挖礦難度的概念，以及挖礦難度調整的方案，對開發(fā)人員以及miner都很重要，因為挖礦難度設置不合理可能會導致全網(wǎng)出塊速度極不穩(wěn)定。本文將詳細介紹BTC&BCH挖礦難度及調整方案，我們先從PoW算法講起。?1、PoW算法PoW（Proof-of-Work）工作量證明算法是一種對應服務與資源濫用、或是

2、阻斷服務攻擊的經(jīng)濟對策。一般是要求用戶進行一些耗時適當?shù)膹碗s運算，并且答案能被服務方快速驗算，以此耗用的時間、設備與能源做為擔保成本，以確保服務與資源是被真正的需求所使用。PoW算法具有：去中心化，單向，隨機性，目標難度易調整等特點，所以現(xiàn)在包括BTC，BCH在內(nèi)的很多幣種都采用了PoW共識機制。從實現(xiàn)上來說，PoW算法的輸入為任意長度，輸出為固定長度，比如通常使用SHA256算法對應輸出256-bit。在挖礦過程中miner用PoW算法計算整個塊頭的hash值，由于SHA256的特性：塊頭任意一位發(fā)生變化，得到的hash

3、值會變得完全不一樣，而且大小變化方向不確定。于是，我們比較hash值是否小于某個值（實際上這個值是保存在塊頭中的nBit「解壓后」的current_target值）來判斷是否滿足要求；如果小于，則廣播這個區(qū)塊；如果不小于，則按照當前挖礦節(jié)點的規(guī)則改變塊頭中可以改變的值，然后再次計算塊頭hash值，以此往復，直到結果小于目標值。由此可知，current_target值越小，滿足挖礦要求的概率就越小，挖礦難度就越大。?2、塊頭&Coinbase交易塊頭的生成：當miner開始新一輪打包之后，首先會創(chuàng)建一個空的塊，塊結構分為塊頭

4、以及塊信息兩部分。先打包塊信息，再根據(jù)塊信息填充塊頭。首先看一下已經(jīng)成功打包的塊。下圖是寫本文稿時截取最新的BTCblock詳情。塊信息存放的是從mempool里取出來的一系列交易信息，miner并以此創(chuàng)建了一個MerkleTree，交易信息的hash值作為leaf，最終生成的MerkleRoot將填到塊頭里。值得注意的是，交易列表中的第一個是一個非常獨特的交易：CoinbaseTransaction。CoinbaseTransaction與普通交易主要的區(qū)別有：1）CoinbaseTransaction不消耗UTXO2）

5、input只有一個，叫做Coinbase3）output的addresss為miner的btc/bch地址4）value由挖礦獎勵和交易費組成5）更值得注意的是input中沒有Unlocking-script，取而代之的是CoinbaseData（這部分數(shù)據(jù)包含ExtraNonce，在挖礦難度非常高時，將起非常重要的作用）Coinbase交易input的結構如下：Coinbasedata，該字段數(shù)據(jù)長度范圍為2-byte～100-byte：blockheight起初Coinbase是不包含塊高度信息，由于重復交易的問題出現(xiàn)

6、，誕?了BIP30，隨后第二套解決方案BIP34）。BIP34規(guī)定Coinbasedata最高字節(jié)表示用于表示塊高度的數(shù)據(jù)段的字節(jié)數(shù)，接下來的字節(jié)以?端法表示具體的塊高度，創(chuàng)世塊的高度為0。例如：2013-12-28BTC的一個塊的Coinbase解析中coinbasedata為0x03443b04...，則塊高度用16進制表示為0x043b44，十進制為;extranonce作為中間字段，將會在后續(xù)提及的ExtraNonceSolution詳細說明作用；上圖Coinbasedata中用以結尾的「/P2SH/」是12年mi

7、ner進行投票支持BTC是采用BIP16還是BIP17的產(chǎn)物，現(xiàn)已棄用。（眾所周知，BIP16P2SH獲得了更多票數(shù)，被BTC采用）在交易信息聚合完畢得到了MerkleRoot之后，接下來填充區(qū)塊頭。塊頭結構如下（其中nBit就是PoW小節(jié)提到的current-target的壓縮版）：區(qū)塊頭80-byte，一共6個字段：1.版本號，允許改變但不推薦2.前一個塊的hash值，不允許改變3.MerkleRoot的hash值，用于存塊信息里的交易的MerkleTree的root節(jié)點的值，允許改變（改變coinbase中input

8、中的值）1.時間戳，允許基于MTP11進行調整改變2.nonce，用于PoW算法的隨機值，允許改變3.nBit，PoW算法結果必須小于這個數(shù)對應的current_target才能算塊打包成功。這個值是在每一個塊開始打包之前就確定了，不允許改變塊頭中80bytes任意一個值發(fā)生改變，PoW的Hash結果就