比特幣挖礦和區塊時間的秘密:為什麼區塊時間是十分鐘?

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比特幣挖礦難度是一種區塊鏈網路計算能力積累程度,它決定礦工在雜湊計算能力以及時間方面為他們的區塊找到正確的雜湊簽名的難易程度(交易區塊需要驗證正確的雜湊並將其新增到區塊中 —區塊鏈)。在比特幣區塊鏈上,礦工試圖透過對隨機數進行雜湊計算來找到正確的雜湊。讓我們簡要地放大一下這個過程。

比特幣挖礦(又稱雜湊雜湊運算)

只有當網路中具有滿足某些要求的簽名(雜湊值)時,交易的一部分才會被網路的其餘部分接受。簽名必須以一定數量從零開始的數字組成)。為了找到該簽名,礦工們正花費計算能力(雜湊能力)對隨機數執行一組運算,直到他們找到一個導致輸出數字符合要求的數字為止。查詢僅以一個零開頭的輸出要比查詢以五個連續的零開頭的輸出要容易得多(這種情況很少見,因此找到一個導致該輸出的數字要花費更多的時間)。

正確的簽名(雜湊值)-亦稱為挖礦難度

簽名必須以連續的零開頭,這決定了礦工找到它的難度(平均多少雜湊能力或時間)。這就是挖礦的難度。開頭所需要的零越多,找到正確簽名的難度就越大(=更高的挖礦難度)。但是什麼決定了比特幣挖礦難度呢?

比特幣挖礦難度每兩週根據生產效率自動在網路上進行調整。當更多的礦工加入網路進行比特幣挖礦時,網路總的雜湊計算能力增加,因此可以假設礦工在網路中將更快地找到正確的簽名,這意味著他們將更快地向區塊鏈新增區塊。舉例:

假設所有的礦工都具有相同的計算能力(雜湊率或算力)。平均而言,礦工需要1個小時才能找到符合條件的雜湊值。一名礦工每小時發現1個合格的雜湊值,但是十名礦工每小時發現10個合格的雜湊值。 1個礦工的區塊生產效率為每小時1個塊,但10個礦工的塊生產率為每小時10個塊,這要快得多!

每兩週調整一次比特幣區塊鏈的挖掘難度,以使網路上的總雜湊能力平均每10分鐘產生1個區塊。如果很多礦工加入了比特幣區塊鏈,並且累積的雜湊能力提高了,那麼區塊的生產率可能會從每10分鐘1個區塊增加到每9分鐘1個區塊。一段時間後,這也將觸發挖掘難度的上升,因此,即使具有這種額外的雜湊計算能力,區塊的生產率仍需要保持每10分鐘1區塊的穩定速度以控制難度。反之亦然,當礦工停止在區塊鏈上挖掘並且累計雜湊率降低時,挖掘難度也將降低。最大的問題是:

但是為什麼每十分鐘建立一個區塊?

您可能不會立即意識到這一點,但這確實是一個很好的問題。

但是,為什麼挖礦難度要一直增加?這需要更多的電力來處理相同數量的交易。為什麼不降低挖礦難度並加快區塊的生產速度呢?這也意味著比特幣交易的處理要快得多。

很長時間以來,人們無法完全理解這個問題,但是一段時間後,Reddit上的某個人終於想出了答案。中本聰(比特幣的發明者)自己決定,區塊的生產速率應保持每10分鐘1個區塊的平均平均速度,因為:區塊鏈估計需要10分鐘才能將最新的區塊傳播到全球所有節點。為了使區塊鏈保持正確同步。如果以更快的速度生產區塊,則地球另一端的某些節點可能無法足夠快地追上最新交易資料,這可能導致節點不再正確對齊,從而導致“區塊斷裂”,這是區塊鏈必須儘量避免以保持安全的基本措施。確實是一個相當簡單的答案,但這是有道理的。

區塊難度

因此,總結一下;區塊難度基於網路的總雜湊能力,每兩週進行調整,以保持每10分鐘1區塊的穩定區塊生產率。這使網路有時間在全球範圍內同步和更新區塊鏈的分散式帳本,對於維護分散式賬本的安全性至關重要(未加密的區塊會降低網路的安全性,因為即使在驗證之後它們也會變得無效)。

越來越多的礦工加入網路,就越會花費更多的累積計算能力來查詢合格正確的雜湊簽名,並且如果難度不改變,則區塊將更快地被新增到區塊鏈中。因此,當雜湊能力增加時,難度增加,而當雜湊能力下降時,難度減小。正如您在下面看到的那樣,當網路積累的雜湊率(算力)越高,區塊難度越高。

如下所示,區塊100(回溯到2009年)僅需要以八個連續的零開始的數字簽名,而如今的一個區塊(塊542865)需要至少18個連續的從零開始的數字簽名。零的數量反映了難度的級別。查詢具有這麼多連續零的輸出需要更多的時間或更多的雜湊計算能力,而今天它要高得多,因為在比特幣區塊鏈上花費了更多的雜湊能力(更多的礦工加入)。

塊542864具有18個連續零的難度。

2018年比特幣區塊鏈上的累積雜湊計算能力比2009年的水平高出許多倍。小小的註解:下圖顯示直到2018年3月,比特幣的挖礦難度一直在增加,但自2018年10月的熊市以來,礦工由於比特幣價格快速下跌,其運營成本開始超過挖礦利潤而被迫停止挖礦,礦礦場也被迫停止開採。

自誕生以來,比特幣的挖礦難度就已經大大增加了,因為從那時起,越來越多的礦工(雜湊計算能力)加入了該網路。

關於擴容-如果我們增加比特幣的區塊塊大小會怎麼樣?

是的,這是一個廣泛討論的話題。如果區塊的大小增加,無論難度如何,都會在一個區塊中容納更多的交易,這意味著在給定的時間範圍內將處理更多的交易。儘管這聽起來像是一種可行解決方案,但實際上並非如此。有許多反對意見反對增加區塊的大小,原因之一是,節點之間的傳播時間越長,叔伯率(uncle rate網路延遲導致孤塊率增加的現象)越高。基本上,這是可擴充套件性與安全性之間的權衡,並且它只是臨時性的修復,而代價是犧牲網路完整性。

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