區塊鏈中挖礦難度值

A. 比特幣挖礦究竟在計算一個什麼問題手動驗證區塊鏈給出答案

簡單回顧下挖礦的流程。

首先先要對所有的交易做驗證，剔除有問題的，然後通過一套自定義的標准來選擇哪些交易希望打包進區塊，比如說提供的交易費與交易佔用的位元組大小的比值超過某個門檻，這樣的交易才被認為有利可圖。當然，節點也可以特意選擇要加入某條交易，或者故意忽略某些交易。如果是通過礦池挖礦的話，礦池的伺服器會去篩選交易，然後分配給每個參與的礦機一個獨立的任務。

一旦篩選好交易數據，層層約減，通過這些交易就可以計算出一棵Merkle樹，可以確定一個唯一的摘要，這就是Merkl樹的根。

然後我們再依次獲取挖礦需要的其他信息，這些信息組成一個區塊的頭。

區塊頭的位元組分配

區塊頭只有80個位元組，挖礦只需要對區塊頭進行運算即可。交易數據都通過merkle樹固定了下來，不需要再包含進來。

這些信息中大部分已經是固定下來的，或者是可計算的。

我們以區塊277316為例，其信息來自網站 http://blockchain.info

Bitcoin Block #277316blockchain.info

選擇這個區塊的原因是在《Mastering Bitcoin》一書中，中文社區譯本和英文原版在介紹這部分內容時有出入，而且作者Antonopoulos並沒有提到一個關鍵點，就是位元組順序的問題，相信很多人可能會踩這個坑。這里還原的細節可以幫助讀者與書籍做相互參考。

請大家注意下面的每個步驟，注意每一個變化，這是比特幣最核心的演算法。

轉換時間，記住，一定要轉為utc的時間戳，此處遇到過坑，小心。

這一步的發現異常艱辛，耗費了大量的查詢，大坑，大坑，謹記。發明人中本聰可能為了讓機器計算更快，而變為了更接近機器的編碼方式little-endian.

最終得到的結果就是

16進制下前面15個0，然後是1； 而難度目標對應的數字是

16進制下前面15個0，然後是3. 計算結果小於難度目標，符合要求。這個結果與網站上公布的數字一致。

在挖礦時，nonce隨機數是未知的，要從0試到2^32，但是這個數字其實不大，只有4294967296，以現在的礦機動輒14T每秒的算力，全部算完到上限也不需要一秒。剛才提到在這種情況下，需要使用創幣交易中的附帶信息，額外的字元串成為extra nonce。

另外，創世區塊也可以通過上面的方法來驗證，有好奇的朋友可以嘗試下。

提示：

B. 為什麼全網的計算能力上升,挖礦難度會增加呢

全網計算能力上升會導致挖礦難度增加，主要是因為解開每個hash值的速度變快，但產生區塊的時間保持不變。具體來說：

• 計算能力上升：當全網的計算能力上升時，意味著有更多的礦工或更強大的礦機在參與挖礦過程，這會導致解開每個hash值的速度變快。
• 區塊產生時間不變：在區塊鏈網路中，為了保證網路的穩定性和安全性，產生新區塊的時間通常是固定的。因此，即使計算能力上升，區塊的產生時間也不會縮短。
• 挖礦難度提升：為了維持區塊的產生速度不變，當計算能力上升時，網路會自動調整挖礦難度。難度增加意味著礦工需要找到更難滿足條件的隨機數才能成功挖到礦，從而保證區塊的產生速度不會因為計算能力的上升而加快。

此外，值得注意的是，隨著技術的發展和區塊鏈網路的演進，挖礦方式也可能會發生變化。例如，以太坊正在從工作量證明逐步轉向權益證明，這意味著未來的挖礦將不再依賴於強大的計算能力，而是依賴於礦工的持幣數量和鎖定時間等因素。因此，對於顯卡挖礦等特定挖礦方式來說，其可持續性可能會受到一定影響。

C. eth難度系數影響什麼

eth難度系數直接影響著產幣的效率和價值

難度一詞來源於區塊鏈技術的先驅比特幣，用來度量挖出一個區塊平均需要的運算次數。挖礦本質上就是在求解一個謎題，不同的電子幣設置了不同的謎題。比如比特幣使用SHA-256、萊特幣使用Scrypt、以太坊使用Ethash。一個謎題的解的所有可能取值被稱為解的空間，挖礦就是在這些可能的取值中尋找一個解。

這些謎題都有如下共同的特點：沒有比窮舉法更有效的求解方法，解在空間中均勻分布，從而使每一次窮舉嘗試找到一個解的概率基本一致，解的空間足夠大，保證一定能夠找到，假設現在有一種電子幣，解所在的空間為0-99共100個數字，謎題為x<100，這個謎題非常簡單。

D. 詳解區塊頭

    最近一直在看技術向的普及讀物，我覺得比看行情有意思。

    在剛開始了解比特幣的時候，我就很想要知道一個區塊的數據大概是由哪些部分構成，知道了這些構成對我的理解有著莫大的便利性，還好我找到了。

    區塊大小和交易計數器很好理解，區塊頭和交易則稍顯復雜。

    區塊頭包括三組數據：

    第一、父區塊哈希值的數據。我認為可以理解為基因。

    第二、挖礦難度值、區塊時間戳以及Nonce。這一組數據記錄與挖礦有關的內容。

    第三、Merkle樹根。這是個神奇的東西，可以先理解為描述區塊中所有交易的數據。

    區塊鏈之所以叫鏈，就是因為它的結構是一條從後向前有序連接起來的數據結構，就像是一條尾巴永遠在變長的鏈子。

    那是什麼原因導致這條數據這樣井然有序的從後向前的連接呢？這就得靠父區塊哈希值了。

    從字面意思理解，這是來自於父親的哈希值。在區塊鏈中，我們稱呼當前區塊的前一個區塊為父區塊，相應的後一個區塊為子區塊。唯獨有一個區塊是特殊的，它沒有父區塊，它是孫悟空~不對，它叫創世區塊！

    所謂的父區塊哈希值，就是父區塊的區塊頭哈希值。從表格2中可以看到，區塊頭中包含了各種數據，大小是80位元組，而這80位元組的數據經過哈希運算，會得到一個32位元組的字元串，這個32位元組的字元串就是區塊頭哈希值。

    舉個例子(例中數據全是隨機亂輸入的)，第198808個區塊的區塊頭哈希值是ade12318fbce...12ade413(32位元組)，那麼第198809個區塊的區塊頭數據就是這樣的：

    把198809區塊頭中的所有數據經過哈希運算得到一個32位元組的數據：bcf45896aefcd...33cde409(32位元組),那麼第198810個區塊的區塊頭數據就是這樣的：

    把兩張圖放到一起，就能得到一個簡單的由2個區塊構成的鏈。而區塊鏈就是以這種方式構成的一條可以隨著時間流逝無限延長的鏈。

    為什麼要這樣做呢？

    一開始我有說，我認為父區塊哈希值可以理解為基因。如果我們的祖先有8條腿，我們人類可能就不是現在這個長相了，蜘蛛應該會非常可愛！

    而父區塊哈希值如果出現變化，那麼把父區塊哈希值作為輸入條件的子區塊哈希值一定會出現變化，緊跟著孫區塊也一定會發生變化，如此這般，這個被改變的區塊之後所有的已有區塊都必須改變。

    越是早創造的區塊，更改後需要的工作量越大，越不可能實現，而越新的區塊被改變的難度也就越低。這也是區塊鏈的交易一般需要有6個新區快建立以後才被確認交易完成的原因，因為這個時候，交易被更改的可能性已經基本沒有了。

    憑著這個結構，區塊鏈實現了不可逆、不可篡改的特性！

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F. 區塊鏈之工作量證明，挖礦是什麼

區塊鏈技術的核心概念之一是工作量證明（Proof-of-Work, POW），它作為礦工挖出新區塊的基礎，確保了區塊鏈的安全性。POW的工作機制簡單來說，就是礦工通過解決復雜的數學問題，來證明自己為區塊鏈網路做出了貢獻，從而獲取一定的比特幣獎勵。

工作量證明的概念最初是為了解決垃圾郵件問題，使用POW作為發送電子郵件的認證機制。盡管其在垃圾郵件問題上的實際效果仍有爭議，但在區塊鏈領域，POW的作用是確保網路的安全性和去中心化特性。

在理解工作量證明之前，首先需要了解哈希函數。哈希函數是一種將任意大小的數據轉換為固定大小輸出的函數，具備唯一性和不可逆性。在比特幣加密系統中，使用SHA256演算法作為哈希函數，這種演算法可以產生2^256種不同的輸出，理論上產生碰撞的幾率極其微小。

工作量證明的基本原理是要求礦工對輸入數據進行多次哈希運算，直到找到一個特定格式的哈希值。這個過程需要消耗大量的計算資源，證明了礦工投入了足夠的「工作量」。例如，在比特幣中，礦工需要找到一個哈希值，其前幾位為「0」，這需要大量的試錯和計算。

以「Hello, world!」為例，礦工需要在該字元串後添加一個隨機整數（Nonce），不斷進行SHA256哈希運算，直到得到的哈希值前四位為「0」。這個過程的計算次數就是礦工為了挖出新區塊所投入的工作量，也是POW機制的核心。

比特幣網路中的任何一個節點要生成新區塊，需要完成三個關鍵步驟：工作量證明函數、區塊內容和難度值。工作量證明函數決定了礦工需要進行多少次哈希運算，區塊內容包括輸入數據，而難度值則反映了需要進行的運算次數的難易程度。比特幣使用SHA256演算法作為工作量證明函數，區塊由區塊頭和包含的交易列表組成。

難度值的調整機制保證了新區塊的產生速率穩定在每10分鍾一個。全網的算力變化會觸發難度值的自動調整，以維持這個速率。當網路算力增加時，難度值會增加，反之則降低，確保新區塊的產生速率保持穩定。

工作量證明的目標值是通過計算公式得出的，它與難度值成反比。目標值的大小決定了礦工找到一個有效區塊所需的哈希值前導0的數量。礦工通過不斷嘗試不同的Nonce值，進行哈希運算，直到找到滿足目標值要求的哈希值。這個過程類似於體力勞動，需要大量的計算資源和時間。

因此，工作量證明在區塊鏈中扮演著至關重要的角色，它確保了網路的安全性和去中心化特性，同時也為礦工提供了激勵機制。通過工作量證明，比特幣網路實現了安全、公平的區塊生成機制，為區塊鏈技術的廣泛應用奠定了基礎。