区块链中挖矿难度值

A. 比特币挖矿究竟在计算一个什么问题手动验证区块链给出答案

简单回顾下挖矿的流程。

首先先要对所有的交易做验证，剔除有问题的，然后通过一套自定义的标准来选择哪些交易希望打包进区块，比如说提供的交易费与交易占用的字节大小的比值超过某个门槛，这样的交易才被认为有利可图。当然，节点也可以特意选择要加入某条交易，或者故意忽略某些交易。如果是通过矿池挖矿的话，矿池的服务器会去筛选交易，然后分配给每个参与的矿机一个独立的任务。

一旦筛选好交易数据，层层约减，通过这些交易就可以计算出一棵Merkle树，可以确定一个唯一的摘要，这就是Merkl树的根。

然后我们再依次获取挖矿需要的其他信息，这些信息组成一个区块的头。

区块头的字节分配

区块头只有80个字节，挖矿只需要对区块头进行运算即可。交易数据都通过merkle树固定了下来，不需要再包含进来。

这些信息中大部分已经是固定下来的，或者是可计算的。

我们以区块277316为例，其信息来自网站 http://blockchain.info

Bitcoin Block #277316blockchain.info

选择这个区块的原因是在《Mastering Bitcoin》一书中，中文社区译本和英文原版在介绍这部分内容时有出入，而且作者Antonopoulos并没有提到一个关键点，就是字节顺序的问题，相信很多人可能会踩这个坑。这里还原的细节可以帮助读者与书籍做相互参考。

请大家注意下面的每个步骤，注意每一个变化，这是比特币最核心的算法。

转换时间，记住，一定要转为utc的时间戳，此处遇到过坑，小心。

这一步的发现异常艰辛，耗费了大量的查询，大坑，大坑，谨记。发明人中本聪可能为了让机器计算更快，而变为了更接近机器的编码方式little-endian.

最终得到的结果就是

16进制下前面15个0，然后是1； 而难度目标对应的数字是

16进制下前面15个0，然后是3. 计算结果小于难度目标，符合要求。这个结果与网站上公布的数字一致。

在挖矿时，nonce随机数是未知的，要从0试到2^32，但是这个数字其实不大，只有4294967296，以现在的矿机动辄14T每秒的算力，全部算完到上限也不需要一秒。刚才提到在这种情况下，需要使用创币交易中的附带信息，额外的字符串成为extra nonce。

另外，创世区块也可以通过上面的方法来验证，有好奇的朋友可以尝试下。

提示：

B. 为什么全网的计算能力上升,挖矿难度会增加呢

全网计算能力上升会导致挖矿难度增加，主要是因为解开每个hash值的速度变快，但产生区块的时间保持不变。具体来说：

• 计算能力上升：当全网的计算能力上升时，意味着有更多的矿工或更强大的矿机在参与挖矿过程，这会导致解开每个hash值的速度变快。
• 区块产生时间不变：在区块链网络中，为了保证网络的稳定性和安全性，产生新区块的时间通常是固定的。因此，即使计算能力上升，区块的产生时间也不会缩短。
• 挖矿难度提升：为了维持区块的产生速度不变，当计算能力上升时，网络会自动调整挖矿难度。难度增加意味着矿工需要找到更难满足条件的随机数才能成功挖到矿，从而保证区块的产生速度不会因为计算能力的上升而加快。

此外，值得注意的是，随着技术的发展和区块链网络的演进，挖矿方式也可能会发生变化。例如，以太坊正在从工作量证明逐步转向权益证明，这意味着未来的挖矿将不再依赖于强大的计算能力，而是依赖于矿工的持币数量和锁定时间等因素。因此，对于显卡挖矿等特定挖矿方式来说，其可持续性可能会受到一定影响。

C. eth难度系数影响什么

eth难度系数直接影响着产币的效率和价值

难度一词来源于区块链技术的先驱比特币，用来度量挖出一个区块平均需要的运算次数。挖矿本质上就是在求解一个谜题，不同的电子币设置了不同的谜题。比如比特币使用SHA-256、莱特币使用Scrypt、以太坊使用Ethash。一个谜题的解的所有可能取值被称为解的空间，挖矿就是在这些可能的取值中寻找一个解。

这些谜题都有如下共同的特点：没有比穷举法更有效的求解方法，解在空间中均匀分布，从而使每一次穷举尝试找到一个解的概率基本一致，解的空间足够大，保证一定能够找到，假设现在有一种电子币，解所在的空间为0-99共100个数字，谜题为x<100，这个谜题非常简单。

D. 详解区块头

    最近一直在看技术向的普及读物，我觉得比看行情有意思。

    在刚开始了解比特币的时候，我就很想要知道一个区块的数据大概是由哪些部分构成，知道了这些构成对我的理解有着莫大的便利性，还好我找到了。

    区块大小和交易计数器很好理解，区块头和交易则稍显复杂。

    区块头包括三组数据：

    第一、父区块哈希值的数据。我认为可以理解为基因。

    第二、挖矿难度值、区块时间戳以及Nonce。这一组数据记录与挖矿有关的内容。

    第三、Merkle树根。这是个神奇的东西，可以先理解为描述区块中所有交易的数据。

    区块链之所以叫链，就是因为它的结构是一条从后向前有序连接起来的数据结构，就像是一条尾巴永远在变长的链子。

    那是什么原因导致这条数据这样井然有序的从后向前的连接呢？这就得靠父区块哈希值了。

    从字面意思理解，这是来自于父亲的哈希值。在区块链中，我们称呼当前区块的前一个区块为父区块，相应的后一个区块为子区块。唯独有一个区块是特殊的，它没有父区块，它是孙悟空~不对，它叫创世区块！

    所谓的父区块哈希值，就是父区块的区块头哈希值。从表格2中可以看到，区块头中包含了各种数据，大小是80字节，而这80字节的数据经过哈希运算，会得到一个32字节的字符串，这个32字节的字符串就是区块头哈希值。

    举个例子(例中数据全是随机乱输入的)，第198808个区块的区块头哈希值是ade12318fbce...12ade413(32字节)，那么第198809个区块的区块头数据就是这样的：

    把198809区块头中的所有数据经过哈希运算得到一个32字节的数据：bcf45896aefcd...33cde409(32字节),那么第198810个区块的区块头数据就是这样的：

    把两张图放到一起，就能得到一个简单的由2个区块构成的链。而区块链就是以这种方式构成的一条可以随着时间流逝无限延长的链。

    为什么要这样做呢？

    一开始我有说，我认为父区块哈希值可以理解为基因。如果我们的祖先有8条腿，我们人类可能就不是现在这个长相了，蜘蛛应该会非常可爱！

    而父区块哈希值如果出现变化，那么把父区块哈希值作为输入条件的子区块哈希值一定会出现变化，紧跟着孙区块也一定会发生变化，如此这般，这个被改变的区块之后所有的已有区块都必须改变。

    越是早创造的区块，更改后需要的工作量越大，越不可能实现，而越新的区块被改变的难度也就越低。这也是区块链的交易一般需要有6个新区快建立以后才被确认交易完成的原因，因为这个时候，交易被更改的可能性已经基本没有了。

    凭着这个结构，区块链实现了不可逆、不可篡改的特性！

E. 涓轰粈涔堝叏缃戠殑璁＄畻鑳藉姏涓婂崌,鎸栫熆闅惧害浼氬炲姞鍛

涓銆佷负浠涔堝叏缃戠殑璁＄畻鑳藉姏涓婂崌,鎸栫熆闅惧害浼氬炲姞鍛?

杩欎釜杩樻槸姣旇緝濂界悊瑙ｇ殑锛屽叏缃戠殑璁＄畻鑳藉姏涓婂崌锛岃В寮姣忎釜hash鍊肩殑閫熷害灏变細鍙樺揩锛屼絾鏄浜х敓鍖哄潡鐨勬椂闂翠笉浼氬彉锛屾墍浠ユ寲鐭跨殑闅惧害灏变細鎻愬崌銆
鐜板湪鐨勬寲鐭垮叾瀹炲凡缁忓彉寰楀緢闅句簡 锛屽ぇ澶氭暟鐨勭敤鎴峰凡缁忛噰鐢ㄦ樉鍗＄熆鏈+鍝堥奔鐭垮伐鐨勬柟寮忔寲鐭夸簡锛

浜屻佷互澶鍧婏紝鍏ㄧ綉绠楀姏澧炲姞锛屽叏缃戦毦搴︿篃浼氬炲姞锛屾樉鍗℃寲鐭胯繕鑳界帺澶氫箙锛

鐜板湪浠ュお鍧婃ｅ湪閫愭ヤ粠pow杞鍒皃os锛屽湪涓嶄箙鐨勬湭鏉ワ紝鑰楄垂鐢靛姏銆佺畻鍔涚瓑璧勬簮鐨勫尯鍧楅摼鎸栫熆椤圭洰浼氶愭ヨ缁胯壊鐜淇濆拰鏇寸戝︺侀槻閲忓瓙鏆村姏鐮磋В鐨勬寲鐭挎柟寮忔墍鏇夸唬銆傜幇鍦ㄧ殑鍖哄潡閾鹃」鐩涓锛岀豢鑹茬幆淇濈殑椤圭洰宸茬粡濡傞洦鍚庢槬绗嬭埇鍐掑嚭鏉ワ紝姣斿侾i鈥旀墜鏈烘寲鐭垮紑鍒涜咃紝浼氭湁瓒婃潵瓒婂氱殑浜鸿佽瘉鏂板尯鍧楅摼鐨勮癁鐢熷拰鎴愰暱锛

浠ュお鍧婂湪涓涓ゅ勾鍐呬細杩涘寲鍒2.0鐗堟湰锛屽眾鏃朵細杞鍙樻寲鐭跨殑鏂规硶銆

绠鑰岃█涔嬪氨鏄2.0鍑烘潵浠ュ悗灏变笉鑳界敤鏄惧崱鎸栫熆浜嗭紝浣嗘槸浠1.0鎱㈡參杩囨浮鍒2.0涔熼渶瑕佷竴娈垫椂闂达紝鎵浠ヤ篃涓嶇敤澶鎱屻

鎴戜滑杩涘叆杩欎釜甯傚満鏄鏉ヨ禋閽辩殑锛屾寲鐭夸細鑰楄垂鏇村ぇ鐨勮祫閲戜互鍙婄簿鍔涳紝璧氱溂鍓嶈ヨ禋鐨勯挶锛屾妸閽辫禋鎵嬮噷杩欐墠鏄纭閬撶悊銆傜洰鍓嶈秼鍔夸笉閿欐尝娈电煭绾垮楀埄锛岃禋鐫杩欎箞棣欐妸鐪煎墠璇ユ敹鑾风殑璧氬埌鍏滈噷锛岃嚦浜庢寲鐭胯兘鎸栧氭枻锛岃蛋IU涓姝ヨ翠竴姝

F. 区块链之工作量证明，挖矿是什么

区块链技术的核心概念之一是工作量证明（Proof-of-Work, POW），它作为矿工挖出新区块的基础，确保了区块链的安全性。POW的工作机制简单来说，就是矿工通过解决复杂的数学问题，来证明自己为区块链网络做出了贡献，从而获取一定的比特币奖励。

工作量证明的概念最初是为了解决垃圾邮件问题，使用POW作为发送电子邮件的认证机制。尽管其在垃圾邮件问题上的实际效果仍有争议，但在区块链领域，POW的作用是确保网络的安全性和去中心化特性。

在理解工作量证明之前，首先需要了解哈希函数。哈希函数是一种将任意大小的数据转换为固定大小输出的函数，具备唯一性和不可逆性。在比特币加密系统中，使用SHA256算法作为哈希函数，这种算法可以产生2^256种不同的输出，理论上产生碰撞的几率极其微小。

工作量证明的基本原理是要求矿工对输入数据进行多次哈希运算，直到找到一个特定格式的哈希值。这个过程需要消耗大量的计算资源，证明了矿工投入了足够的“工作量”。例如，在比特币中，矿工需要找到一个哈希值，其前几位为“0”，这需要大量的试错和计算。

以“Hello, world!”为例，矿工需要在该字符串后添加一个随机整数（Nonce），不断进行SHA256哈希运算，直到得到的哈希值前四位为“0”。这个过程的计算次数就是矿工为了挖出新区块所投入的工作量，也是POW机制的核心。

比特币网络中的任何一个节点要生成新区块，需要完成三个关键步骤：工作量证明函数、区块内容和难度值。工作量证明函数决定了矿工需要进行多少次哈希运算，区块内容包括输入数据，而难度值则反映了需要进行的运算次数的难易程度。比特币使用SHA256算法作为工作量证明函数，区块由区块头和包含的交易列表组成。

难度值的调整机制保证了新区块的产生速率稳定在每10分钟一个。全网的算力变化会触发难度值的自动调整，以维持这个速率。当网络算力增加时，难度值会增加，反之则降低，确保新区块的产生速率保持稳定。

工作量证明的目标值是通过计算公式得出的，它与难度值成反比。目标值的大小决定了矿工找到一个有效区块所需的哈希值前导0的数量。矿工通过不断尝试不同的Nonce值，进行哈希运算，直到找到满足目标值要求的哈希值。这个过程类似于体力劳动，需要大量的计算资源和时间。

因此，工作量证明在区块链中扮演着至关重要的角色，它确保了网络的安全性和去中心化特性，同时也为矿工提供了激励机制。通过工作量证明，比特币网络实现了安全、公平的区块生成机制，为区块链技术的广泛应用奠定了基础。