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挖矿为什么难度增加_加密货币的挖矿难度和高度难度有什么区别

来源 中金网 01-22 16:26
摘要: 本资讯是关于加密货币的挖矿难度和高度难度有什么区别,挖矿挣钱是什么原理,比特币初期“挖矿”的用电量不大为何后期的用电量就增加了呢,详解比特币挖矿原理相关的内容,由数字区块链为您收集整理请点击查看详情

  ⑴ 比特币初期“挖矿”的用电量不大,为何后期的用电量就增加了呢

  因为比特币的挖矿难度在越来越大。

  我们可以这样理解,最初比特币的挖矿难度非常小,一个区块就可以获得几万个比特币,但随着比特币的挖掘量越来越大,这就意味着比特币的可供挖掘量越来越少,所以挖矿的难度越来越大,耗电量自然就增加了。

  我们首先理解一下比特币的挖矿知识。

  因为比特币的总量是恒定的,这就意味着比特币的挖掘只会变得越来越大,并且难度越来越高。在比特币发行初期,用户的普通电脑就可以挖掘比特币,但随着比特币的挖掘难度越来越高,现在只有专业的矿机才能去精准挖掘比特币。从某种程度上来说,以后比特币的挖掘难度将会呈指数级的趋势上升。

  最后,比特币只不过是一种虚拟货币,不建议我们普通投资者参与到比特币市场当中,毕竟比特币行情的波动太大了。

  ⑵ 比特币挖矿难度和算力有什么关系

  2009年1月3日,中本聪(Satoshi Nakamoto)在位于芬兰赫尔辛基的一个小型服务器上,中本聪挖出了 比特币 的第一个区块,并获得了50个比特币的奖励。这标志着加密数字货币时代的来临。

  创世区块是区块链技术中的第一个区块,是区块链中非常独特的一环,因为它是第一个区块——整个数字基础设施中唯一没有与前一个区块连接的区块。

  比特币最早的挖矿难度只有1个哈希值,可以用最弱的消费者级别的CPU来开采比特币,而且有很大的机会获得比特币。

  在随后的几年里,随着交易所建立,比特币持有者之间的交易活动变得更有组织性。挖矿的难度显著增加,它需要越来越强大的处理器,到后来升级到图形处理器。2013年,专门的ASIC挖矿硬件开始出现,性能甚至远远超过最强大的图形处理器。

  到2013年底,比特币挖矿难度首次达到了1个Giga hash哈希值。这是创世纪块挖矿难度的1000*1000*1000倍。之后,比特币的挖矿难度又增加了数千倍。

  挖矿难度是为了保证让比特币新区块的产生速度在平均每10分钟产生一个而设置的动态参数。

  每挖2016个块便会做出一次调整,调整的依据是前面2016个块的出块时间,如果前一个周期平均出块时间小于10分钟,便会加大难度,大于10分钟,则减小难度,目的是为了保证系统稳定的每过10分钟产出一个块,所以难度调整的时间大概是2周(2016 * 10 分钟)。

  比特币挖矿形同猜数字谜,矿工要找出一个随机数(Nonce)参与哈希运算 1Hash(Block+Nonce),使得区块哈希值符合难度要求。算力指计算机每秒可执行哈希运算的次数,也称为哈希率(hashrate)。一个矿机每秒钟能做多少次hash碰撞,就是其“算力”的代表,单位写成 hash/s或者H/s。

  算力单位:

  1 KH/s = 1000 H/s

  1 MH/s = 1000 KH/s

  1 GH/s = 1000 MH/s

  1 TH/s = 1000 GH/s

  1 PH/s = 1000 TH/s

  1 EH/s = 1000 PH/s

  全网算力是btc网络中参与竞争挖矿的所有矿机的算力总和。当前难度周期全网算力会影响下一个周期的难度调整, 如果全网算力增加,挖矿难度增大,单台矿机固定时间的产出就会减少。

  那么,已知当前全网算力,下一个周期难度将如何调整呢?

  根据公式:

  难度 * 2^32 / 全网算力 = 出块时间

  出块时间要稳定在10分钟, 也就是600s:

  难度 = 600 * 24.42 * 10^18 / 2^32

  = 3.46e+12

  那么,在3.46e+12的难度下, 一台算力为14TH/s的矿机平均要花多长时间才能出一个块呢?

  根据公式:

  难度 * 2^32 / 算力 = 出块时间

  有:

  3.46 * 10^12 * 2^32 / 14 * 10^12

  = 1.06e+9 s

  结果大概是12270天。

  原本中本聪设计的是一个公平的完全去中心化的一个数字货币系统,每个人都可以使用个人电脑进行挖矿。然而,有利可图时大量新算力不断加入,矿工竞争激烈,使得单个矿工的挖矿成功率几乎为零。

  2011 年起矿池出现,大量矿工纷纷加入矿池,以稳定收入,摊薄成本。大量算力融入,使得比特币挖矿难度越来越大。数字货币挖矿业形同军事竞备,挖矿设备不断更新迭代,不再遵循摩尔定律。

  ⑶ 加密货币的挖矿难度和高度难度有什么区别

  这还是有很大区别的,因为加密货币的挖矿难度加大了,说明挖矿的成效就没有过往那样过得快,进而会拉长挖矿的回本周期。

  ⑷ 挖矿挣钱是什么原理

  挖矿就是那个维特币呗,比特币矿场,然后呢,他有特定的程序,需要大量的结算。需要耗电然后呢挖矿就是那个维特币呗,比特币矿场,然后呢,他有特定的程序,需要大量的结算,需要耗电,然后呢,每天他一个机器能够生成几个比特币

  ⑸ 什么是比特币挖矿难度如何调整原理是什么

  比特币挖矿难度(Difficulty),是对挖矿困难程度的度量,挖矿难度越大,挖出区块就越困难。目标值(Target)与挖矿难度成反比。难度越高,目标值越小。而难度目标是目标值通过转化得到,是一个只有 4 个字节的字段(为了便于理解,本文将难度目标等同目标值处理)。比特币系统正是通过调整区块头中难度目标来控制挖出区块所需平均时间的。

  目标值是个长度为 256 比特的字符串,换句话说目标值约有 2^256 种可能的取值。调整难度目标就是调整目标值在整个输出空间的占比。

  举例说明:挖矿就如射击,所有射出去的子弹都会落在一个很大的靶子上。难度目标就是这个大靶子上圈出一个范围,这个范围越小,被射中的难度就越高。调节难度目标,就是调节这个圈在整个靶子上的占比。

  挖矿算力增大,单位时间射击的次数就越多,目标范围被射中所需的时间就越短。反之,挖矿算力减小,目标范围被击中所需的时间就越长。而比特币系统追求的平均出块时间为 10 分钟,这时候就需要调整难度目标来实现。

  02 如何调整难度目标?

  比特币系统是怎样调整难度目标的呢?在《白话区块链入门 080 | 数说比特币,了解 比特币 必须知道这 10 个数字》一文中,我们介绍了比特币系统每过 2016 区块(大约为 14 天时间),会自动调整一次难度目标。所有区块高度为 2016 整数倍的区块,系统就会自动调整难度目标。如果上一个难度目标调整周期(也就是之前 2016 个区块),平均出块时间大于 10 分钟,说明挖矿难度偏高,需要降低挖矿难度,增大难度目标(准确地说是目标值);反之,前一个难度目标调整周期,平均出块时间小于 10 分钟,说明挖矿难度偏低,需要缩小难度目标。

  03 难度目标的可调范围

  比特币系统设定,难度目标上调和下调的范围都有 4 倍的限制。举例说明:假设上一个难度目标调整周期内的 2016 个区块,由于算力暴涨,只用 7 天就全部挖出来了,通过难度目标调整,将难度目标缩小一倍,可以将平均出块时间维持在 10 分钟左右,但如果算力暴涨,前 2016 个区块全部挖出只用了 1 天,那么难度目标最小只能调整为原来的四分之一。

  04 总结

  比特币的算力是持续波动的,比特币系统通过难度目标的调整,使得平均出块时间维持在 10 分钟左右。难度目标和挖矿难度成反比,挖矿难度越大,难度目标越小。当区块高度为 2016 的整数倍时,比特币系统就会在该区块上,自动调整难度目标。如果上一个难度目标调整周期内,平均出块时间超过 10 分钟,那么降低挖矿难度,增大难度目标;反之则提高挖矿难度,减小难度目标。难度目标上调和下调的范围都有 4 倍的限制。

  比特币每 2016 个区块(大约 14 天)调整一次挖矿难度,相比于 BCH 每个区块都调整(大约 10 分钟调整一次),有明显的滞后性。你认为是哪种调整方式更合理呢?为什么呢?欢迎在留言区分享你的观点。

  ⑹ 比特币挖矿的难度和算力

  难度是对挖矿困难程度的度量,即指:计算符合给定目标的一个HASH值的困难程度。

  difficulty = difficulty_1_target / current_target

  difficulty_1_target 的长度为256bit, 前32位为0, 后面全部为1 ,一般显示为HASH值:, difficulty_1_target 表示btc网络最初的目标HASH。 current_target 是当前块的目标HASH,先经过压缩然后存储在区块中,区块的HASH值必须小于给定的目标HASH, 区块才成立。

  例如:如果区块中存储的压缩目标HASH为 0x1b0404cb , 那么未经压缩的十六进制HASH为

  所以,目标HASH为0x1b0404cb时, 难度为:

  比特币的挖矿的过程其实是通过随机的hash碰撞,找到一个解 nonce ,使得 块hash 小于 目标HASH 值。 而一个矿机每秒钟能做多少次hash碰撞, 就是其“算力”的代表, 单位写成 hash/s 或者 H/s

  算力单位:

  比特币系统的难度是动态调整的, 每挖 2016 个块便会做出一次调整, 调整的依据是前面2016个块的出块时间, 如果前一个周期平均出块时间小于10分钟,便会加大难度, 大于10分钟,则减小难度,目的是为了保证系统稳定的每过 10分钟 产出一个块,所以难度调整的时间大概是2周(2016 * 10 分钟)

  全网算力是btc网络中参与竞争挖矿的所有矿机的算力总和。当前难度周期全网算力会影响下一个周期的难度调整, 如果全网算力增加,挖矿难度增大,单台矿机固定时间的产出就会减少。目前全网算力大概是24.42EH/s, 一台蚂蚁S9矿机的算力大概是14TH/s

   那么, 已知当前全网算力,下一个周期难度将如何调整呢?

  根据公式:

  因为出块时间要稳定在10分钟, 也就是600s:

   那么,在3.46e+12的难度下, 一台算力为14TH/s的矿机平均要花多长时间才能出一个块呢?

  根据公式:

  有:

  结果大概是12270天

  ⑺ 科普:比特币是什么,“挖矿”是如何进行的为何耗电量越来越大

  2021年中旬,剑桥大学的一项研究数据表明,因为比特币挖矿导致的耗电数已高达134.89太瓦时,如果把比特币挖矿比作一个国家,那么它在全球所有国家中的耗电排名高达第27位,相当于马来西亚全国一年的耗电总量。

  比特币挖矿到底是怎么一回事?为什么它需要消耗这么多电力呢?

  我们知道要获取比特币就需要“挖矿”,在现实生活中,挖矿要用到挖掘机,钻井机等大型设备;而在虚拟世界里,挖矿就是指使用电脑计算获取比特币。按理来说,电脑计算也不需要消耗这么多的电吧,为什么挖比特币就这么费电呢?

  确实,在比特币刚刚被创造出来的时候,它的创始人中本聪仅仅使用了一台家庭电脑就开发出了50枚比特币,所消耗的电力自然不多。

  但是,随着越来越多的人涌入比特币市场,其开采难度却越来越大了。这个和比特币的发行模式有关。那么,比特币是如何发行的呢?

  首先,比特币矿场在诞生之初,它的储量就被限定死了,总共只有2100万枚,分布于各个矿区里面。最开始,矿工们每发现一个矿区,就会被奖励50枚比特币。但是每产生21万个“矿区”,奖励的比特币数量就会减半一次。

  简单来说就是,当初我们挖一个比特币只要用一台电脑挖上一天就可以了,但是后来慢慢变成两台电脑两天,四台电脑四天。挖矿的难度成倍增加,需要消耗的电力自然也是成倍增加的。这个过程将一直持续到2140年,2100万枚比特币才会全部发行完成。如今自比特币诞生才仅仅过去了13年时间,就耗费了这么多电力,可想而知,未来的比特币市场将会是一个怎样的无底洞。

  正是因为这样的机制,所以作为一个矿场主,要跑赢其他人,唯一能做的就是购进更多、运算速度更快的矿机,这样才能抢在别人前面挖到更多的比特币。

  而作为初代矿机的家庭电脑显然已经无法满足挖矿的需求了,因而矿工们的生产工具也是不断革新,从一开始的CPU计算、进化成为GPU运算,再到产生专门的矿机运算。矿机搭载有专门的“挖矿晶元”,通常以燃烧显卡和芯片的方式运行。

  这个过程中不仅有硬盘运作带来的电力消耗,在运作过程中产生的热能,也会导致整个矿场宕机(死机)。因此,这其中还包括电源风扇和机箱风扇消耗的电能。目前,仅仅是单台矿机的运作耗电量都在35度左右,一个矿场一天的电力消耗甚至可以满足普通人一辈子的用电需求。

  那么,矿工们“辛辛苦苦”,耗费无数电力资源挖掘得来的比特币,究竟有怎样的价值呢?我们不妨看看比特币诞生的背景,2008年次贷危机全面爆发,美联储不得不启用宽松量化政策来应对接下来的危机。面对美元的不断加印,贬值成为了它的定数。

  同年底,一位“屠龙少年”——中本聪,发布了一则白皮书,名为《比特币:一种点对点的电子现金系统》,明确阐释了比特币的概念,他试图用电子货币来挑战美元的霸权。次年1月,在他的一手操办下,比特币的“创世区块”也由此诞生。

  由于比特币在当时,知道的人很少,只在程序员群体中小范围流传,所以并不值多少钱。其中还流传着这么一个经典故事,某程序员通过挖矿,获得了1000枚比特币。于是,他用这些比特币买了两块披萨。

  但是后来,由于比特币自带的反叛精神,它很快就在Geek圈(即,技术发烧友)获得了认可。在他们的拥护之下,比特币在整个世界范围内逐渐站稳了脚跟。甚至在暗网世界里,人们把它当作是虚拟世界里的“美元”,用来进行各种黑色产业的交易行为。

  随着知名度和使用范围越来越广,价格也逐渐魔幻起来。一路突破了3000美元的大关。时间来到2020年,美联储再次“放水”,光是这一年发行的货币量就占到了美元总发行量的21%,比特币也迎来了它“币生”中的高光时刻,一举突破单价68000美元的大关。

  但是,与中本聪的初始理念相悖,随着比特币拥趸数量的增加,它已经逐渐脱离了货币这个概念,甚至从劳动价值论来讲,比特币的价值只能被认定为“0”。首先,在比特币诞生之初,人类 社会 并不需要这样一个东西,它不是刚需。第二,矿工们掘金的过程,也无法通过劳动力衡量。总之,比特币诞生的13年来,它一直是游离于我们的商品流通体系之外。

  一句话就是,比特币没什么实际价值,现在的高价不过是炒作出来的泡沫而已。

  如果非要说比特币有价值,只可能是因为它拥有去中心化、匿名性、难以丢失等属性,致使它具备了人造数字资产的价值。一旦它回归初始属性——货币,面临的必将是被主流货币绞杀。所以,比特币最大的价值恐怕就是挖矿时浪费的电费和矿机的账单了吧!

  去年中旬,央行发布公告,约谈了一众主流金融机构,重申了我国打击比特币在内的虚拟货币炒作行为。我国为什么一定要打击比特币炒作呢?

   首先是消耗电力资源。 我们在前面说过,比特币市场的耗电量只会越来越多,而且是成倍增加,如果让它在国内泛滥,必然会压榨其他产业的电力,影响国内经济的发展。

  实际上,比特币早已入侵我国,并且造成了极大的资源浪费。

  据报道,在2021年5月以前,全球近7成的比特币矿场都在中国。矿场主们会在丰水期前往云贵川一带的水电站购买廉价电力。枯水期则会前往大西北,诸如内蒙古、新疆等煤炭相对便宜的地方购买火电。有人预测到2024年,中国比特币挖矿每年会消耗3.5个三峡大坝的年发电量。好在,经过我国的全力打压后,目前比特币矿区已经逐渐退出国内。

   其次,比特币应用场景一般都是非法资金运作,它的匿名性成为了洗钱、毒品交易、诈骗所得等黑色产业天然的保护伞。 我国严厉打击扫黑除恶的风气,首先就得打击其中利益往来的工具,也就是斩断比特币的传播链条。

   其三,也是最重要的一点,就是要捍卫我国货币主权。 现在世界范围内,经济局势动荡不安,比特币会增加国家甚至世界的金融风险。甚至这些小小的比特币,足以拥有让一个国家破产的能力。

  比如,2021年9月,中美洲小国萨尔瓦多,因为钦定比特币为法定货币,在世界范围内,狠狠刷了一波存在感。可是今年以来,比特币的大熊市,却让萨尔瓦多亏损了上千万美元,

  甚至有人说,它极有可能成为第一个因为“炒币”而破产的国家。

  由此可见,无论是对于一个国家还是一个普通人来说,“炒币”的行为和赌博的性质没什么两样,它会腐蚀一个人的精神,消耗掉一个民族勤劳的美德。所以,我国坚决打击比特币绝对是明智之举。

  ⑻ 详解比特币挖矿原理

  可以将区块链看作一本记录所有交易的公开总帐簿(列表),比特币网络中的每个参与者都把它看作一本所有权的权威记录。

  比特币没有中心机构,几乎所有的完整节点都有一份公共总帐的备份,这份总帐可以被视为认证过的记录。

  至今为止,在主干区块链上,没有发生一起成功的攻击,一次都没有。

  通过创造出新区块,比特币以一个确定的但不断减慢的速率被铸造出来。大约每十分钟产生一个新区块,每一个新区块都伴随着一定数量从无到有的全新比特币。每开采210,000个块,大约耗时4年,货币发行速率降低50%。

  在2016年的某个时刻,在第420,000个区块被“挖掘”出来之后降低到12.5比特币/区块。在第13,230,000个区块(大概在2137年被挖出)之前,新币的发行速度会以指数形式进行64次“二等分”。到那时每区块发行比特币数量变为比特币的最小货币单位——1聪。最终,在经过1,344万个区块之后,所有的共20,999,999.9769亿聪比特币将全部发行完毕。换句话说, 到2140年左右,会存在接近2,100万比特币。在那之后,新的区块不再包含比特币奖励,矿工的收益全部来自交易费。

  在收到交易后,每一个节点都会在全网广播前对这些交易进行校验,并以接收时的相应顺序,为有效的新交易建立一个池(交易池)。

  每一个节点在校验每一笔交易时,都需要对照一个长长的标准列表:

  交易的语法和数据结构必须正确。

  输入与输出列表都不能为空。

  交易的字节大小是小于MAX_BLOCK_SIZE的。

  每一个输出值,以及总量,必须在规定值的范围内 (小于2,100万个币,大于0)。

  没有哈希等于0,N等于-1的输入(coinbase交易不应当被中继)。

  nLockTime是小于或等于INT_MAX的。

  交易的字节大小是大于或等于100的。

  交易中的签名数量应小于签名操作数量上限。

  解锁脚本(Sig)只能够将数字压入栈中,并且锁定脚本(Pubkey)必须要符合isStandard的格式 (该格式将会拒绝非标准交易)。

  池中或位于主分支区块中的一个匹配交易必须是存在的。

  对于每一个输入,如果引用的输出存在于池中任何的交易,该交易将被拒绝。

  对于每一个输入,在主分支和交易池中寻找引用的输出交易。如果输出交易缺少任何一个输入,该交易将成为一个孤立的交易。如果与其匹配的交易还没有出现在池中,那么将被加入到孤立交易池中。

  对于每一个输入,如果引用的输出交易是一个coinbase输出,该输入必须至少获得COINBASE_MATURITY (100)个确认。

  对于每一个输入,引用的输出是必须存在的,并且没有被花费。

  使用引用的输出交易获得输入值,并检查每一个输入值和总值是否在规定值的范围内 (小于2100万个币,大于0)。

  如果输入值的总和小于输出值的总和,交易将被中止。

  如果交易费用太低以至于无法进入一个空的区块,交易将被拒绝。

  每一个输入的解锁脚本必须依据相应输出的锁定脚本来验证。

  以下挖矿节点取名为 A挖矿节点

  挖矿节点时刻监听着传播到比特币网络的新区块。而这些新加入的区块对挖矿节点有着特殊的意义。矿工间的竞争以新区块的传播而结束,如同宣布谁是最后的赢家。对于矿工们来说,获得一个新区块意味着某个参与者赢了,而他们则输了这场竞争。然而,一轮竞争的结束也代表着下一轮竞争的开始。

  验证交易后,比特币节点会将这些交易添加到自己的内存池中。内存池也称作交易池,用来暂存尚未被加入到区块的交易记录。

  A节点需要为内存池中的每笔交易分配一个优先级,并选择较高优先级的交易记录来构建候选区块。

  一个交易想要成为“较高优先级”,需满足的条件:优先值大于57,600,000,这个值的生成依赖于3个参数:一个比特币(即1亿聪),年龄为一天(144个区块),交易的大小为250个字节:

  High Priority > 100,000,000 satoshis * 144 blocks / 250 bytes = 57,600,000

  区块中用来存储交易的前50K字节是保留给较高优先级交易的。 节点在填充这50K字节的时候,会优先考虑这些最高优先级的交易,不管它们是否包含了矿工费。这种机制使得高优先级交易即便是零矿工费,也可以优先被处理。

  然后,A挖矿节点会选出那些包含最小矿工费的交易,并按照“每千字节矿工费”进行排序,优先选择矿工费高的交易来填充剩下的区块。

  如区块中仍有剩余空间,A挖矿节点可以选择那些不含矿工费的交易。有些矿工会竭尽全力将那些不含矿工费的交易整合到区块中,而其他矿工也许会选择忽略这些交易。

  在区块被填满后,内存池中的剩余交易会成为下一个区块的候选交易。因为这些交易还留在内存池中,所以随着新的区块被加到链上,这些交易输入时所引用UTXO的深度(即交易“块龄”)也会随着变大。由于交易的优先值取决于它交易输入的“块龄”,所以这个交易的优先值也就随之增长了。最后,一个零矿工费交易的优先值就有可能会满足高优先级的门槛,被免费地打包进区块。

  UTXO(Unspent Transaction Output) : 每笔交易都有若干交易输入,也就是资金来源,也都有若干笔交易输出,也就是资金去向。一般来说,每一笔交易都要花费(spend)一笔输入,产生一笔输出,而其所产生的输出,就是“未花费过的交易输出”,也就是 UTXO。

  块龄:UTXO的“块龄”是自该UTXO被记录到区块链为止所经历过的区块数,即这个UTXO在区块链中的深度。

  区块中的第一笔交易是笔特殊交易,称为创币交易或者coinbase交易。这个交易是由挖矿节点构造并用来奖励矿工们所做的贡献的。假设此时一个区块的奖励是25比特币,A挖矿的节点会创建“向A的地址支付25.1个比特币(包含矿工费0.1个比特币)”这样一个交易,把生成交易的奖励发送到自己的钱包。A挖出区块获得的奖励金额是coinbase奖励(25个全新的比特币)和区块中全部交易矿工费的总和。

  A节点已经构建了一个候选区块,那么就轮到A的矿机对这个新区块进行“挖掘”,求解工作量证明算法以使这个区块有效。比特币挖矿过程使用的是SHA256哈希函数。

  用最简单的术语来说, 挖矿节点不断重复进行尝试,直到它找到的随机调整数使得产生的哈希值低于某个特定的目标。 哈希函数的结果无法提前得知,也没有能得到一个特定哈希值的模式。举个例子,你一个人在屋里打台球,白球从A点到达B点,但是一个人推门进来看到白球在B点,却无论如何是不知道如何从A到B的。哈希函数的这个特性意味着:得到哈希值的唯一方法是不断的尝试,每次随机修改输入,直到出现适当的哈希值。

  需要以下参数

  • block的版本 version

  • 上一个block的hash值: prev_hash

  • 需要写入的交易记录的hash树的值: merkle_root

  • 更新时间: ntime

  • 当前难度: nbits

  挖矿的过程就是找到x使得

  SHA256(SHA256(version + prev_hash + merkle_root + ntime + nbits + x )) < TARGET

  上式的x的范围是0~2^32, TARGET可以根据当前难度求出的。

  简单打个比方,想象人们不断扔一对色子以得到小于一个特定点数的游戏。第一局,目标是12。只要你不扔出两个6,你就会赢。然后下一局目标为11。玩家只能扔10或更小的点数才能赢,不过也很简单。假如几局之后目标降低为了5。现在有一半机率以上扔出来的色子加起来点数会超过5,因此无效。随着目标越来越小,要想赢的话,扔色子的次数会指数级的上升。最终当目标为2时(最小可能点数),只有一个人平均扔36次或2%扔的次数中,他才能赢。

  如前所述,目标决定了难度,进而影响求解工作量证明算法所需要的时间。那么问题来了:为什么这个难度值是可调整的?由谁来调整?如何调整?

  比特币的区块平均每10分钟生成一个。这就是比特币的心跳,是货币发行速率和交易达成速度的基础。不仅是在短期内,而是在几十年内它都必须要保持恒定。在此期间,计算机性能将飞速提升。此外,参与挖矿的人和计算机也会不断变化。为了能让新区块的保持10分钟一个的产生速率,挖矿的难度必须根据这些变化进行调整。事实上,难度是一个动态的参数,会定期调整以达到每10分钟一个新区块的目标。简单地说,难度被设定在,无论挖矿能力如何,新区块产生速率都保持在10分钟一个。

  那么,在一个完全去中心化的网络中,这样的调整是如何做到的呢?难度的调整是在每个完整节点中独立自动发生的。每2,016个区块(2周产生的区块)中的所有节点都会调整难度。难度的调整公式是由最新2,016个区块的花费时长与20,160分钟(两周,即这些区块以10分钟一个速率所期望花费的时长)比较得出的。难度是根据实际时长与期望时长的比值进行相应调整的(或变难或变易)。简单来说,如果网络发现区块产生速率比10分钟要快时会增加难度。如果发现比10分钟慢时则降低难度。

  为了防止难度的变化过快,每个周期的调整幅度必须小于一个因子(值为4)。如果要调整的幅度大于4倍,则按4倍调整。由于在下一个2,016区块的周期不平衡的情况会继续存在,所以进一步的难度调整会在下一周期进行。因此平衡哈希计算能力和难度的巨大差异有可能需要花费几个2,016区块周期才会完成。

  举个例子,当前A节点在挖277,316个区块,A挖矿节点一旦完成计算,立刻将这个区块发给它的所有相邻节点。这些节点在接收并验证这个新区块后,也会继续传播此区块。当这个新区块在网络中扩散时,每个节点都会将它作为第277,316个区块(父区块为277,315)加到自身节点的区块链副本中。当挖矿节点收到并验证了这个新区块后,它们会放弃之前对构建这个相同高度区块的计算,并立即开始计算区块链中下一个区块的工作。

  比特币共识机制的第三步是通过网络中的每个节点独立校验每个新区块。当新区块在网络中传播时,每一个节点在将它转发到其节点之前,会进行一系列的测试去验证它。这确保了只有有效的区块会在网络中传播。

  每一个节点对每一个新区块的独立校验,确保了矿工无法欺诈。在前面的章节中,我们看到了矿工们如何去记录一笔交易,以获得在此区块中创造的新比特币和交易费。为什么矿工不为他们自己记录一笔交易去获得数以千计的比特币?这是因为每一个节点根据相同的规则对区块进行校验。一个无效的coinbase交易将使整个区块无效,这将导致该区块被拒绝,因此,该交易就不会成为总账的一部分。

  比特币去中心化的共识机制的最后一步是将区块集合至有最大工作量证明的链中。一旦一个节点验证了一个新的区块,它将尝试将新的区块连接到到现存的区块链,将它们组装起来。

  节点维护三种区块:

  · 第一种是连接到主链上的,

  · 第二种是从主链上产生分支的(备用链),

  · 第三种是在已知链中没有找到已知父区块的。

  有时候,新区块所延长的区块链并不是主链,这一点我们将在下面“ 区块链分叉”中看到。

  如果节点收到了一个有效的区块,而在现有的区块链中却未找到它的父区块,那么这个区块被认为是“孤块”。孤块会被保存在孤块池中,直到它们的父区块被节点收到。一旦收到了父区块并且将其连接到现有区块链上,节点就会将孤块从孤块池中取出,并且连接到它的父区块,让它作为区块链的一部分。当两个区块在很短的时间间隔内被挖出来,节点有可能会以相反的顺序接收到它们,这个时候孤块现象就会出现。

  选择了最大难度的区块链后,所有的节点最终在全网范围内达成共识。随着更多的工作量证明被添加到链中,链的暂时性差异最终会得到解决。挖矿节点通过“投票”来选择它们想要延长的区块链,当它们挖出一个新块并且延长了一个链,新块本身就代表它们的投票。

  因为区块链是去中心化的数据结构,所以不同副本之间不能总是保持一致。区块有可能在不同时间到达不同节点,导致节点有不同的区块链视角。解决的办法是, 每一个节点总是选择并尝试延长代表累计了最大工作量证明的区块链,也就是最长的或最大累计难度的链。

  当有两个候选区块同时想要延长最长区块链时,分叉事件就会发生。正常情况下,分叉发生在两名矿工在较短的时间内,各自都算得了工作量证明解的时候。两个矿工在各自的候选区块一发现解,便立即传播自己的“获胜”区块到网络中,先是传播给邻近的节点而后传播到整个网络。每个收到有效区块的节点都会将其并入并延长区块链。如果该节点在随后又收到了另一个候选区块,而这个区块又拥有同样父区块,那么节点会将这个区块连接到候选链上。其结果是,一些节点收到了一个候选区块,而另一些节点收到了另一个候选区块,这时两个不同版本的区块链就出现了。

  分叉之前

  分叉开始

  我们看到两个矿工几乎同时挖到了两个不同的区块。为了便于跟踪这个分叉事件,我们设定有一个被标记为红色的、来自加拿大的区块,还有一个被标记为绿色的、来自澳大利亚的区块。

  假设有这样一种情况,一个在加拿大的矿工发现了“红色”区块的工作量证明解,在“蓝色”的父区块上延长了块链。几乎同一时刻,一个澳大利亚的矿工找到了“绿色”区块的解,也延长了“蓝色”区块。那么现在我们就有了两个区块:一个是源于加拿大的“红色”区块;另一个是源于澳大利亚的“绿色”。这两个区块都是有效的,均包含有效的工作量证明解并延长同一个父区块。这个两个区块可能包含了几乎相同的交易,只是在交易的排序上有些许不同。

  比特币网络中邻近(网络拓扑上的邻近,而非地理上的)加拿大的节点会首先收到“红色”区块,并建立一个最大累计难度的区块,“红色”区块为这个链的最后一个区块(蓝色-红色),同时忽略晚一些到达的“绿色”区块。相比之下,离澳大利亚更近的节点会判定“绿色”区块胜出,并以它为最后一个区块来延长区块链(蓝色-绿色),忽略晚几秒到达的“红色”区块。那些首先收到“红色”区块的节点,会即刻以这个区块为父区块来产生新的候选区块,并尝试寻找这个候选区块的工作量证明解。同样地,接受“绿色”区块的节点会以这个区块为链的顶点开始生成新块,延长这个链。

  分叉问题几乎总是在一个区块内就被解决了。网络中的一部分算力专注于“红色”区块为父区块,在其之上建立新的区块;另一部分算力则专注在“绿色”区块上。即便算力在这两个阵营中平均分配,也总有一个阵营抢在另一个阵营前发现工作量证明解并将其传播出去。在这个例子中我们可以打个比方,假如工作在“绿色”区块上的矿工找到了一个“粉色”区块延长了区块链(蓝色-绿色-粉色),他们会立刻传播这个新区块,整个网络会都会认为这个区块是有效的,如上图所示。

  所有在上一轮选择“绿色”区块为胜出者的节点会直接将这条链延长一个区块。然而,那些选择“红色”区块为胜出者的节点现在会看到两个链: “蓝色-绿色-粉色”和“蓝色-红色”。 如上图所示,这些节点会根据结果将 “蓝色-绿色-粉色” 这条链设置为主链,将 “蓝色-红色” 这条链设置为备用链。 这些节点接纳了新的更长的链,被迫改变了原有对区块链的观点,这就叫做链的重新共识 。因为“红”区块做为父区块已经不在最长链上,导致了他们的候选区块已经成为了“孤块”,所以现在任何原本想要在“蓝色-红色”链上延长区块链的矿工都会停下来。全网将 “蓝色-绿色-粉色” 这条链识别为主链,“粉色”区块为这条链的最后一个区块。全部矿工立刻将他们产生的候选区块的父区块切换为“粉色”,来延长“蓝色-绿色-粉色”这条链。

  从理论上来说,两个区块的分叉是有可能的,这种情况发生在因先前分叉而相互对立起来的矿工,又几乎同时发现了两个不同区块的解。然而,这种情况发生的几率是很低的。单区块分叉每周都会发生,而双块分叉则非常罕见。

  比特币将区块间隔设计为10分钟,是在更快速的交易确认和更低的分叉概率间作出的妥协。更短的区块产生间隔会让交易清算更快地完成,也会导致更加频繁地区块链分叉。与之相对地,更长的间隔会减少分叉数量,却会导致更长的清算时间。

  ⑼ 挖矿挣钱是什么原理

  比特币系统由用户(用户通过密钥控制钱包)、交易(交易都会被广播到整个比特币网络)和矿工(通过竞争计算生成在每个节点达成共识的区块链,区块链是一个分布式的公共权威账簿,包含了比特币网络发生的所有的交易)组成。

  比特币矿工通过解决具有一定工作量的工作量证明机制问题,来管理比特币网络—确认交易并且防止双重支付。由于散列运算是不可逆的,查找到匹配要求的随机调整数非常困难,需要一个可以预计总次数的不断试错过程。这时,工作量证明机制就发挥作用了。

  当一个节点找到了匹配要求的解,那么它就可以向全网广播自己的结果。其他节点就可以接收这个新解出来的数据块,并检验其是否匹配规则。如果其他节点通过计算散列值发现确实满足要求(比特币要求的运算目标),那么该数据块有效,其他的节点就会接受该数据块。

  中本聪把通过消耗CPU的电力和时间来产生比特币,比喻成金矿消耗资源将黄金注入经济。比特币的挖矿与节点软件主要是透过点对点网络、数字签名、交互式证明系统来进行发起零知识证明与验证交易。

  每一个网络节点向网络进行广播交易,这些广播出来的交易在经过矿工(在网络上的计算机)验证后,矿工可使用自己的工作证明结果来表达确认,确认后的交易会被打包到数据块中,数据块会串起来形成连续的数据块链。

  每一个比特币的节点都会收集所有尚未确认的交易,并将其归集到一个数据块中,矿工节点会附加一个随机调整数,并计算前一个数据块的SHA256散列运算值。挖矿节点不断重复进行尝试,直到它找到的随机调整数使得产生的散列值低于某个特定的目标。

  挖矿难度

  为了使得资料块产生的速度维持在大约每十分钟一个,产生新资料块的难度会定期调整。

  如果资料块产生的速度加快了,那么就提高挖矿难度;如果资料块产生速度变慢了,那么就降低难度。比特币系统在每隔2016个资料块被产出后(约两周的时间),会以最近这段时间的资料块产生速度,自动重新计算接下来的2016个资料块之挖矿难度。

  而难度基本上就决定了一个有效的资料块标头(英语:Block Header)的SHA-256散列值应小于一定值,也就是说该散列值必须要恰好落在目标区间之内才算有效,当目标区间越小就意味着命中几率越低。换句话说就是挖矿的难度越高。

  由于ASIC计算设备的爆炸式加入,目前挖矿难度呈现几何级数的上升,目前年均难度增长约为3%,让普通个人挖矿者的挖矿工作变得异常困难。

  以上内容参考网络-比特币挖矿机

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