6. 挖矿难度¶

1. 难度与目标值关系¶

在比特币挖矿机制中，挖矿难度与target紧密相关，且呈现出目标值越小，挖矿难度越大的关系。这是因为目标值实际上是在限定哈希函数输出结果的范围。
以 SHA - 256 哈希算法为例，其输出空间理论上是2的256次种可能的哈希值。调整难度本质上就是调整满足条件的输出空间在整个  输入空间中的占比。当目标值变小时，意味着满足  条件的哈希值范围变窄，矿工需要尝试更多不同的输入（通过不断改变 nonce 值），才能找到符合要求的哈希值，从而增加了挖矿的难度。

通过公式  可以更直观地理解难度与目标值的关系，即难度与目标阈值成反比。目标值越小，计算得出的难度值越大。

2. 出块时间与分叉风险¶

出块时间是比特币网络中的一个关键参数。如果出块时间太短，会导致分叉成为常态。这是因为在较短的时间内，可能会有多个矿工几乎同时找到符合条件的区块，这些区块都试图在区块链上添加自己的版本，从而形成不同的分支。过多的分叉会危及到系统的安全，因为当恶意矿工掌握超过 51% 的算力时（51% attack），就有可能利用分叉来实施各种恶意行为，例如双花攻击等，破坏区块链的一致性和交易的不可篡改性。

3. 难度调整机制¶

• 为了避免出块时间过快或过慢带来的问题，比特币网络采用了每 2016 个区块调整一次难度的机制。
• 具体的调整公式为：target = target * actualtime / expectedtime ，其中 actualtime是挖掘上一个 2016 个区块所花费的实际时间， 则是理论上挖掘 2016 个区块应花费的时间（按照平均 10 分钟出一个块计算，2016 个区块理论时间为 20160 分钟）。
• 同时，为了防止难度调整幅度过大对网络造成冲击，规定了目标值调整的范围，最大为原来的 4 倍，最小为原来的 ¼ 倍。
• 在实际验证新区块时，节点会检查区块头中的nBits是否正确， nBits是用于表示目标值的一种紧凑编码方式，通过验证nBits来确认该区块是否符合当前的挖矿难度要求。

4. 比特币设计的合理性¶

• 比特币能够取得成功，其挖矿难度等相关设计可能是原因之一。中本聪在设计比特币的时候，对各种参数的设定相对保守，虽然有些参数看似是 “拍脑袋想的”，但实际上却较为合理。
• 这种保守的设计使得比特币网络在面对各种复杂的实际情况和潜在风险时，具备了较好的适应性和稳定性，为比特币的长期稳定发展奠定了基础。
• 例如，难度调整机制既保证了出块时间的相对稳定，又在一定程度上抵御了算力攻击，维护了网络的安全性和公平性。