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所以任何有效区块的哈希值必须低于这个值。换句话说,大约268个临时随机数里只有不到一个可以成功,这是一个非常巨大的数值。一个粗略的估计,它比全球人口总和的平方还要大。也就是说,如果地球上的每个人都是一个包含7亿人口的独立星球,那么总人口将会是265。
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决定难度
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每挖出2 016个区块,挖矿难度会改变一次,这个周期大约是两个星期。难度的改变是根据上2 016个区块的挖矿效率来决定的。用下列公式来表达:
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注意,2 016× 10分钟就是两周,也就是说,如果产生一个区块需要10分钟,那么产生2 016个区块就需要两周时间。所以这个公式的意义就是,测量全网难度进而维持平均每10分钟产生一个新的区块的速度。挖矿难度改变的周期是两周,并没有什么特别的意义,只不过是一个权衡之下的结果。如果这个周期太短,难度会随着每一个周期找到的区块的数目的不同而波动(概率问题)。如果太长,整个网络的哈希算力会与难度大大地失去平衡(难度的调整滞后于计算能力的变化)。
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每个比特币矿工独立地计算难度,只接受达到这个难度的区块。两个在不同分叉上的矿工可能会有不同的计算难度,但在同一个区块工作的矿工一定会对计算难度达成共识。
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图5.3中显示,挖矿难度会随着时间不断地增加。其增加不一定是稳定线性或者是指数型,而是取决于市场行为。挖矿难度会受到有多少新矿工加入的影响,新矿工的加入本身又由比特币的当前价格来决定。总的来说,当越来越多的矿工加入并且挖矿的硬件设备效率越来越高,找到有效区块所花费的时间就会越短,紧接着难度就会增加,直到重新回到每10分钟找到下一个有效区块。
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在图5.3中,虽然整个网络的哈希速度是平滑向上增长的,那条实线代表的难度却呈现阶梯函数式增长。这是因为每产生2 016个区块才会调整计算难度。
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图5.3 挖矿难度随时间变化(2014年年中)
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注:y轴开始于80 000TH/s(全网算力)。哈希速度是基于超过1 008个区块计算出来的平均值。
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资料来源:bitcoinwisdom.com
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可以从另外一个角度来看网络增长率,即看平均要多长时间才能找到一个有效区块。图5.4(a)展示出区块链上两个连续区块产生的间隔时间是多少秒。它逐渐下降,跳升,又逐渐下降。当然产生这种现象的原因就是每2 016个区块之后,难度重新被设定,找到区块的时间又重新回到大约10分钟。虽然一个调整周期内难度都不会变,但是随着越来越多的矿工加入,全网哈希算力增加而难度不变,找到有效区块的速度越来越快,直到大概两个星期内2 016个区块被发现之后,难度会被重新调整。
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图5.4(a)找到一个有效区块所花费的时间(2014年早期)
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注:y轴开始于460秒。找到一个有效区块花费的时间是2 016个区块样本花费时间的平均值。由于当时全网挖矿速度的连续快速增长,找到一个有效区块所花费的时间在两周的时间内稳步减少。
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资料来源:bitcoinwisdom.com
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图5.4(b)找到一个有效区块所花费的时间(2015年早期)
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注:y轴开始于540秒。找到一个有效区块花费的时间是2 016个区块样本建造时间的平均值。由于整个网络增长开始减速,所以找到有效区块的平均时间非常接近10分钟,偶尔还会因为全网算力缩小而超过10分钟。
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资料来源:bitcoinwisdom.com
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即使找到有效区块的时间目标被设定为平均10分钟,但是在2013年和2014年的大多数时间,这个时间平均是9分钟左右,并且在两周的周期末尾阶段时接近8分钟。计算表明,全网运算能力的增速大概是每两周25%,或者每年几百倍,这个数字非常惊人。
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