難度目標

難度目標的英文名為Difficulty Targets，使整個網路的計算力大致每 10 分鐘產生一個區塊所需要的難度數值即為難度目標。

基本介紹

• 中文名：難度目標
• 外文名：Difficulty Targets

簡介

難度目標是使整個網路的計算力大致每 10 分鐘產生一個區塊所需要的難度數值。難度目標由區塊鏈網路根據過去兩周的計算結果，自動重新計算未來兩周的難度目標。難度目標由區塊中的 SHA 256 Hash 值所決定，通過控制區塊標頭（Block Header）SHA 256 Hash 值應恰好落在可控範圍目標區間之內來增加或減少難度目標。

區塊中的難度目標

區塊的格式如圖所示：

區塊

這是區塊鏈技術基本都具有的一些頭部信息，包括4位元組的版本號、32位元組的上一個區塊的哈希值、32位元組的Merkle根、4位元組的時間戳（當前時間）、4位元組的難度目標以及4位元組的隨機數。

• 版本號：用於跟蹤軟體/協定的更新。如果新版本的軟體不兼容舊版本的軟體，那么就認為是發生了“分叉”。
• 上一區塊頭哈希值：存儲的是鏈上上一個區塊的哈希值，也是區塊鏈設計的精髓所在。
• Merkle根：為了在區塊中體現出交易而做的一個計算，主要是解決帳本中交易記錄Hash計算的效率問題。每當產生一次交易，那么就與其他所有準備打包進區塊的交易組成交易列表，通過Merkle Tree算法生成Merkle Root Hash，作為交易列表的摘要存到區塊頭中。流程可以概括為每相臨的兩條交易記錄向上形成一個Hash值，再與相鄰的節點再往上形成Hash值，一直到樹根形成所有交易記錄的唯一Hash值，即Merkle根。
• 時間戳：該區塊產生的近似時間。這個時間雖然是節點生成的但是其是否有效需要其他節點的認可（允許有一定程度的誤差）。
• 難度目標：該區塊工作量證明的算法的目標值。
• Nonce: 用於工作量證明算法的計數器。

在工作量證明中的套用

PoW: Proof of Work,工作量證明。這個是比特幣、萊特幣等貨幣型區塊鏈使用的共識機制。類似於現實中的畢業證、駕照等，來證明你具有某種能力。可以認為PoW徹底解決了分散式一致性的問題。其過程以比特幣為例，如下：

• 礦工在網路中拿到最新一個區塊的頭部信息，其中的Merkle根包含了交易記錄的信息摘要；
• 將拿到的頭部信息作為參數，將nonce值從零開始，去計算其雙重SHA256值（SHA256（SHA256（頭部信息）））；
• 如果算出的答案不符合要求（前n位為0），則將nonce值增加一個單位，再算；
• 直到計算出符合難度目標的答案，就挖到一個區塊，即可將自己創建的區塊廣播出去，其他節點驗證無誤即保存到自己的區塊鏈上。
• 如果同時有多個節點實現了工作量證明，那么整個網路集群採用少數服從多數原則，集群中大部分採用了哪個區塊就選擇此區塊組成最新的賬本，達到最終一致性。
• 如果節點同步到了多個長度不同的區塊鏈賬本，那么選擇其中長的作為賬本。

這個思路犧牲了一部分一致性來保證區塊鏈的健壯性，即使只有一個結點，區塊鏈系統依舊可以運行。同時也保證了區塊鏈的安全性，除非51%的結點被控制。但一方面如果想要控制這么多節點，不僅要具有很強的算力，還得相當於重構一個區塊鏈網路，另一方面區塊鏈會給予實現工作量證明的節點以獎勵。權衡收益和破壞的成本，基本可以杜絕這種51%攻擊（博弈學的使用）。

此外，還需要提到區塊頭中的難度目標這個值，此值與計算耗時是反比的，即此值越大，那么計算越容易。以比特幣為例，為了控制每十分鐘產生一個區塊的速率，需要根據統計數據動態調整難度目標從而可以寶成區塊的生產速率。

PoW雖然很好的解決了分散式一致性問題，但其非常的耗費計算力，浪費電。