作者：Zarten

本文首發於區塊鏈技術詳解知乎專欄，題目：比特幣工作量證明難度值及難度調整詳解

【作者按】在比特幣系統中工作量證明是有一定難度的，難度保持在整個系統中平均10分鐘才能增加一個區塊，那是如何維持這樣的一個水平的呢？是通過區塊頭中的一個難度目標值（target）來決定的。

下面講解比特幣系統中的這個難度值和如何調整難度值。

難度值

在每個區塊頭中都有一個“Bits”字段，被稱為“目標位”，也就是所謂的難度值。如下所示：

我們知道，在比特幣系統中滿足下面公式即為挖礦成功：

H(block header) <= target

那麼這個target是通過Bits得來的。

難度目標值（target）計算公式

target以指數形式存在，以十六進製表示，總共有8位，前2位為指數，後6位為係數。

所以上圖中，指數為0x17，係數為0x1320bc

計算公式為：

難度值（target） = 係數* 2^(8 * (指數- 3))

因此上圖中的難度值為：

難度值（target） = 0x1320bc * 2^(8 * (0x17 - 3))

這個算出來是個很大的數，結果為：

十進制為：1832085838499075985755083973639154607251969422303166464

十六進制為：0x1320bc0000000000000000000000000000000000000000

在比特幣系統中，難度值越小，挖礦難度就越大，因為哈希值可落的範圍會越小；反之難度值越大，挖礦難度就越小。

難度值調整

比特幣系統中，難度值是系統動態調整的，目的是使整個系統平均10分鐘出一個塊。

為什麼調整難度值

隨著挖礦設備的進化升級，系統的總算力會越來越強，如果難度值保持不變的話，出塊時間會越來越短，一方面是提高了對系統的響應時間和效率的考驗，另一個方面是出塊時間縮短後在同一時間將會產生多個區塊，必然會導致區塊鏈形成多分叉，這樣就導致系統的總算力分散到各個分叉鏈中了，這時系統的安全性大幅度降低，黑客可以集中算力進行分叉攻擊等攻擊行為。

因此，比特幣系統需要調整難度值。

難度值調整規則

目標是：系統平均每10分鐘產生一個區塊。

調整的周期是：每2016個區塊產生後會調整一次（大約2週14天）

調整的計算公式是：

新難度值= 舊難度值* （最近2016個區塊的真正時間/ 最近2016個區塊的預期時間）

最近2016個區塊的預期時間，當然是：2016 * 10min。

從上面公式可以得出，最近2016個區塊的真正時間越小，說明系統中出塊時間更短了（算力更強了），新難度值也就越小，所以挖礦難度就動態的提升了。

但是為了防止難度變化的過快，調整的時候有個4倍的幅度限制，也就是若調整的幅度大於4倍了，就按4倍調整。