深入学习区块链共识机制（三）POW目标值

很多文章或解析将区块里的Bits字段解读成难度值，其实是错误的。Bits的作用是直接和区块头2次sha256（）的结果进行比较大小的。比较之前，需要先将两者的类型转换成big.Int型。起初Bits类型是Uint32；hash类型是字节数组。

目标值是怎么产生的呢？目标值是一个变量，中本聪设的初始值是0x1d00ffff。这个目标值以后会每隔2016个区块，根据过去2016个区块花费时长算出的难度值进行调整，保证正常出块的时间在10分钟左右。所有节点都会按统一公式自动调整Bits，调整公式：

新难度值=旧难度值*（过去2016个区块花费时长（分）/20160分钟）

目标值=最大目标值/难度值。

最大目标值是恒定的，即为创始区块的Bits值0x1d00FFFF。这个数的由来是0x00000000FFFF0000000000000000000000000000000000000000000000000000这个64位16进制数通过小端法存储得来。这个64位数字存储需要占32个字节，而Bits在区块头占大小是4个字节，所以通过小端法存储可以把后边的0都抹去，最后得到的数占4个字节。小端法英文表示little-endian，一种是将低序字节存储在起始地址的存储方法。我们经常用到的存储都是大端法，按数据字节顺序从高到低存储。

0x00000000FFFF0000000000000000000000000000000000000000000000000000来自中本聪定义的数字0x00000000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF使用浮点编码类型得来的。方法是为满足实现小端法存储，中本聪处理后面F的方法，具体不作分析。真正在代码中出现的最大目标值只是0x1d00FFFF，也就是创始区块的Bits。

每2016个区块完成后，会自动调整新的目标值Bits。从上边公式可以看出新Bits与难度值成反比。因为Bits是小端法存储，所以存储的数据越大说明实际的数字越小，那么挖矿越难；反之越简单。难度值也是个变量，最开始前2016个块数值是1，之后每隔2016个块后都会改变。在矿工挖矿过程中，都会有一个计时器，记录每个区块挖矿的时间，当累加2016次后，将会通过新难度值公式，计算出下一次挖矿的难度值，然后再通过目标值公式得到以后挖矿的目标值。

在矿工挖矿过程中，产生的hash值与目标值进行比较大小，需要将目标值还原成真实值。目标值由指数（exponent）和系数（coefficient）两部分组成。高位一个字节为指数，低位三个字节为系数。真实目标值用target表示。

真实的目标值的大小计算方式是：target = coefficient?2^(8?(exponent – 3))

比如：在区块277,316中，nBits字段的值为0x1903a30c，则0x19为指数，而 0x03a30c为系数。计算难度目标的公式为：target = coefficient?2^(8?(exponent – 3))

由此公式，以及难度位nBits的值 0x1903a30c，可得：

target = 0x03a30c?2^(0x08?(0x19 - 0x03))^

=>?target = 0x03a30c * 2^(0x08 * 0x16)^=>target = 0x03a30c * 2^0xB0^

按十进制计算为：

=>target = 238,348 * 2^176^=>?target = 22,829,202,948,393,929,850,749,706,076,701,368,331,072,452,018,388,575,715,328

转化回十六进制后为：

=>?target = 0x0000000000000003A30C00000000000000000000000000000000000000000000

也就是说高度为277,316的有效区块的区块头哈希值是小于这个真实目标值的。这个数字的二进制表示中必须超过60位的前导位都是0。在这个级别的难度，一个每秒可以处理1万亿次（1 tera-hash per second 或 1 TH/sec）哈希计算的矿工平均每8,496个区块，或者平均每59天，才能找到一个正确结果。

再看下比特币中创世区块(GenesisBlock)的难度值：nBits字段值为：0x1d00ffff(十进制即为：486604799)，表示为十六进制的Target值为：00000000ffff0000000000000000000000000000000000000000000000000000

综上，这个高度为277,316的有效区块的区块头的部分信息如下：

A：Bits?=?"0x1903a30c"

B：exponent指数，exponent?=?0x19

C：coefficient系数，coefficient?=?0x03a30c

D：target?=?coefficient?*?Math.Pow(2,?8?*?(exponent?-?3))

E：Bits真实值（target）：0x0000000000000003A30C00000000000000000000000000000000000000000000

F：本区块hash：00000000000000000041ff1cfc5f15f929c1a45d262f88e4db83680d90658c0c

区块链高级工程师、go语言工程师、IPFS早期研究者、IPFS希望社区创始人。网络著书有《IPFS一问一答》、《IPFS操作教程》、《区块链密码学》、《区块链共识算法》；跟踪并翻译报道《IPFS Weekly》，研究并翻译IPFS、Filecoin白皮书，业界知名专家学者——张默默老师！

—-

编译者/作者：Online

玩币族申明：玩币族作为开放的资讯翻译/分享平台，所提供的所有资讯仅代表作者个人观点，与玩币族平台立场无关，且不构成任何投资理财建议。文章版权归原作者所有。