什么是难度？源于比特币，度量挖矿运算次数的关键参数

在区块链的世界当中，怎样确保电子币稳定生成是一个关键问题，“难度”在这当中起着极为重要的作用，它到底是什么情形，接下来进行深度剖析。

难度的来源与本质

“难度”这个词来源于比特币，比特币是区块链技术的先行者。挖矿实际上是在解谜题，不同电子币的谜题不一样。比如说有一种电子币，它解的空间是从0到99这100个数字，挖矿就是在这个范围内找答案。难度通过控制合格解在空间里的数量，来控制平均求解尝试的次数，从而稳定区块产生的速度。

难度的动态调整

参与挖矿的人数增多时，单位时间内尝试的次数会增加，此时难度就会增大，若人数减少，尝试次数变少，难度就会降低，这样能保证产生一个区块所需的时间保持稳定，这情形如同一个天平，会在挖矿人力数量的多少与难度之间找寻平衡，进而让电子币区块稳定地产出。

确定难度值的算法

func CalcDifficulty(config *params.ChainConfig, time uint64, parent *types.Header) *big.Int {
	next := new(big.Int).Add(parent.Number, big1)
	switch {
	case config.IsMetropolis(next):
		return calcDifficultyMetropolis(time, parent)
	case config.IsHomestead(next):
		return calcDifficultyHomestead(time, parent)
	default:
		return calcDifficultyFrontier(time, parent)
	}
}

除了难度概念，还需要借助算法来确定合理的难度值，并且对其进行调整。以太坊有独特的方法。它的代码是开源的。官方用Go语言实现的钱包Geth能够查看源代码。关于难度的代码在特定文件中。这里存在三种计算难度规则。它们对应不同版本。

func calcDifficultyHomestead(time uint64, parent *types.Header) *big.Int {
	// https://github.com/ethereum/EIPs/blob/master/EIPS/eip-2.mediawiki
	// algorithm:
	// diff = (parent_diff +
	//         (parent_diff / 2048 * max(1 - (block_timestamp - parent_timestamp) // 10, -99))
	//        ) + 2^(periodCount - 2)

	bigTime := new(big.Int).SetUint64(time)
	bigParentTime := new(big.Int).Set(parent.Time)
	// holds intermediate values to make the algo easier to read & audit
	x := new(big.Int)
	y := new(big.Int)
	// 1 - (block_timestamp - parent_timestamp) // 10
	x.Sub(bigTime, bigParentTime)
	x.Div(x, big10)
	x.Sub(big1, x)
	// max(1 - (block_timestamp - parent_timestamp) // 10, -99)
	if x.Cmp(bigMinus99) < 0 {
		x.Set(bigMinus99)
	}
	// (parent_diff + parent_diff // 2048 * max(1 - (block_timestamp - parent_timestamp) // 10, -99))
	y.Div(parent.Difficulty, params.DifficultyBoundDivisor)
	x.Mul(y, x)
	x.Add(parent.Difficulty, x)
	// minimum difficulty can ever be (before exponential factor)
	if x.Cmp(params.MinimumDifficulty) < 0 {
		x.Set(params.MinimumDifficulty)
	}
	// for the exponential factor
	periodCount := new(big.Int).Add(parent.Number, big1)
	periodCount.Div(periodCount, expDiffPeriod)
	// the exponential factor, commonly referred to as "the bomb"
	// diff = diff + 2^(periodCount - 2)
	if periodCount.Cmp(big1) > 0 {
		y.Sub(periodCount, big2)
		y.Exp(big2, y, nil)
		x.Add(x, y)
	}
	return x
}