BTC 挖矿细节分析

记录原因

        前两天参加了一个区块链的技术分享会，是一个大学的老师讲解区块链，将区块链的前因后果娓娓道来。虽然前面的区块链的数据结构之类的我都听过，但后续讲解了BTC的挖矿细节，这些都是我之前未曾仔细琢磨的，以及及web3、DAO、DeFi等一些新的进展，让我耳目一些。         这里先把BTC的挖矿细节整理下。

BTC 挖矿

        随便搜搜，就能发现很多文章介绍BTC挖矿大约10分钟一个块，而ETH大约13秒出一个块。而BTC保持每2016个区块后就会调整一下挖矿的难度系数，折算下( 2016 * 10分钟) / (24 * 60分钟) = 14 天，所以基本是2周左右就要调整一次。

挖矿的过程

        挖矿难度是根据 block header 的哈希调整的，如下图所示：

• block header 中包括前一个区块的hash、BTC 的版本信息、时间戳 timestamp、当前的挖矿难度、可随机调整的 Nonce 值、以及当前区块所包含交易的 Merkle root 。
• 将 block header 进行 SHA-256 哈希之后，如果其 hash 的结果满足前面 n 位为0，后续（256-n）位的值小于等于指定的挖矿难度，就确认已经挖到区块了。
• 如果不满足，需要调整 Nonce 值，但 Nonce 值只有 4Bytes (32 bit)，调整范围有限，如果不满足，也可以调整调整 CoinBase中的 nonce 以修改 Merkle root

CoinBase 与 Merkle Tree

        Merkle Tree 的结构如下：

其中 CoinBase 是作为 Tree 底层的第一个交易：

• CoinBase 的数据长度最小是 2 个byte，最大是 100 bytes;
• 除了最开始的几个字节之外，后续的字节可以随意填充，可以看作是 Nonce 值；
• CoinBase 的 nonce 值的变动，会导致 Merkle root 的变动，进而影响到整个 block header 的哈希值。