ETH-难度调整-20

概述：

• 前⽂介绍了⽐特币每隔2016个区块调整难度，从⽽达到维持出块时间10min的⽬标。以太坊与之不同，每个区块都有可能会进⾏难度调整。以太坊难度调整较为复杂，存在多个版本，⽹络上存在诸多不⼀致，这⾥遵循以代码逻辑为准的原则，从代码中查看以太坊难度调整算法
• 区块难度D(H)：
  • 
  • D(H)为本区块的难度，由基础部分和难度炸弹部分相加得到
  • P(H)为⽗区块的难度，每个区块的难度都在⽗区块难度的基础上进⾏调整
  • ⽤于⾃适应调节出块难度，维持稳定的出块速度
    • 
  • x是调整的单位，西格玛是调整的系数
  • y和⽗区块的uncle数有关
    • 如果⽗区块中包括了uncle，则y为2，否则为1
    • ⽗块包含uncle时难度会⼤⼀个单位，因为包含uncle时新发⾏的货币量⼤，需要适当提⾼难度以保持货币发⾏量稳定
  • 难度降低的上届设置为-99，主要是应对被⿊客攻击或其它⽬前想不到的⿊天鹅事件
  • Hs为本区块的时间戳，P(H)hs为⽗区块的时间戳，均以秒为单位，并规定Hs>P(H)hs
    • 此部分是稳定出块速度的最重要部分：出块时间过短则调⼤难度，出块时间过⻓则调⼩难度
  • 基础部分有下界，为最⼩值D0=131072
• 炸弹部分epsilon：
  • 根据以上以太坊难度调整算法可以看到，该算法可以很好地动态调整挖矿难度，从⽽保障系统整体出块时间维持在15s左右
  • 然⽽，以太坊在设计之初就计划要逐步从POW（⼯作量证明）转向POS（权益证明），⽽权益证明不需要挖矿，这种转变需要硬分叉实现
  • 以太坊本身为⼀个分布式系统，其转⼊POS必须经过系统中⼤多数矿⼯认可才⾏，如果届时矿⼯联合起来抗议转⼊POS，那么这⼀设计初衷就失效了
  • 设置难度炸弹的原因是要降低迁移到POS协议时发⽣分叉的⻛险，因为到时挖矿难度⾮常⼤，所以矿⼯有意愿迁移到POS协议
• 具体代码实现，源码在/go-ethereum/consensus/ethash/consensus.go：

  // calcDifficultyByzantium is the difficulty adjustment algorithm. It returns
  // the difficulty that a new block should have when created at time given the
  // parent block's time and difficulty. The calculation uses the Byzantium rules.
  func calcDifficultyByzantium(time uint64, parent *types.Header) *big.Int {
      // https://github.com/ethereum/EIPs/issues/100.
      // algorithm:
      // diff = (parent diff +
      //         (parent diff. / 2048.*
      //            max((2 if len(parent.uncles) else 1) - ((timestamp - parent.timestamp) //-9), -99))
      //        ) + 2^(periodCount - 2)
      bigTime := new(big.Int).SetUint64(time)
      bigParentTime := new(big.Int).Set(parent.Time)
      x := new(big.Int)
      y := new(big.Int)
      
      // (2 if len (parent uncles) else 1) - (timestamp - parent timestamp) // 9
      x.Sub(bigTime, bigParentTime)
      x.Div(x, big9)
      if parent.UncleHash == types.EmptyUncleHash {
          x.Sub(bigl, X)
      } else {
          x.Sub(big2, X)
      }
      // max((2 if len (parent uncles) else 1) - (timestamp-parent_timestamp)//-9,-99)
      if x.Cmp(bigMinus99) < 0 {
          x.Set(bigMinus99)
      }
      // parent_diff + (parent_diff / 2048 *
      //  max ((2 if len(parent.uncles) else 1) - ((timestamp - parent.timestamp) // 9), -99))
      // DifficultyBoundDivisor = big.NewInt(131072)
      y.Div(parent.Difficulty, params.DifficultyBoundDivisor)
      x.Mul(y, X)
      x.Add(parent.Difficulty, x)
      // minimum difficulty can ever be (before exponential factor)
      // MinimumDifficulty = big.NewInt(131072)
      if x.Cmp(params.MinimumDifficulty) < 0 {
          x.Set(params.MinimumDifficulty)
      }
  }
  
  // 难度炸弹的计算
  // calculate a fake block number for the ice-age delay:
  //   https://github.com/ethereum/EIPs/pull/669
  //   fake_block_number = min(0, block.number - 3,000,000
  fakeBlockNumber := new(big.Int)
  if parent.Number.Cmp(big2999999) >= 0 {
      fakeBlockNumber = fakeBlockNumber.Sub(parent.Number, big2999999)
  }
  // for the exponential factor
  periodCount := fakeBlockNumber
  // expDiffPeriod = big.NewInt(100000)
  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)
  }
  

以太坊发展：

1. Frontier
2. Homestead
3. Metropolis，分为2个⼦阶段：
   1. Byzantium：难度炸弹回调发⽣在这⼀阶段，在EIP (Ethereum Improvement Proposal)中决定
   2. Constantinople
4. Serenity