比特币如何在平均 10 分钟内出块？ 支付时代何时到来？

自2008年比特币诞生以来，人们谈论最多的是它作为“数字黄金”的储值功能。

大多数比特币持有者坚信，比特币设计巧妙，总量固定，数量稀少，因此价值会上升，具有很高的收藏价值。

因此，比较主流的观点都认为持有比特币是一种价值信仰。

尤其是在过去十年比特币最疯狂的时候，从1美分涨到近2万美元，价值一路飙升。

虽然现在已经降到 4000 美元左右，但那是原价的很多倍。

再加上2010年成为笑柄的披萨事件，日常交易使用比特币似乎是“杀鸡用牛刀”的浪费范例。

除了持有人的心理价值估计，比特币本身的挖矿难度大，挖矿成本高，交易手续费高，处理速度慢，技术上也让比特币难以用于日常支付。

比特币打包记账一次大约需要10分钟，每个区块1M，所以比特币10分钟内的上限约为4000笔交易，也就是每秒7笔交易。

这个速度可以保证交易频率较小时的运行速度。

然而，从2013年开始，比特币价格不断上涨，用户规模不断扩大，比特币的交易手续费已经达到几十美元，全网仍有数十万笔交易待确认。

这样的交易速度和交易成本对于交易支付来说显然没有竞争力。

但是，只能用于收藏的比特币显然违背了中本聪创造比特币的初衷。

在比特币的白皮书中，明确提到比特币是一种点对点的电子现金系统，是一种电子支付系统。

现在，除了持币收藏，比特币的支付场景目前更多出现在灰黑色的暗网区域。

比特币本身的概念就是建立共识机制，改变整个社会的支付环境。

好吧，很显然，如果仅仅用于收藏，比特币注定只是一小部分人的狂欢，一群技术极客自娱自乐，达到中本聪理想世界的可能性非常大苗条的。

想要比特币和区块链成为真正的共识，就必须不断强化比特币的支付功能，拓展比特币的应用场景。

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什么是难度目标？

比特币系统给矿工带来的问题是让矿工找到符合要求的随机数。

矿工构建区块并确定区块头中的其他 5 个字段。 另一个需要不断试错的变量是随机数。

只有符合要求的随机数才能召唤出“神龙”。 满足要求是指：取整个区块头的哈希值，使哈希值小于或等于难度目标（准确的说是小于目标值Target）。

今天我们主要回答比特币系统的挖矿难度目标是什么，又是如何调整的？

难度目标是比特币系统中的一个参数，它调节挖出一个区块所需的平均时间。 它是区块头中的六个字段之一。

比特币挖矿难度（Difficulty）是衡量挖矿难度的指标。 挖矿难度越大，越难挖出区块。

目标值（Target）与挖矿难度成反比。 难度越高，目标值越小。

难度目标是通过目标值转换得到的，它是一个只有4个字节的字段（为了便于理解，本文将难度目标视为目标值）。

比特币系统通过调整区块头中的难度目标来控制挖出一个区块所需的平均时间。

目标值是一个长度为 256 位的字符串。 换句话说，目标值有大约 2^256 个可能值。

调整难度目标就是调整目标值在整个输出空间中的比例。

例如：采矿就像射击，所有发射的子弹都会落在一个大目标上。

难度目标就是在这个大目标上圈出一个范围。 射程越小，就越难射中。

调整难度目标就是调整这个圆在整个目标上的比例。

挖矿算力增加的越多，单位时间内的射击次数就越多，目标范围内的射击时间就越短。

反之，算力越小，达到目标范围所需的时间就越长。

比特币系统追求的平均出块时间为10分钟。 这时候就需要调整难度目标来实现。

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如何调整难度目标？

比特币系统每2016个区块（约14天）自动调整一次难度目标。

对于所有高度为2016整数倍的区块，系统会自动调整难度目标。

如果在之前的难度目标调整周期（即之前的2016个区块）中，平均出块时间大于10分钟，说明挖矿难度高，需要降低挖矿难度，增加出块时间难度目标（准确的说是目标值）。

相反，在之前的难度目标调整周期中，平均出块时间不到10分钟，说明挖矿难度较低，需要降低难度目标。

根据比特币系统设置，难度目标增减幅度有4倍的上限。

例如：假设上一个难度目标调整周期的2016个区块因为算力激增只用了7天就全部挖完了，通过难度目标调整将难度目标翻倍。

平均出块时间可以维持在10分钟左右，但如果算力飙升，只需要一天时间就可以挖完2016年的第一个区块，那么最低难度目标只能调整到原来的四分之一。

比特币的算力是不断波动的，比特币系统通过难度目标的调整将平均出块时间维持在10分钟左右。

难度目标与挖矿难度成反比，挖矿难度越大比特币区块高度怎么调，难度目标越小。

当区块高度为2016的整数倍时，比特币系统会自动调整区块上的难度目标。

如果上一次难度目标调整周期平均出块时间超过10分钟，则降低挖矿难度，提高难度目标。

反之，增加挖矿难度，降低难度目标。 难度目标上下调整均有4次限制。

比特币每2016个区块（约14天）调整一次挖矿难度，与BCH每区块调整一次（约10分钟）相比有明显滞后。

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比特币的扩容问题

解决方案大致可以分为两派，一派可称为“扩张派”，一派可称为“减压派”。

“扩张主义者”希望通过增加区块大小来扩大区块大小，扩大容量。 一个区块从1M到2M，再到8M，甚至到32M，对比特币链进行扩容。

这种方法直接增加了比特币网络的吞吐量。 这就好比道路越建越宽，越堵越不容易。

但是，这种做法的缺点也很明显。 随着区块规模的不断扩大，需要的算力会越来越高，普通电脑和矿机会逐渐无法支撑运行压力，所以整个比特币的算力会高度集中在矿工身上。

这样一来，矿工很可能依靠自己的算力去中心化权力，这不符合区块链去中心化的核心思想。

要知道，比特币的初衷就是依靠所有节点维护用户之间的最小信任，因为这样可以保证最大可能的权力下放，从而达到最安全的交易模式。

扩大区块大小的做法与比特币的核心思想相矛盾。

因此，这种扩大区块大小的“扩张主义者”在比特币社区并未得到广泛认可，也从未形成完善的共识机制。

新的扩容共识发布后，持不同意见的双方继续各自认为正确的链条，导致比特币出现多次硬分叉。

其中最著名的就是BCH（Bitcoin Cash），它是比特币扩容到8M大区块的硬分叉产物。

在比特币和区块链最虔诚的信徒眼中，BCH更像是矿工的“私生子”，是矿工追求更大私利的产物。

这群信徒提出了一个更符合比特币基本面的解决方案来解决比特币扩容问题，这就是“闪电网络”。

如果“扩建学校”通过扩大原有道路的宽度来解决拥堵问题； 那么“减压派”提出的闪电网络，就是在原有道路的基础上，修建高架道路和立交桥。

闪电网络利用比特币的智能合约，在不修改比特币主链本身的情况下，实现比特币链下的安全交易。

闪电网络是比特币的附加网络层。 只要有交易需要，交易双方随时可以在这个附加层上建立通道，用完就走。

由于这样的交易方式不需要每笔交易都记录在链上，而只需要在最后一笔交易完成后在链上进行广播，因此可以节省大量的交易费用，甚至不收取费用。

并且系统会自动为双方寻找最短的交易路径。 交易双方之间的交易通道，由点到线，由线到网，就像天空中的闪电，时隐时现，闪电网络由此得名。

当然，除了这些明显的优点：速度快、省钱、不需要第三方介入、解压比特币主链等等，闪电网络的缺点也很明显：不够安全。

至少不如在比特币主链上交易安全。 因此，闪电网络更适合的应用场景是小额交易。

从小额支付做起，逐步建立起比特币支付的信用体系，逐步扩大比特币的应用场景，也是一个循序渐进的过程。

“雷电火炬”就在这时候出现了。 从 2019 年 1 月开始，比特币闪电火炬接力在区块链中流行起来。

闪电火炬通过闪电网络中继比特币支付。 每一位新的火炬手将收到前任火炬手收到的比特币，加上10,000聪（比特币的单位，约0.34美元），传递给下一位火炬手。

谁拥有火炬需要选择一个人来传递，接过火炬的火炬手需要继续选择一个人来传递。

目前，闪电接力仍在继续。 截至目前，闪电火炬已传递近200次，途经数十个国家，总金额达到3个比特币以上。 区块链行业的大咖也纷纷参与其中。

这种行为艺术将闪电网络推向了一个高峰，也让更多人了解到比特币信任、克制、利他的精神内核。

在此次闪电接力中，比特币闪电网络的易用性也让更多人思考比特币用于日常支付的可能性。

这个闪电中继，交易量不大，风险系数也低，整个支付速度和传统的中心化支付平台相差无几。

在娱乐圈里，有一个词叫“出圈”，指的是一个偶像的人气在他的固定粉丝圈子里传播开来之后，最终被圈外的更多路人所熟知。

此次闪电火炬传递也可以看作是比特币这颗区块链行业“头号明星”“出圈”的契机。

也是时候让更多的“局外人”接触到比特币了。 比特币巧妙的设计理念，以及其中蕴含的先进的经济政治理念，难道不是像人民币和美元一样值得大家的喜爱吗？ 比特币，在支付系统中，应该有一个名字！

就在几天前，星巴克宣布与bakkt合作，允许顾客用比特币支付，而美国零售巨头Kroge旗下的史密斯连锁店也声称正在考虑使用比特币闪电网络。

或许，比特币“支付时代”的序幕正在拉开。

当然，还有很多问题需要及时解决。 如果比特币开始大量用于日常支付，比特币的流动性将急剧增加，那么，

如何更好地分层比特币存储和支付功能？ 比特币价值和使用价值之间的平衡如何？ 如何调整闪电网络带来的更多小额支付交易与比特币矿工利益减少之间的矛盾？

比特币是否需要增发增发以抵御51算力攻击？ 以及，比特币社区能达成什么样的共识？

总之，比特币仍可能面临一系列“鱼”和“熊掌”的问题，“出圈”注定不可能一帆风顺。

毕竟，如果操之过急比特币区块高度怎么调，很可能会酿成德行不齐的悲剧。 那就让我们一起期待比特币早日拥有“德”与“位”匹配的那一天吧。

结尾

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