本文解释了自2016年3月14日Homestead发布以来在以太坊中使用的难度调整算法。下面将详细探讨如何在以太坊中实现平均15秒的出块时间。
概述
在Homestead发布之前，以太坊遇到了区块难度调整的问题：出块时间设置为13秒的中位目标，但平均值却越来越高。
为什么？
矿工们发现他们可以挖掘时间戳比前一个区块（父块）高出一秒的区块，获得比解决其他区块更高的难度，从而使其解决方案优于其他分支。因此，使用这种求解区块的方法符合矿工的经济利益，即使这意味着平均出块时间会增加。
为了解决这个问题，社区提出了一种完全不同的难度调整算法作为EIP 2的一部分。
以太坊改进提案（EIPs）
以太坊改进提案（EIP）等同于以太坊的征求意见稿（RFC）：它们是以太坊生态系统中提议的功能和改进标准。EIP官方网站包含所有EIP及其当前状态。
EIP 2包含四个不同的部分，每个部分对应以太坊的一个问题。第四部分（此处称为EIP2 / 4）是本文的重点：改变以太坊的难度调整算法。
新算法：10-20秒的窗口
block_diff = parent_diff + parent_diff // 2048 * max（1 – （block_timestamp – parent_timestamp）// 10，-99）+ int（2 **（（block.number // 100000） – 2））
注意：//运算符指的是简单除法（例如6 // 2 == 3）
上面的公式可能看起来很复杂，但逻辑可以分解成如下步骤：
如果区块在不到10秒内解决，则增加难度； 如果区块在20秒内解决，则降低难度； 如果区块在10到20秒之间解决，则什么也不做； 在一段长的时间内实现10到20秒的出块时间，从而实现平均15秒的目标。
时间窗口本身就在代码中：
max（1 – （block_timestamp – parent_timestamp）// 10，-99）
用d代表时间差，则用日常数学的方式写出来就是：max（1 – （d / 10）， – 99）。公式中假设d / 10的结果是整数，而不是小数，因此在9秒的情况下，9/10求出的数值为0，而不是0.9。
求出block_timestamp – parent_timestamp的各种输入数值显示了可能的范围：
0-9秒求出max（1 – 0，-99）→max（1，-99）→1 10-20秒求出max（1 – 1，-99）→max（0，-99）→0 20秒以上则可求出直到-99最小界限的数值
将难度调整窗口可视化
观察上方的阶梯式趋势，读者可能会注意到难度增加时每次增加的上限为1，但是难度下降时可以下调的范围很大，有利于以太坊在非常长的出块时间时快速降低难度。
实际上，这就是算法的重点。即使该因子乘以2,048来增加该区块的难度，但是降低难度的速度要快得多。
难度炸弹
到目前为止，我们尚未提出的公式部分是：
int（2 **（（block.number // 100000） – 2））
这是一个“难度炸弹”，每增加10万个区块就会增加难度。同样，由于这是整数数学，如果区块编号为302,000，则求出结果为2 ^（3-2）。
因此，此处的数值仅在100,000个区块的增量上才会改变，随着时间的推移增加难度，而不管区块挖掘之间的时间差异。
由于目标出块时间为15秒，难度炸弹平均每17.36天就会发生一次。
小结
新的EIP 2/4难度算法成功地将以太坊的目标出块时间缩短到15秒或更短。在撰写本文时，实际的区块时间求解平均值为14.05秒。
15秒的目标出块时间是通过建立10-20窗口来实现的（10 + 20）/ 2 = 15。
以太坊的挖矿难度可以快速下降，但短期内的增长的速度却是很慢的。“难度炸弹”保证了挖矿难度在长时间内的增加。
