我们看到的区块难度值公式使用了一个长达10s的阈值，以确保挖出父区块和子区块的时间差在10s和20s之间。但为什么是10～20s，而非其他数值呢？为什么时间差是恒定的，而非难度值是恒定的？

假设有一个恒定的难度值，矿工只需要发现一个随机数使得区块的哈希小于等于该难度值即可。假设该难度值大，且在此情况 下，用户又无法估算用户间发送以太币的时间延迟。如果网络算力不足，计算随机数需要较长时间，那么用户需要等待很长时间来确定交易。有时网络算力充足，可 能很幸运，很快就发现了随机数，用户交易确认就比较快。这类系统延迟不确定的特点自然很难受到用户青睐，因为用户总想知道需要多长时间完成交易，就像我们 从一个银行账户向另一个银行账户汇款，银行会告诉我们在多长时间之内会完成汇款。如果设定的难度值小，它将影响区块链的安全，因为大矿工可以比小矿工更快 挖出区块，网络中最大的矿工就会拥有控制DApp的能力。不可能发现一个可以使网络稳定的恒定难度值，因为网络算力并非恒定值。

现在我们知道了，为什么总是需要有一个相对稳定的生成区块的平均时间（即区块时间）。问题是最合适的平均时间是多长。 它可以短至1s，长至几乎无限多秒。降低难度值可以使平均时间较短，反之增加难度值可以使平均时间较长。但是，平均时间的长短各有什么优缺点呢？在讨论之 前，首先需要知道无效无效块（stale block）是什么。

如果两个矿工用几乎相同的时间挖下一个区块，会发生什么呢？两个区块肯定都是合法的，但是区块链不能包含区块序号相同 的两个区块，而且两个矿工都得不到回报。尽管这是个常见问题，解决方法却很简单，最后难度值较高的区块链将被网络接受。所以最后被忽略的合法区块叫作无效 无效块。

网络中生成的无效无效块总数与生成新区块所需的平均时间成反比。更短的区块生成时间意味着新挖出来的区块向整个网络广 播的时间更短，矿工发现问题解决办法的概率更大，所以当区块向整个网络广播时，其他一些矿工可能也解决了问题并进行了广播，由此产生了无效块。但是如果生 成区块的平均时间长一点，多个矿工能解决问题的概率就小一点，而且即使它们都解决了问题，也很可能存在时间差，在这个时间差里，第一个被解决的区块就可以 进行广播，另一个矿工就可以停止挖那个区块并继续挖下一个区块。如果无效块在网络中经常出现，就会出现大问题；如果仅是偶尔出现，就对网络没有损害。

但是无效块有什么问题呢？它们延迟了交易确认。当两个矿工几乎同时挖一个区块时，它们可能有不同的交易，因此如果交易出现在其中，就不能说交易已经确认了，因为交易中出现的区块可能是无效块。我们应该等待再挖出几个区块。无效块导致平均确认时间不等于生成区块的平均时间。

无效块会影响区块链安全吗？答案是肯定的。我们知道网络安全由网络中矿工的全部算力衡量。当算力增长时，难度值也要增 加，以确保区块不是在平均时间之前生成的。所以更高的难度值意味着更安全的区块链——节点想篡改区块链将需要更多算力，使篡改区块链更困难，因此区块链被 认为是更安全的。当几乎同时挖出两个区块时，我们将把网络分成两部分，在两个不同的区块链上工作，但是其中一个将成为最终区块链。所以在无效块上工作的网 络是在无效块上挖下一个区块，结果是网络算力损失，因为算力用在了没有用的事情上。网络的两个部分很可能用比平均时间更长的时间去挖下一个区块，因为它们 损失了算力。所以，在挖出下一个区块之后，难度值将降低，原因是用于挖区块的时间比平均时间更长。难度值降低会影响整体区块链安全。如果无效块率太高，将 在很大程度上影响区块链安全。

以太坊用ghost协议解决无效块带来的安全问题。以太坊使用这个真实ghost协议的一个修正版本。ghost协议 仅仅把无效块添加到母链上，掩盖了安全问题，由此增加了区块链的整体难度值，因为区块链的整体难度值还包括无效块的难度值之和。但是如何才能在不产生交易 冲突的情况下把无效块添加到母链中呢？事实上，任何区块链都可以接纳零个或者多个无效块。为了激励矿工接纳无效块，矿工接纳无效块将得到回报。此外，发现 无效块的矿工也将得到回报。无效块中的交易不用于计算确认，无效块矿工也不向无效块接纳的交易收取交易费。注意，在以太坊中，无效块称为“叔块 （uncle block）”。

矿工接纳无效块得到的回报计算公式如下。其余回报归侄块（nephew block），即包含孤块（orphan block）的区块：

你肯定在奇怪为什么要给无效块矿工回报。即便不给它们任何回报，也不会影响安全。这是因为无效块经常出现在网络中会导 致另一个问题，而这个问题可以通过给无效块矿工回报解决。矿工应当得到一定比例的回报，大致相当于它为网络贡献的算力比例。如果两个不同的矿工几乎同时挖 出一个区块，则算力比较大的矿工挖出的区块更有可能被添加到最终区块链中，因为该矿工挖下一个区块的效率会比较高，所以小矿工将失去回报。如果无效块比例 低，就不是大问题，因为大矿工增加回报的概率不大。但是，如果无效块比例高，就会产生大问题，也就是说，大矿工在网络中最终将得到比它应得的更多的回报。 ghost协议通过回报无效块矿工找到平衡。由于大矿工不拿走全部回报，但是仍比它们应得的多，我们不能对无效块矿工和侄块给予同等回报，而是给得少一 点。前面的公式很好地解决了问题。

ghost协议会限制一个侄块可以指向的无效块总数，这样矿工不会只挖无效块并使区块链生成速度变慢。

所以一旦无效块出现在网络中，它会或多或少地影响网络。无效块出现得越频繁，网络受到的影响越大。

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