序文
QtumはPoSコンセンサスメカニズムを使用し、平均ブロック間隔は128秒です。実際のネットワーク運用状況では、平均ブロック間隔が約144秒であり、ブロック生成時間が大きく変動しています。この問題を解決するために、QIP-9は、平均ブロック間隔を平均128秒に減らし、 nPoWTargetTimespanを増やすことでブロック間隔の変動を大幅に減らす、新しい難易度調整アルゴリズムを提案します。
また、既存のネットワーク全体のコンピューティングパワー推定アルゴリズムの計算結果の分散は大きすぎ、最大40％の変動があり、ユーザーがより正確なネットワーク全体のコンピューティングパワーデータを取得することは困難です。QIP-9は、元のアルゴリズムの分母の値を固定することにより、計算結果の分散を大幅に減らし、推定される採掘歩留まりをより正確にします。
QIP-9難易度調整アルゴリズム
1. Qtum難易度調整アルゴリズム分析
QIP-9難易度調整アルゴリズムの主要な変更点は、[1]と[2]にあります。2つの変更があります。
-
難易度調整アルゴリズムを線形から指数関数に変更します。
-
nPoWTargetTimespanを960から4000に変更します。
UTXOを含むコインの場合、ブロックをマイニングするための条件は
ハッシュ（カーネル）<コイン×THash（カーネル）<コイン×
T
、その中で
T
それが採掘目標です。Qtum難易度調整アルゴリズムの公式の組み合わせ[1]次のブロックマイニングターゲット T n + 1と現在のブロックマイニングターゲット T nの関係 、つまり、マイニング難易度調整アルゴリズムは、次のように簡略化できます。
ハードフォークの前：
ハードフォークの後：
ここで、tn は現在のブロックのブロック間隔です。
α=64⋅（⌊nPoWTargetTimespan/128⌋+ 1）α=64⋅（⌊nPoWTargetTimespan/128⌋+ 1） は調整係数です。現在のブロック間隔が128秒より大きい場合、次のブロックのマイニングターゲットが増加し、難易度が減少してブロック間隔の安定化の効果が得られます。逆も同様です。 α の大きさを変えることで難易度調整の度合いを変えることができ、調整範囲が広いほど採掘難易度の変化が大きくなり、ブロック間隔変動が大きくなります。計算により、ハードフォーク前は α= 512、フォーク後は α= 2048であることがわかります。
ブロックの高さが390,000の時点で、Qtumメインネット上のすべてのPoSブロック間の平均間隔は144.22秒であり、標準偏差は152.95秒です。理想的な状態（ブロック間隔は、期待値128秒の幾何分布に従う）では、ブロック間隔は128秒であり、標準偏差は119.73秒です。実際の運用結果におけるブロック間隔の平均値と標準偏差が設計値よりもはるかに大きいことがわかります。これは、難易度調整アルゴリズムが適切ではなく、パラメーター α= 512が 小さすぎるためです。
2.難易度調整アルゴリズムのQIP-9の変更
難易度調整アルゴリズムの式から、 α の値を増やすとマイニングの難易度の変化が減り、それに応じてブロック間隔の変動も小さくなることを理解することは難しくありません。2つのアルゴリズムが異なる α 値を取り、次のデータが得られる場合、2つのアルゴリズムの平均値、ブロック間隔の標準偏差、および大きな間隔（ブロック時間が10分を超える）のブロック数に及ぼす影響をシミュレーションしました。
QIP-9指数調整アルゴリズムは、さまざまなデータで線形調整アルゴリズムよりもパフォーマンスが優れていることがわかります。平均ブロック間隔データの設計値である128秒に非常に近く、これはその正確さの表れです。上記の表のデータから、 α≥2000の場合 、さまざまなインジケーターの変化が比較的遅く、ブロック間隔の標準偏差と間隔が大きいブロックの割合は、すでに理想値に非常に近いことがわかります。したがって、QIP-9の難易度調整アルゴリズムは妥当です。
QIP-9ネットワーク全体の計算能力の見積もり
1.ネットワーク全体の計算能力推定アルゴリズムの紹介
ネットワーク全体の計算能力は、ネットワーク全体で採掘されたコインの総量として定義されます。ブロックn-については 、D n-はその難易度の値、T n-はそのスペーサーブロック、 Wnは ネットワークオペレーター全体の力です。コンセンサスアルゴリズムによって計算できます。
上記の式の最後の72ブロックの平均をとります。
上記の式は元のネットワーク全体の計算能力推定アルゴリズムであり、平均は推定の円滑な処理と見なすことができます。QIP-9は新しい推定アルゴリズムを提案します：
これは、分母のブロック間隔を設計平均128に置き換えます。以下では、シミュレーションを使用して、2つのアルゴリズムの効果を比較します。
2.ネットワーク全体の計算能力推定アルゴリズムの比較
新しい計算能力と古い計算能力の推定アルゴリズムをそれぞれシミュレーションします。最初の図は、難易度調整アルゴリズムが変更される前のシミュレーション結果を表し、2番目の図は、難易度調整アルゴリズムが変更された後のシミュレーション結果を表します。
調整アルゴリズムが調整する前に困難が見つかる、つまり、 α が小さい、アルゴリズムの2種類の電力推定演算子シミュレーション結果が実質的に同じである、α 全体のネットワークオペレーターの力が小さいQIP-9、元のアルゴリズムの推定値の分散よりも大きくなっている。難易度調整アルゴリズムが変更された場合、つまり αが 大きい場合、新しいネットワーク全体の計算能力推定曲線はより滑らかになり、分散は小さくなります。これは、実際の計算能力の変動が小さい現実的な条件下では、より優れたアルゴリズムです。したがって、ハードフォークの後、QIP-9によって提案されたネットワーク全体のコンピューティングパワー推定アルゴリズムは、元のアルゴリズムよりも優れています。
QIP-9ハードフォークアップグレードの影響
QIP-9がもたらす最も重要な変更は、平均ブロック間隔が144.7秒から128.0秒に短縮され、1日あたりに生成されるブロックの平均数が597から675に大幅に増加したことです。さらに、平均ブロック間隔の減少により、年間の採掘量は13.0％増加し（たとえば、7％→7.91％）、採掘量は大幅に増加しました。
QIP-9によってもたらされるコンセンサスの変更は難易度調整アルゴリズムに限定されているため、lockTimeタイムスタンプを計算するときにチェーン上のトランザクションのみを記録する必要があります。通常のユーザーの場合、通常の使用を確実にするために、時間内にウォレットをアップグレードするだけで済みます。
参照
[1] https://github.com/qtumproject/qtum/blob/733061a2b54d4d50365b07e9b48a9a8d455eadd6/src/pow.cpp#L109-L122
[2] https://github.com/qtumproject/qtum/blob/733061a2b54d4d50365b07e9b48a9a8d455eadd6/src/chainparams.cpp#L96