比特幣:觀點 | 檢查區塊Nonce分布追蹤挖礦設備的變化

作者:?CoinMetricsTomBrand,UriKolodny&?AvihuLevy

翻譯&校對:?閔敏?&阿劍

來源：以太坊愛好者

編者注：原標題為《觀點|用Nonce分布追蹤挖礦設備的變化》

ASIC引起巨大的爭議

自比特幣誕生初期開始，社區就一直在討論是否要與日益強大的挖礦硬件作斗爭。

剛開始的時候，用CPU來參與比特幣挖礦還能賺到錢。在這種情況下，幾乎每個人都有機會參與到比特幣挖礦中，因為不需要使用定制的計算機硬件。

久而久之，一些礦工為了在挖礦競賽中獲得優勢，開始使用越來越強大的硬件。后來，礦工開始使用GPU，即，更加強大的“圖形處理單元”。GPU通常用于游戲和3D渲染，不過也可用于很多一般用途。雖然GPU在價格上比CPU貴得多，但是也在普通人的經濟能力范圍內。

之后又出現了ASIC。ASIC是“application-specificintegratedcircuit”的首字母縮寫。它是一種專用型挖礦硬件，經過優化以適應特定的挖礦哈希算法。這些挖礦用的ASIC是為數字貨幣挖礦專門設計的，只能用來挖數字貨幣。在純哈希算力方面，它比GPU強大得多。

ASIC改變了挖礦的經濟形態。簡言之，那些生產新型ASIC礦機的公司在整個挖礦行業占據了很大優勢，因為這些公司在算力上占據優勢，而且控制著市場上新發布的ASIC礦機的供應。由于生產一款新的ASIC硬件需要在前期投入巨額資本，只有少部分人能夠加入這行。大礦工可以享受規模經濟帶來的額外效益，普通礦工很難與之競爭。

觀點：若PayPal穩定幣希望與USDC充分競爭，需要在加密交易所上線:8月7日消息，Enclave Markets首席執行官David Wells表示，PayPal宣布推出穩定幣PYUSD，目前尚不清楚其對USDC有何直接影響。據悉，DavidWells曾在2017年至2020年為Paxos工作，擔任USDP和BUSD的產品負責人。Wells表示，PYUSD和USDC可能會爭奪類似的客戶群，這些客戶群更喜歡使用美國境內受監管的穩定幣，而不是離岸穩定幣。但PYUSD要想與USDC充分競爭，就需要在加密交易所上線。Wells認為，“目前還不清楚PYUSD何時/是否會在大型交易所上線，所以它可能會專注于跨平臺支付用例。長期來看，PYUSD也可能在加密交易市場份額上與USDC競爭，有可能在DeFi市場上競爭。”加密研究公司K33副總裁AndersHelseth對此表示贊同，“我認為短期內的一個重要因素是是否有交易所采用PayPal的穩定幣。”[2023/8/8 21:30:38]

因此，已經有很多項目在嘗試與ASIC對抗了。尤其是在2018年年初，比特大陸等礦機生產商宣布正在開發一款專挖門羅幣的ASIC之時，項目方實行硬分叉來抵御ASIC，盡可能確保挖礦活動的去中心化。自此以后，項目方又進行了幾次硬分叉，努力走在ASIC前面，以此阻礙ASIC的進一步開發。

以太坊自誕生以來，也在不斷與ASIC作斗爭，然而ASIC生產商現在正在努力追趕中。結果，以太坊社區內有很多人都在支持ProgPow實現?。ProgPow是對Ethash算法的修改版，可以幫助以太坊抵御ASIC。

觀點：NFT讓游戲玩家擁有數字產權成為可能:Animoca Brands董事長兼聯合創始人Yat Siu發博文表示，大多數傳統游戲的資產并不真正歸玩家所有，花費數萬美元積累的資產可能在瞬間被抹去，沒有追索權，這凸顯了游戲中缺乏公平的數字產權。到目前為止，玩家對數字產權的思考還不是很深入，但由于區塊鏈游戲的數量越來越多，很快就會出現一場革命，游戲玩家將開始要求他們的產權。

NFT作為游戲資產使我們擁有游戲中數字產權的方式，在區塊鏈的支持下，NFT授予所有者財產權并使數字資產擁有獨立于平臺的真正的價值。世界正朝著更加去中心化和公平的全球互聯網發展。這是由區塊鏈技術作為透明和不變的問責基礎設施支撐的，并由獎勵帶來、建立和維護其價值的社區的激勵模型推動。新的數字經濟將重新平衡資金和權力的流動，減少中介對虛擬世界的影響。區塊鏈賦予的數字所有權將使元宇宙能夠發揮其作為社區所有和社區治理的真正潛力。（Cointelegraph）[2021/7/5 0:26:53]

盡管這些項目在堅持不懈地抵御ASIC，但是很難保證不被ASIC追上。在利益的驅使下，大礦工都在積極開發ASIC，因為在抗ASIC的區塊鏈上，專用型挖礦硬件會帶給他們比小礦工更大的優勢。這就意味著，ASIC礦工和區塊鏈開發者之間永遠在玩貓捉老鼠的游戲。

走近Nonce

令人激動的是，檢查區塊nonce分布可以了解在特定區塊鏈上ASIC挖礦的興起情況，以及后續的抵御措施所產生的影響。

PoW挖礦就是反復對一個區塊的區塊頭進行哈希計算，直到算出的哈希值小于協議定義的目標值為止。具體來說，就是將區塊頭作為一個輸入值，然后代入某個密碼學哈希算法進行計算，例如，比特幣采用的是安全哈希算法256，而且是連續執行兩次。

觀點：對比特幣的普遍看跌情緒是一個底部指標:1月27日消息，加密策略師Smart Contracter表示，比特幣即將重新開啟牛市漲勢。隨著買家繼續維持3萬美元的支撐水平，比特幣將開始升溫。他還補充稱，對比特幣的普遍看跌情緒是一個底部指標。（The Daily Hodl）[2021/1/27 21:47:12]

為確保每一次進行哈希計算時都會得到一個不同的哈希值，同時又不需要重新創建一個區塊頭，區塊頭為礦工提供了一個特殊的字段：nonce。nonce是一個可由礦工任意修改的數值，以便不斷更改區塊頭來進行哈希計算，直至找到一個低于目標值的哈希值為止。nonce是一個數字，其范圍可以從0到由各協議設置的上限。

從理論上來說，根據任何nonce算出有效哈希值的概率都是一樣大的，因此可以認為nonce是經隨機選擇，并均勻分布的。然而，對許多區塊鏈的數據分析表明，真正符合這一預期的區塊鏈非常少。對此的解釋有很多種，但是，因為nonce分布上的變化往往可以跟新礦機聯系在一起，這表明不同的挖礦硬件往往會有不同的nonce挑選策略。

關于比特幣區塊鏈的nonce分布模式，似乎最早是推特用戶@100TrillionUSD在2019年1月初發現不對的。進一步的分析表明，門羅、以太坊和萊特幣等區塊鏈的nonce分布模式也存在一些奇怪之處。

比特幣

觀點：香港證監會高度關注消費者保護，虛擬資產監管并未放寬:OSL首席執行官Wayne Trench在一次采訪中表示：“我認為（包括香港地區在內的亞洲）監管方面的進展比北美要重要得多。監管者已經走在了前面，試圖接受這項運動和技術。西方可能稍微落后，他們有更多的不確定性，這真的讓傳統機構很難參與進來。”但這并不是說香港在虛擬資產方面實施了寬松的監管。BC科技集團首席執行官Hugh Madden表示，情況恰恰相反：“香港證監會（SFC）行事非常謹慎，高度關注消費者保護。果你看一下證監會牌照框架的細節，就會發現它非常具體。他們規定了強制性保險，以特定比例的冷熱儲存來保護消費者。如果再加上控制水平、資本和企業規模，就會面臨相當大的障礙。”

此前消息，BC科技集團宣布就其OSL平臺于香港虛擬資產監管架下營運第1類（證券交易）及第7類（自動化交易服務）受規管活動的牌照申請，已獲香港證券及期貨監察委員會(SFC)發出原則上批準通知書。當OSL滿足最終批核所需的條件，該牌照將允許OSL為數字資產(包括證券型代幣)提供經紀和自動化交易服務。此牌照是根據香港證監會于2019年11月為數字資產交易平臺而設立的監管框架而設立。（CoinDesk）[2020/8/27]

比特幣的nonce分布模式是最著名的。在早期發展階段，比特幣采用了一種常見的模式：很多nonce都接近于0。這種分布對應的策略很簡單，就是來通過不斷增加nonce來計算哈希值。因為在早期的時候，比特幣區塊鏈上的算力很低，挖礦都是用的CPU，通常在遍歷所有可能的nonce值之前就能算出一個有效的哈希值。SergioLerner據此事實對確定中本聰的比特幣歸屬作了最為嚴肅的嘗試?。

觀點：加密公司或希望加強合規程度以求長遠發展:身份驗證提供商Trulioo副總裁Anatoly Kvitnitsky表示，驗證文件、遵守反洗錢（AML）和了解客戶（KYC）合規程度，可能是很多加密公司的區別所在。由于加密技術跨越了很多邊界，而想在該領域做出成績的話，一些加密公司可能會希望能采取措施符合監管要求。與此同時，如果加密公司真的想與監管機構合作，將看到更主流的合規方式。(Cointelegraph)[2020/7/20]

在引入了GPU之后，nonce字段看似是隨機的。但是在大約400000的區塊高度上，莫名出現了一種新的模式，形成了幾條很細的nonce值分布帶，這些都是礦工選擇頻率較低的nonce值。

BitMEX研究撰文詳細描述了該模式，但是沒有找到清晰的解釋。

來看一下比特幣區塊nonce的直方圖，明顯可以看出在新的模式下，nonce值出現了幾個低谷。

-紅線代表了均勻分布的nonce值情況-

想要更細粒度的分析可以仔細看看bit的分布情況。比特幣中的nonce字段是由4個字節或者說32個bit組成的。對每個長度為32比特的nonce的平均值進行分析之后，會發現一些很有趣的現象：

-顏色越深的地方代表nonce中的數位被設置成1而非0的頻率越高，X軸表示區塊高度-

在比特幣剛誕生的時候，較高的數位通常被設置成0，因為礦工的nonce選擇策略就是簡單地增加nonce值。較低的數位似乎一直遵循某種模式，但是直到最近才發現較低數位的模式發生了變化。

門羅

適合進行nonce分析的最有趣的資產之一就是門羅。它也是被分析得最多的一種資產，有很多文章和工具都對其進行了分析。

門羅每6個月就會進行一次硬分叉升級，在過去的幾次升級中還對PoW算法進行了一些調整，從而抵御專用型挖礦硬件。第一次硬分叉引發了爭議，因為它分叉出了好幾個項目/資產。

因此，我們可以研究這些變化對nonce分布的影響。

乍一看，我們可以注意到幾個有趣的現象。不過當我們在上圖的基礎上疊加網絡難度值和硬分叉時間表的時候，就會發現更有趣的東西。

-紅線代表了硬分叉的時間，而黑線代表了網絡難度值-

我們可以看到，所有三次PoW升級都造成了難度值降低，其中還有兩次改變了原先的nonce分布模式。有趣的是，通常都是在網絡難度值驟增的情況下，才引入了新的nonce模式。

在網絡難度值發生了改變，并且通過硬分叉對PoW機制進行調整之后，我們可以從nonce分布模式的變化中觀察到，第一次分叉有效地抵御了第一代礦機。此外，我們還可以看到，一些礦工在第二次分叉之后迅速帶著第二代礦機卷土重來，卻在第三次分叉中折戟沉沙。

以太坊

乍一看，以太坊的nonce分布幾乎沒有顯示出任何奇怪之處。

再看得仔細一點，我們可以看到在區塊高度7,000,000之后，nonce分布圖的底部有一些深色的水平線。如果你放大看的話，你就會看到從區塊高度2,000,000開始到4,000,000之間，nonce分布圖的底部有一些斜線。這些線很有可能是由簡單的nonce選擇策略導致的：在反復進行哈希運算的過程中，nonce是從0開始向上遞增的。

根據區塊nonce分布直方圖所示，較低的nonce值在一段時間內占據了優勢：

但是，仔細觀察一下nonce中每個數位的平均值隨時間變化的情況，會注意到一個很有趣的情況

-顏色越深的地方代表nonce中的數位被設置成1而非0的頻率越高，X軸代表了區塊高度-

大概從第1380000個區塊開始，nonce的中間數位被設置成0的頻率遠高于其他數位。久而久之，其他數位的隨機性也下降了。有趣的是，粗略看一下整體的nonce分布情況或直方圖，并不能發現這種模式，因為調整中間數位對nonce直方圖的影響并不明顯。

有趣的是，ETC的nonce數位分布也顯示出了相同的模式。

-顏色越深的地方代表nonce中的數位被設置成1而非0的頻率越高，X軸代表了區塊高度-

從位于上圖頂部的白色垂直條畫帶可以看出，一些礦工慣于從0開始增加nonce。

比特大陸于2018年4月宣布公開發布了第一款EthashASIC礦機，并表示將于2018年7月中旬交付第一批產品。將這兩個日期在上圖中標注出來后，我們會發現很有意思的東西：

-紅色虛線：E3礦機官宣時間；紅色實線：首批E3礦機交付時間-

乍看之下，在螞蟻礦機E3官宣之時，以太坊和以太坊經典區塊nonce中第41位的平均值都下降了。只關注這個數位的話，nonce分布模式就會更加明顯：

-紅色虛線：E3礦機官宣時間；紅色實線：首批E3礦機交付時間-

在2018年3月中旬之前，第41位的平均值在0.5上下。但是，在以太坊和以太坊經典這兩條鏈上，第41位被設置成0的頻率越來越高，而且都是以相同的速度。在礦機按計劃首次交付之時，平均值急劇下降，但這僅發生在以太坊區塊鏈上。在以太坊和以太坊經典區塊鏈上，第41位的平均值在2018年6月中旬就已經下降了，之后只在以太坊區塊鏈上進一步下降。

-紅色虛線：E3礦機官宣時間；紅色實線：首批E3礦機交付時間-

來看一下當時排名前5的以太坊礦池，第41位的平均值均開始下降，但是自7月16日首批E3礦機交付之日起，中國的兩家礦池SparkPool和F2Pool挖出的區塊內，nonce第41位的平均值進一步下降了。

斗爭不止

隨著ProgPow算法的逼近，再加上門羅團隊還在堅持不懈地通過硬分叉來抵御ASIC，這場與專用硬件之間的戰爭可能還會持續下去。隨著戰爭的持續，我們會密切關注下去，并且繼續從nonce中尋找蛛絲馬跡。

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