观点 | 检查区块Nonce分布追踪挖矿设备的变化

作者:?CoinMetricsTomBrand,UriKolodny&?AvihuLevy

翻译&校对:?闵敏?&阿剑

来源:以太坊爱好者

编者注:原标题为《观点|用Nonce分布追踪挖矿设备的变化》

ASIC引起巨大的争议

自比特币诞生初期开始,社区就一直在讨论是否要与日益强大的挖矿硬件作斗争。

刚开始的时候,用CPU来参与比特币挖矿还能赚到钱。在这种情况下,几乎每个人都有机会参与到比特币挖矿中,因为不需要使用定制的计算机硬件。

久而久之,一些矿工为了在挖矿竞赛中获得优势,开始使用越来越强大的硬件。后来,矿工开始使用GPU,即,更加强大的“图形处理单元”。GPU通常用于游戏和3D渲染,不过也可用于很多一般用途。虽然GPU在价格上比CPU贵得多,但是也在普通人的经济能力范围内。

之后又出现了ASIC。ASIC是“application-specificintegratedcircuit”的首字母缩写。它是一种专用型挖矿硬件,经过优化以适应特定的挖矿哈希算法。这些挖矿用的ASIC是为数字货币挖矿专门设计的,只能用来挖数字货币。在纯哈希算力方面,它比GPU强大得多。

ASIC改变了挖矿的经济形态。简言之,那些生产新型ASIC矿机的公司在整个挖矿行业占据了很大优势,因为这些公司在算力上占据优势,而且控制着市场上新发布的ASIC矿机的供应。由于生产一款新的ASIC硬件需要在前期投入巨额资本,只有少部分人能够加入这行。大矿工可以享受规模经济带来的额外效益,普通矿工很难与之竞争。

因此,已经有很多项目在尝试与ASIC对抗了。尤其是在2018年年初,比特大陆等矿机生产商宣布正在开发一款专挖门罗币的ASIC之时,项目方实行硬分叉来抵御ASIC,尽可能确保挖矿活动的去中心化。自此以后,项目方又进行了几次硬分叉,努力走在ASIC前面,以此阻碍ASIC的进一步开发。

观点:Web3需要无缝的用户体验和基础设施来推动采用:金色财经报道,Blockdaemon预测,Web3的未来将建立在无缝用户体验的基础上:无缝使用、无缝货币化和无缝治理。任何Web3项目的成功都取决于其向所有用户(包括区块链行业内的开发人员和企业)提供这种无缝体验的能力。

我们相信基于区块链的解决方案是数字基础设施的未来。然而,为了让它们起飞,我们需要确保高质量的用户体验。这意味着用户和开发人员都需要一种简单的方法来访问Web3基础架构和构建在其之上的应用程序。[2022/12/18 21:51:42]

以太坊自诞生以来,也在不断与ASIC作斗争,然而ASIC生产商现在正在努力追赶中。结果,以太坊社区内有很多人都在支持ProgPow实现?。ProgPow是对Ethash算法的修改版,可以帮助以太坊抵御ASIC。

尽管这些项目在坚持不懈地抵御ASIC,但是很难保证不被ASIC追上。在利益的驱使下,大矿工都在积极开发ASIC,因为在抗ASIC的区块链上,专用型挖矿硬件会带给他们比小矿工更大的优势。这就意味着,ASIC矿工和区块链开发者之间永远在玩猫捉老鼠的游戏。

走近Nonce

令人激动的是,检查区块nonce分布可以了解在特定区块链上ASIC挖矿的兴起情况,以及后续的抵御措施所产生的影响。

PoW挖矿就是反复对一个区块的区块头进行哈希计算,直到算出的哈希值小于协议定义的目标值为止。具体来说,就是将区块头作为一个输入值,然后代入某个密码学哈希算法进行计算,例如,比特币采用的是安全哈希算法256,而且是连续执行两次。

为确保每一次进行哈希计算时都会得到一个不同的哈希值,同时又不需要重新创建一个区块头,区块头为矿工提供了一个特殊的字段:nonce。nonce是一个可由矿工任意修改的数值,以便不断更改区块头来进行哈希计算,直至找到一个低于目标值的哈希值为止。nonce是一个数字,其范围可以从0到由各协议设置的上限。

观点:FTX破产不会蔓延到其他金融市场:金色财经报道,花旗分析师Joseph Ayoub表示,FTX破产不太可能蔓延到更广泛的金融市场,主要是因为加密市场规模只有8300亿美元左右,与43万亿美元的美国股市相比较小。

Joseph Ayoub补充称,其他加密货币交易平台可能会利用FTX倒闭抢占市场份额,但与2008年金融危机不同,加密行业没有中央银行救助,因此可能需要加密货币市场内部花很长时间才能解决。(Business Insider)[2022/11/14 13:00:14]

从理论上来说,根据任何nonce算出有效哈希值的概率都是一样大的,因此可以认为nonce是经随机选择,并均匀分布的。然而,对许多区块链的数据分析表明,真正符合这一预期的区块链非常少。对此的解释有很多种,但是,因为nonce分布上的变化往往可以跟新矿机联系在一起,这表明不同的挖矿硬件往往会有不同的nonce挑选策略。

关于比特币区块链的nonce分布模式,似乎最早是推特用户/img/20230516000347481804/0.jpg "/>

比特币的nonce分布模式是最著名的。在早期发展阶段,比特币采用了一种常见的模式:很多nonce都接近于0。这种分布对应的策略很简单,就是来通过不断增加nonce来计算哈希值。因为在早期的时候,比特币区块链上的算力很低,挖矿都是用的CPU,通常在遍历所有可能的nonce值之前就能算出一个有效的哈希值。SergioLerner据此事实对确定中本聪的比特币归属作了最为严肃的尝试?。

观点:ETH 2.0第0阶段的推出不太可能出现重大延误:11月5日消息,业内专业人士表示,ETH 2.0第0阶段的推出不太可能出现重大延误,但是要像目前用户使用ETH 1.0那样使用ETH 2.0还有很长的路要走。区块链安全审计公司Quantstamp首席执行官Richard Ma表示,与此同时,Richard Ma称,包括专门为测试信标链起源而创建的两个测试网在内,有很多社区测试网。以及官方为在客户端中发现问题的个人支付大量奖金。与此同时,Staked首席执行官Tim Ogilvie表示,在过去一年多的时间里,测试网已经解决了数百个甚至数千个bug,可能还会存在其他错误,但大多数都是次要的。(Decrypt)[2020/11/5 11:41:24]

在引入了GPU之后,nonce字段看似是随机的。但是在大约400000的区块高度上,莫名出现了一种新的模式,形成了几条很细的nonce值分布带,这些都是矿工选择频率较低的nonce值。

BitMEX研究撰文详细描述了该模式,但是没有找到清晰的解释。

来看一下比特币区块nonce的直方图,明显可以看出在新的模式下,nonce值出现了几个低谷。

-红线代表了均匀分布的nonce值情况-

想要更细粒度的分析可以仔细看看bit的分布情况。比特币中的nonce字段是由4个字节或者说32个bit组成的。对每个长度为32比特的nonce的平均值进行分析之后,会发现一些很有趣的现象:

声音 | 观点:区块链有望引领科技板块反攻:联讯证券认为区块链有望引领科技板块反攻。科技主线有望回归最强音,带领大盘继续反攻。科创板的出台、重组新规的发布等金融改革将丰富科技公司的融资渠道,5G、区块链、人工智能等新兴产业政策预计也将持续推进落地。在顶层重大信号的释放下,新的技术周期将逐步崛起,建议关注A股市场区块链、数字货币、5G、物联网等相关概念股。

渤海证券表示,配置方面,本周进入到三季报发布的最后阶段,短期仍需业绩层面的防雷。题材方面,未来将加速推动区块链技术和产业创新发展,预计A股相关题材个股将迎来短期炒作过程,资金特性在这一阶段将更为主导。而中期来看,5G之后科技板块缺乏进一步的市场热点,区块链政策的到来或将成为科技板块整体预期抬升的又一关键,建议投资者持续关注其发展。(第一财经)[2019/10/28]

-颜色越深的地方代表nonce中的数位被设置成1而非0的频率越高,X轴表示区块高度-

在比特币刚诞生的时候,较高的数位通常被设置成0,因为矿工的nonce选择策略就是简单地增加nonce值。较低的数位似乎一直遵循某种模式,但是直到最近才发现较低数位的模式发生了变化。

门罗

适合进行nonce分析的最有趣的资产之一就是门罗。它也是被分析得最多的一种资产,有很多文章和工具都对其进行了分析。

门罗每6个月就会进行一次硬分叉升级,在过去的几次升级中还对PoW算法进行了一些调整,从而抵御专用型挖矿硬件。第一次硬分叉引发了争议,因为它分叉出了好几个项目/资产。

声音 | 观点:未来五年加密市值或将达10万亿美元 比特币将涨至14-28万美元:Albright Investment Group创始人Victor Dergunov在一篇文章中表示,未来几年美国流通的货币总量有望翻一番,这将为大规模的比特币和加密货币采用奠定基础。他预计,美国将进入衰退期,推动美联储实施更为极端的“实际量化宽松”政策,到2025年将使美国的货币基础从4万亿美元增加一倍至约8万亿美元。随着通货膨胀的加剧,Dergunov认为作为一种货币和价值存储的加密货币的采用将蓬勃发展,整个加密货币市值将高达10万亿美元。Dergunov称,现在加密货币市值只有大约2000亿美元,未来将从目前的水平大约增加240% - 4900%。此外,比特币市值占比目前约为66.5%。未来,即使比特币的主导地位下降到50%,但其市值仍将增长至2.5至5万亿美元左右。这意味着比特币的价格在未来5年将达到14万至28万美元。(The Daily Hodl)[2019/10/25]

因此,我们可以研究这些变化对nonce分布的影响。

乍一看,我们可以注意到几个有趣的现象。不过当我们在上图的基础上叠加网络难度值和硬分叉时间表的时候,就会发现更有趣的东西。

-红线代表了硬分叉的时间,而黑线代表了网络难度值-

我们可以看到,所有三次PoW升级都造成了难度值降低,其中还有两次改变了原先的nonce分布模式。有趣的是,通常都是在网络难度值骤增的情况下,才引入了新的nonce模式。

在网络难度值发生了改变,并且通过硬分叉对PoW机制进行调整之后,我们可以从nonce分布模式的变化中观察到,第一次分叉有效地抵御了第一代矿机。此外,我们还可以看到,一些矿工在第二次分叉之后迅速带着第二代矿机卷土重来,却在第三次分叉中折戟沉沙。

以太坊

乍一看,以太坊的nonce分布几乎没有显示出任何奇怪之处。

再看得仔细一点,我们可以看到在区块高度7,000,000之后,nonce分布图的底部有一些深色的水平线。如果你放大看的话,你就会看到从区块高度2,000,000开始到4,000,000之间,nonce分布图的底部有一些斜线。这些线很有可能是由简单的nonce选择策略导致的:在反复进行哈希运算的过程中,nonce是从0开始向上递增的。

根据区块nonce分布直方图所示,较低的nonce值在一段时间内占据了优势:

但是,仔细观察一下nonce中每个数位的平均值随时间变化的情况,会注意到一个很有趣的情况

-颜色越深的地方代表nonce中的数位被设置成1而非0的频率越高,X轴代表了区块高度-

大概从第1380000个区块开始,nonce的中间数位被设置成0的频率远高于其他数位。久而久之,其他数位的随机性也下降了。有趣的是,粗略看一下整体的nonce分布情况或直方图,并不能发现这种模式,因为调整中间数位对nonce直方图的影响并不明显。

有趣的是,ETC的nonce数位分布也显示出了相同的模式。

-颜色越深的地方代表nonce中的数位被设置成1而非0的频率越高,X轴代表了区块高度-

从位于上图顶部的白色垂直条画带可以看出,一些矿工惯于从0开始增加nonce。

比特大陆于2018年4月宣布公开发布了第一款EthashASIC矿机,并表示将于2018年7月中旬交付第一批产品。将这两个日期在上图中标注出来后,我们会发现很有意思的东西:

-红色虚线:E3矿机官宣时间;红色实线:首批E3矿机交付时间-

乍看之下,在蚂蚁矿机E3官宣之时,以太坊和以太坊经典区块nonce中第41位的平均值都下降了。只关注这个数位的话,nonce分布模式就会更加明显:

-红色虚线:E3矿机官宣时间;红色实线:首批E3矿机交付时间-

在2018年3月中旬之前,第41位的平均值在0.5上下。但是,在以太坊和以太坊经典这两条链上,第41位被设置成0的频率越来越高,而且都是以相同的速度。在矿机按计划首次交付之时,平均值急剧下降,但这仅发生在以太坊区块链上。在以太坊和以太坊经典区块链上,第41位的平均值在2018年6月中旬就已经下降了,之后只在以太坊区块链上进一步下降。

-红色虚线:E3矿机官宣时间;红色实线:首批E3矿机交付时间-

来看一下当时排名前5的以太坊矿池,第41位的平均值均开始下降,但是自7月16日首批E3矿机交付之日起,中国的两家矿池SparkPool和F2Pool挖出的区块内,nonce第41位的平均值进一步下降了。

斗争不止

随着ProgPow算法的逼近,再加上门罗团队还在坚持不懈地通过硬分叉来抵御ASIC,这场与专用硬件之间的战争可能还会持续下去。随着战争的持续,我们会密切关注下去,并且继续从nonce中寻找蛛丝马迹。

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