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比特幣礦機的王朝更替:通過nonce分布圖來追蹤S9和S17礦工_比特幣

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隨著比特幣即將迎來下一次產量減半,其網絡正在經歷多個過渡過程。除了獎勵調整導致挖礦經濟發生重大變化之外,比特大陸的AntminerS17礦機也在取代長期存在的S9系列礦機,并成為網絡主導挖礦硬件。

據悉,比特大陸是在2016年發布的AntminerS9,此后其迅速成為市場上最受歡迎的SHA-256礦機,而經過幾年的發展,S9依舊在市場上占據了很大一部分比例。

由于缺乏有關各個礦工使用的挖礦硬件類型的公開數據,因此很難衡量這種過渡的發生速度。不過,有一個信號源確實揭示了挖礦硬件的變化趨勢:網絡的nonce隨機數分布。這些任意數字的排列方式,暗示了多年來挖礦硬件的使用情況如何發生了變化。

在關于網絡狀態的上一期報告中,我們研究了如何使用隨機數分布模式來發現ASIC的興起。而在本期報告中,我們將進一步探討比特幣nonce隨機數分布的特殊性,以及該分布條紋背后的來源,以調查挖礦硬件的最新變化。然后,我們將按礦池細分這些數據,從而可以更深入地了解特定礦池所使用的硬件。

通過金色彈珠了解比特幣挖礦的過程

挖礦是比特幣安全模型的關鍵部分,可以說它是對以往數字貨幣創建嘗試的最重要改進。盡管挖礦的含義相當復雜,但其背后的概念卻相對易于理解。

從礦工的角度來看,挖取一個區塊類似于反復從袋子中選擇彈珠,而不進行替換。要知道的是,袋子中彈珠的數量非常龐大,其中藍色彈珠的比例非常之大,而金色彈珠的比例卻很小。而礦工從袋子中取出金色彈珠時,就會收到一筆獎勵。

用更技術的術語來進行解釋:比特幣礦工們競相尋找的是一個金色的隨機數,該隨機數被添加到提議的區塊頭后,會被哈希至網絡難度參數確定的某個特定值以下。礦工通過猜測值,并檢查結果哈希值是否低于某個閾值來搜索這個只能使用一次的nonce或任意數字。第一個為有效區塊找到該值,并將其廣播到網絡的礦工,有權選擇和排序區塊中的交易,這是最終使這些交易有效的必要步驟。

《富爸爸窮爸爸》作者:比特幣投資者在美聯儲轉向時變得更富有:金色財經報道,暢銷書《富爸爸窮爸爸》的著名作者羅伯特清崎在社交媒體上稱,當美聯儲、財政部和華爾街轉向并印制數萬億美元時,擁有黃金、白銀和比特幣的人將變得更加富有。假儲蓄者將是最大的輸家。[2022/12/12 21:38:16]

作為回報,礦工可以獲得一筆區塊獎勵,并從區塊中包含的任何交易中收取手續費用,這兩者都是通過特殊的coinbase交易獲得的。假設SHA-256哈希函數的屬性保持不變,則任何給定區塊的金色nonce的分布都是隨機的,除非通過蠻力計算,否則無法找到金色隨機數。

由于對coinbase交易的引用包含在區塊頭中,因此每個挖礦實體都從不同的分布中進行采樣。換句話說,每個實體都是從不同的袋子中取出彈珠,而袋子中裝有相同數量的彈珠,并且期望藍色和金色彈珠的比例是相同的。

而金色彈珠的比例,是由網絡難度參數決定的,并在相關時期內固定。如今,由于較高的區塊難度及隨機方差,對于特定的區塊頭,通常沒有金色的nonce隨機數。換句話說,有些袋子當中,是沒有金色彈珠的。

而耗盡擬議區塊隨機數空間的礦工,通常會增加區塊的時間戳,以生成一組新的隨機數。也就是說,當礦工取完彈珠后,他們會抓起一個新的裝滿彈珠的袋子。如果時間戳已到了進一步調整使其無效的地步,礦工必須調整該區塊中包含的交易集。類似地,如果一名礦工在房間里的袋子用完了,他們需要從另一個房間里多搶一些,而這是時間密集型的。

為了增加在固定時間內找到金色彈珠的概率,礦工們可以將他們的計算并行化,這類似于一次抓一把彈珠,而不是每次抓一顆。通過使用適合該任務的硬件,就可以并行查找nonce隨機數。而ASIC的并行化效率,要比任何其它方法都要高。

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而在另一種形式的并行化計算中,幾個礦工協調他們的nonce發現,并同意分割任何挖礦回報,而以這種方式行事的礦工群體,被稱為礦池,而其運營商通常會收取一定的費用,個體礦工會接受該費用,以降低其收入的波動性。

比特幣的Nonce隨機數分布

比特幣的難度參數是每兩周調整一次,如此,如果網絡上執行的計算量保持不變,平均每10分鐘就會產生一個新區塊。此功能可確保,即使算力可能發生較大的變化,網絡也將繼續運行。在一個以并行計算礦工為主導的充分競爭的挖礦市場中,我們可以預期,隨著時間的流逝,金色nonce隨機數的分布圖,看起來應該像是均勻分布的。但令人驚訝的是,事實并非如此。

圖左側附近的非隨機分布,可歸因于通過從0開始的迭代測試值進行挖礦。如果一個礦工是通過CPU,并且是作為個人而沒有進行并行化挖礦,因此其不可能與池中的其他成員發生沖突,那么該策略與其他策略一樣有效,因為每個新區塊的nonce分布是獨立的。而這種模式的消失,與GPU礦工的引入相吻合,因為GPU礦工使計算實現了并行化。

在圖的右側附近,有一個條紋狀的區域,其中的nonce隨機數很少。據我們所知,這種異常首先是由Twitter用戶@100TrillionUSD在2019年1月發現的。下面對該區域進行了標記。

近7天比特幣搜索指數整體同比下降50%:金色財經報道,百度指數數據顯示,近7天區塊鏈搜索指數整體日均值為4703,整體同比下降29%,移動同比下降39%;近7天比特幣搜索指數整體日均值為18061,整體同比下降50%,移動同比下降48%。近7天以太坊搜索指數整體日均值為2730,整體同比下降46%,移動同比下降41%。[2020/6/19]

此后不久,BitMEX的研究論文探討了這種奇怪的模式,其推測稱這種異常是由于有爭議的挖礦優化技術AsicBoost造成的。

AsicBoost有兩種變體:1、隱性AsicBoost,2、公開的AsicBoost。BitMEX研究團隊討論了這兩種變體,但對隱性AsicBoost的效果特別感興趣,隨著2017年8月隔離見證的激活,非空區塊幾乎無法使用隱性AsicBoost。當然,研究人員也無法證實他們的猜測。

在2019年10月的第23期報告中,我們深入研究了比特幣的nonce隨機數分布,并指出了條紋圖案。從那時起,條紋圖案逐漸消失,最近開采的區塊隨機數似乎更加隨機地分布。

然而,隨機數分布中的異常,似乎與AsicBoost沒有直接關系。隱性AsicBoost在2017年已變得不可用,并且首個支持公開AsicBoost的固件更新是在2018年10月發布的,但這兩個日期之間的nonce分布條紋是清晰可見的。此外,雖然公開AsicBoost的使用率仍然很高,但無論是否存在明顯的AsicBoost,在新產出的區塊中,這種異常模式都不再可見。

比特幣支持者Max Keiser:V神完全不了解比特幣的價值定位:比特幣支持者、金融分析師Max Keiser發推稱:“我在Vitalik創建ETH之前曾與其交談,很明顯他并沒有真正了解比特幣是如何工作的。即使是現在,他也完全不了解比特幣的價值定位。”

V神就此回復稱:“有意思,我想知道你是怎么得出這一結論的。”截至發文,Keiser尚未回復V神。[2020/6/17]

而另一種可能則是,nonce隨機數分布中的模式,或許是由比特大陸的AntminerS7和S9礦工家族對nonce隨機數采樣的方式引起的。此圖像可能是由優化帶來的副作用引起,并且最終對礦工和網絡而言均是無害的。

當觀察網絡上的所有nonce隨機數值時,條紋圖案首先在2015年末變得清晰,這與當年比特大陸在8月下旬發布S7并在9月下旬完成訂單的時間一致。

AntminerS9是于2016年5月下旬發布,第一批購買者于當年6月中旬收到訂單。不久之后,隨著S9取代S7成為當時比特幣網絡的主導礦機,條紋變得越來越狹窄。

而該模式最近的崩潰,與從S9過渡到AntminerS17相吻合。盡管S17是于2019年4月發布的,但由于挖礦經濟的原因,直到最近,礦工們仍在使用著S9。

匯總分析

通過對每個區塊的礦工數據集進行分層,我們可以更細粒度地查看nonce分布。

我們知道,區塊的礦工通常是通過區塊的coinbase數據字段中的標記來標識的,而這些標識是自愿提供的,有可能存在偽造的情況,礦工不需要留下信息,其可以選擇留下另一個礦池的標簽來代替其自己的。因此,在某些情況下,這些誤導行為甚至存在著激勵,因此我們應認識到這種方法的缺點。然而,這項技術目前已成為了行業標準,雖然很多礦工選擇不留下識別碼,但我們并不認為大規模偽造正在發生。

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一旦我們按礦工對區塊進行了分類,就可以將這些信息合并到我們的比特幣nonce隨機數分布圖中。

我們還可以查看各個礦池的nonce隨機數分布。即使在這種情況下,異常模式仍然是可見的。請看下面的圖表,其中顯示了由Antpool和BTC.com,以及ViaBTC開采的區塊。

在比特大陸附屬礦池的nonce分布中,條紋模式要顯得更加清晰。這表明,在相關期間,這些礦池中S7和S9礦機的比例較高,鑒于礦池與這些礦機的制造商之間的關聯,這是符合預期的。

2015年,未知實體開采的區塊比例出現了大幅下降,這是區塊擴容戰爭帶來的結果,在此期間,很多此前匿名的礦工開始在鏈上表明自己的身份,以表示支持或反對區塊大小的增加。如今,通過哈希算力,我們可以識別出絕大多數的礦工。在未知礦工開采的區塊nonce隨機數中,條紋狀圖案隱約可見,它們的逐步消失也是如此。

結論

AntminerS9自2016年發布以來,一直是比特幣網絡上使用最多的一款礦機機型。盡管比特大陸在去年發布了S17,但S9在一段時間內仍保持經濟運行,但鑒于全網算力不斷提高,并且市場狀況不斷變化,該型號礦機正被逐步淘汰。

在礦工們從S9向S17過渡的同時,以前??是比特幣隨機數分布定義特征的條紋模式已經消失。這些神秘的條紋出現在一個看起來隨機的空間中,其來源一直是人們猜測的主題。而條紋可見性的時間點,證明了這樣一種理論,即這些線條是挖礦硬件帶來的產物,特別是之前的S9和S7。

Nonce數據允許我們僅通過公共信息,以一種本來不可能的方式來衡量這種轉變的規模和速度。通過利用S9在nonce采樣中留下的痕跡,我們可以估計網絡上這些礦工的比例。而按礦池對這些數據進行分離,提供了有關礦工作業效率的獨特信息,我們將在以后的報告中進行介紹。

網絡數據一周洞察

過去一周,比特幣挖礦業顯示出了健康的復蘇跡象,網絡算力大約增長了7.3%。效率低下的礦機可能已開始投降,并被效率更高的礦機所取代,這對于網絡的長期健康而言是有利的。有關礦工經濟學的更多信息以及近期難度降低的影響,請參閱網絡狀況第44期報告。

此外,BTC活躍地址數本周也顯示出復蘇的積極跡象,其數據增長了6.3%。相比之下,以太坊的活躍地址卻朝著相反的方向發展,其上周同比下降了13.4%。

網絡數據亮點

自3月12日比特幣市場經歷大暴跌以來,持有少量BTC的地址數量一直在增加。

在過去90天內,持有BTC總供應量十億分之一至億分之一之間的地址數,增加了大約6%。同樣,占總供應量的億分之一至千萬分之一之間的地址數,增加了大約4%。

從3月12日左右開始,兩者的增長率都顯著提高。隨著新用戶開始獲取相對少量的BTC,這可能表明采用率正在增長。

數據來自CoinMetrics

在我們的研究范圍內,交易所持有的ETH數量有所增加,相比之下,交易所持有的BTC數量卻有所減少。

其中,ETH數增加了大約5%,而BTC數則減少了大約3%,BTC的下降,主要是和BitMEX持有的供應量迅速減少有關。

下圖顯示了以下交易所持有的ETH和BTC總量的30天變化情況。

在我們研究的所有交易所中,Bitfinex的ETH供應增長最大。在過去的30天里,Bitfinex持有的ETH數量增加了約17%,而其它交易所的增長均未超過10%。

市場數據分析

過去一周,加密貨幣市場開始攀升,并開始彌補3月12日遭受的損失。我們先前的研究發現,3月12日的拋售是由短期持有者推動的,并受到BitMEX清算螺旋的影響。形成廣泛共識的是,這種拋售,反映了在傳統市場中看到的拋售,而Coinbase用戶活動的增加,表明散戶投資者的情緒似乎并未受到影響。

而關于比特幣屬于“風險資產”與“避險資產”的爭論,仍在繼續。一些市場參與者觀察到,在過去一個月里,比特幣的“避風港”敘述遭到了破壞,這對機構投資者進入該領域的意愿產生了負面影響。

而通過研究比特幣和黃金,可以提供一些證據,這表明這種敘述是存在一定道理的,而且可能比以往任何時候都要更強大。

根據數據顯示,在過去的30天,比特幣與黃金的相關性已達到了歷史高點。

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