金色硬核 | BTC出塊時間出現差異：理論與實際對比_BTC

金色財經近期推出金色硬核（Hardcore）欄目，為讀者提供熱門項目介紹或者深度解讀。本期金色硬核（Hardcore）探討了BTC出塊時間的問題，將理論和實際相結合，究竟出塊時間有多符合預期？

BTC出塊時間出現差異：理論與實際對比

BTC區塊時間戳歷史分布情況究竟有多符合預期？

本周，我收到了一些消息提醒，這些提醒都是關于一個時不時會出現的問題：

“BTC區塊鏈兩個小時都不能挖到一個塊的情況多久會出現一次呢？昨晚，我偶然發現了在區塊670637和638之間出現了這個狀況。”

這讓我陷入了思考，我不禁想到在過去12年中，BTC區塊時間戳歷史分布情況究竟有多符合預期？

金色晚報 | 6月30日晚間重要動態一覽:12:00-21:00關鍵詞：區塊鏈創新發展行動計劃、門頭溝、CSW、Cardano

1.《北京市區塊鏈創新發展行動計劃》印發 將初步建成四個“高地”。

2.門頭溝清算賠償方案再次推遲至10月15日。

3.韓國科技部將投資1.11億美元用于發展區塊鏈技術。

4.Cardano已完成Shelley硬分叉升級協調器測試。

5.Kleinman與CSW訴訟案出現關鍵證人。

6.國際清算銀行將在多地設立分支 推進分布式賬本技術。

7.騰訊區塊鏈加速器開啟復試 助力產業區塊鏈價值落地。

8.“區塊鏈之家”正式上線國家互聯網應急中心官網。

9.加州大學向黑客支付百萬美元加密贖金。

10.國家衛生健康委：應用區塊鏈等技術實現醫療數據安全流動和授權訪問。[2020/6/30]

我之前也對BTC時間戳機制進行過討論，有充分理由認為BTC的安全性很高，其時間戳背后的博弈論機制也非常完美。

幸運的是，你如果有一個節點的話，就能很輕松地循環訪問所有BTC區塊頭，查看它們的時間戳。為此，我寫了個腳本，我的筆記本電腦只用了5分鐘就查看了所有的時間戳。

分析 | 金色盤面： LTC/USDT再次反彈至關鍵阻力位下方:金色盤面綜合分析：LTC/USDT再次反彈至關鍵阻力位58下方，晚間需重點關注其壓制情況，只有突破才會延續上漲。[2018/8/16]

請注意，為了方便測量數據，BTC區塊鏈中第100個區塊之前都被我排除了，因為BTC誕生之初，礦工數量很少，發生了一些很特殊的狀況。

結果表明，有190個區塊在前一個區塊出塊后106分鐘才被挖出，占迄今挖出的67萬個區塊中的0.0028%，非常接近0.0025%的預期值！這個結果很容易通過計算得出，但只能代表某個特定時間段內出塊時間的差值分布情況。

深層次分析

如果要對這個問題進行深入思考，Felix?Weiss已經解決了這個問題，他提供了一種方法，能夠確定在前一個區塊挖出后的特定時間段內應該挖出的區塊數量。

這個數量能夠通過計算指數分布的累積分布函數得出。

但就出塊時間的差值而言，怎樣才能其整個歷史分布狀況與預期分布進行對比呢？為了解決這個問題，我們需要利用指數分布的概率密度函數，這個函數可以通過f(x;λ) =?λe^-(λx)進行建模。針對出塊時間問題，x等于上個區塊出塊后的某個時間點，λ作為率參數，等于1/600（即目標出塊時間），概率密度函數用線性方式表示如下圖：

金色財經現場報道 2018世界制造業大會區塊鏈技術與產業融合應用論壇開幕:2018世界制造業大會在合肥開幕，區塊鏈技術與產業融合應用論壇同時開啟，會議探索大數據與區塊鏈在產業應用方面的可能性。與會專家有中國科學院計算機網絡信息中心百人計劃研究員、巴黎第13大學客座教授、里昂第1大學客座教授賀海武；華爾街財富管理研究院合伙人蔡宇；上海資邦投資集團董事長、浙江聯合中小企業財務管理有限公司董事長馬樹強等。[2018/5/26]

我在寫這篇文章的同時也繪制出了670000區塊之后所有區塊的預期分布狀況，與上圖的形狀很相似。

于是我收集了腳本的數據，并將其放入了以下這個表格中：

顯而易見的是，下圖的x軸用對數表示更加合理，否則數據會過于分散，而觀察不到一些有趣的現象。

不同挖礦時期

金色財經數據播報 BTC 24小時成交量達65.96億美元 全球總市值占比達38.7%:據數據統計顯示，BTC為目前資金流入最多幣種，BTC現全球均價7679美元，跌幅3.96%，換手率5.04%，流通率81.2%，24小時成交量65.96億美元，占比38.7%，市值1309.43億美元。[2018/5/24]

出塊時間的預期分布是基于哈希率恒定不變的假設。但根據BTC的發展歷史，其哈希率不可能是恒定不變的。

所以我選取了三個時期進行分析。

1.?CPU時代：哈希率相對平穩。

2.?GPU時代：哈希率加速上升。

ASIC時代：哈希率增速相對較緩

CPU時代

在CPU時代，對于出塊時間少于10分鐘的區塊，實際數量比預期少，為什么會出現這種情況呢？我將在下文進行解釋。

金色財經獨家分析 區塊鏈能夠提高汽車行業整體效率:金色財經獨家分析，全球汽車巨頭寶馬(BMW)正在試點一個區塊鏈平臺，通過其啟動的創新項目來跟蹤租賃車輛的里程。區塊鏈在汽車領域的應用不止于此，傳統汽車制造商必須等待幾周乃至幾個月才能從進口商、分銷商、經銷商處回收車輛款項；而汽車制造商需支付給各級供應商的款項由于各項清單、信用證等等大量銀行文書工作也會造成非常漫長的財務周期，而且在彼此支付的過程中，還會受到非常多條件的制約。而基于區塊鏈的系統基于高透明度的準確信息，可以大大壓縮出口/進口和銀行文件的處理流程，甚至可以安全地在數分鐘或數小時內完成支付。基于區塊鏈的系統基于駕駛模式和服務事件建立共享賬本，一改汽車金融提供商和保險公司不了解司機真實駕駛行為以及汽車服務的歷史，未來消費者就可以憑借良好記錄獲得更加優渥的金融服務條件或保險優惠。區塊鏈能提高車輛真實磨損信息的透明度，將有助于汽車金融服務提供商以及二手車銷售商在租賃接近合同到期日時或車輛評估時更準確地衡量車輛的剩余價值。這樣來看，幾乎在汽車行業的整體環節中，區塊鏈都將提高整體的效率。[2018/5/8]

GPU時代

請注意，在GPU時代，情況截然相反，實際數量比預期要多，最可能是因為哈希率加速上升。

ASIC時代

在早期ASIC時代，BTC哈希率有大幅上升，我特地選取了距離當今較近的時間段，這樣數據不會受到很大影響。我們能從上圖看出，BTC出塊數量仍然多于預期，但是不能夠與GPU時代相比。

整個挖礦時代

如果將670000個區塊的數據全部繪制成一張圖表會是怎么樣的呢？根據下圖，實際出塊時間與預期是非常吻合的，除了圖中左邊的部分。

根據上圖，我們能得知，父區塊挖出后29秒內出塊的數量遠低于預期，對此有沒有合理的解釋呢？

深入研究

在這個時間戳范圍內的預期出塊數量為30497。

另一方面，實際出塊數量是22441。

那么為什么出塊數量會相差8056？

我們發現，14296個區塊的增量是負數，其中有3549個屬于-29到0的區間范圍內，那么剩下還有大約6000個區塊，下文將會對這6000個區塊進行詳細分析。

通過繪制負增量的時間戳分布情況，我們能得出，下圖基本上是正增量分布情況的鏡像。

這是因為BTC協議允許負時間戳增量的存在，但這不是根本原因，我們要考慮到實際挖礦的工作過程：

1.?礦池會為下一個區塊生成區塊元。

2.?礦工向礦池發出工作請求，開始對區塊元進行哈希計算。

3.?礦工將完成的工作返回給礦池，形成工作量證明。

所以問題就變成了：區塊元的產生頻率是多少？時間戳多久更新一次？

但是，我認為背后的答案更加復雜，因為礦工也有可能更新時間戳，這就牽涉到了研究特定ASIC應用的硬件或者固件。

上文提到，還剩下大約6000個時間戳增量是負的區塊，對這些區塊有合理的解釋嗎？我認為理論上是能夠解釋的，原因可能是時鐘漂移或挖礦軟件沒有得到很好的適配。如果你了解BTC挖礦歷史的話，早期礦工沒有組成礦池，都是單獨挖礦。所以礦工配置不能達到企業級別，這些業余礦工無法保證礦機數據與權威渠道定期同步。早期礦池都是由業余挖礦愛好者而不是全職專業人士運營。我認為，如果我的理論合理，那么隨著挖礦產業逐漸成熟，礦池軟件得到改進，時鐘漂移出現的頻率也在下降。所以我運行了另外一個腳本，按照時間繪制了時間戳增量為負的區塊分布情況圖。

根據上圖，我們能看出，不僅時間戳增量為負的區塊數量在減少，時鐘漂移問題也逐漸得到改善，值得特別注意的是，自2017年底后，只有少數區塊的時間戳增量為負。

總結

BTC大部分運行機制都基于數學原理。通過分析實際出塊時間的分布情況，我們能發現，在過去12年中，10分鐘出塊時間這個機制運行非常良好，只出現過很少的極端情況，背后的原因也很容易找到。挖礦也形成了產業化，挖礦軟件得到逐步改善，出塊時間分布狀況越來越符合預期。

這就是數學的力量！

本文內容來自于：Cypherpunk Cogitations

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