BTC:金色硬核 | BTC出块时间出现差异：理论与实际对比

BTC出块时间出现差异：理论与实际对比

BTC区块时间戳历史分布情况究竟有多符合预期？

本周，我收到了一些消息提醒，这些提醒都是关于一个时不时会出现的问题：

“BTC区块链两个小时都不能挖到一个块的情况多久会出现一次呢？昨晚，我偶然发现了在区块670637和638之间出现了这个状况。”

这让我陷入了思考，我不禁想到在过去12年中，BTC区块时间戳历史分布情况究竟有多符合预期？

我之前也对BTC时间戳机制进行过讨论，有充分理由认为BTC的安全性很高，其时间戳背后的博弈论机制也非常完美。

金色相对论 | 汤英飞：挖矿成本是综合成本 技术先进不代表矿工会选择:本期金色相对论中，在关于“7nm矿机生产及对市场会有什么影响”这一问题上，币势得云算力商务总监汤英飞表示：“7nm技术并不成熟，新型技术的开发上线到完善是个漫长的过程，蚂蚁S9所使用的9nm工艺，其稳定性与16nm机器相比差距较大。更不用说更新的7nm的技术了。不可否认，7纳米芯片带来了芯片产业的前进之音，相比较在技术上肯定是先进的，其稳定性有待时间验证，往期产品中往往第一批的用户都是小白鼠，厂商需要根据用户反馈的问题不断的做修正，技术的进步迭代也正是这样一个过程。由于订单的原因，7nm的芯片产量目前不会太大，但是相信产能不是问题。不过挖矿成本是综合性成本，强调的是性价比，矿机裸机价格，算力、稳定性、功耗（电力成本）、配件成本、维护难易等等方面综合考虑，先进的芯片问世并不代表矿工们会马上选择，而是会考量这些方面的综合因素。”[2018/8/24]

幸运的是，你如果有一个节点的话，就能很轻松地循环访问所有BTC区块头，查看它们的时间戳。为此，我写了个脚本，我的笔记本电脑只用了5分钟就查看了所有的时间戳。

请注意，为了方便测量数据，BTC区块链中第100个区块之前都被我排除了，因为BTC诞生之初，矿工数量很少，发生了一些很特殊的状况。

结果表明，有190个区块在前一个区块出块后106分钟才被挖出，占迄今挖出的67万个区块中的0.0028%，非常接近0.0025%的预期值！这个结果很容易通过计算得出，但只能代表某个特定时间段内出块时间的差值分布情况。

分析 |金色盘面：BTC/USDT冲高回落:金色盘面综合分析:BTC/USDT冲高回落，主力和散户资金出现明显流出，注意关注下行风险。[2018/8/15]

深层次分析

如果要对这个问题进行深入思考，Felix?Weiss已经解决了这个问题，他提供了一种方法，能够确定在前一个区块挖出后的特定时间段内应该挖出的区块数量。

这个数量能够通过计算指数分布的累积分布函数得出。

但就出块时间的差值而言，怎样才能其整个历史分布状况与预期分布进行对比呢？为了解决这个问题，我们需要利用指数分布的概率密度函数，这个函数可以通过f(x;λ)=?λe^-(λx)进行建模。针对出块时间问题，x等于上个区块出块后的某个时间点，λ作为率参数，等于1/600，概率密度函数用线性方式表示如下图：

分析 | 金色盘面：OMG注意阻力的压制情况:金色盘面综合分析：OMG自低位小幅反弹，目前跌幅缩减至0.91%，注意上方5.4美元阻力的压制情况，没有破位之前还有下跌风险。[2018/8/8]

我在写这篇文章的同时也绘制出了670000区块之后所有区块的预期分布状况，与上图的形状很相似。

于是我收集了脚本的数据，并将其放入了以下这个表格中：

显而易见的是，下图的x轴用对数表示更加合理，否则数据会过于分散，而观察不到一些有趣的现象。

不同挖矿时期

出块时间的预期分布是基于哈希率恒定不变的假设。但根据BTC的发展历史，其哈希率不可能是恒定不变的。

金色财经现场报道，David Li：当前市场没有哪个区块链项目吞吐量能满足游戏的高频需求:在2018年世界数字资产峰会（WDAS）暨FBG年会上，来自Trinity公司的David Li表示，现有的众多区块链项目的吞吐量还不足以满足游戏对于高频数据传输的需求，游戏的运行会产生大量的操作请求，这些都是需要系统对此作出及时的反馈，而目前市面上所存在的区块链项目没有哪个项目可以满足游戏的需求，哪怕EOS能够达到书面上所说明的效率，也无法满足游戏的需求。[2018/5/3]

所以我选取了三个时期进行分析。

1.?CPU时代：哈希率相对平稳。

2.?GPU时代：哈希率加速上升。

ASIC时代：哈希率增速相对较缓

CPU时代

在CPU时代，对于出块时间少于10分钟的区块，实际数量比预期少，为什么会出现这种情况呢？我将在下文进行解释。

GPU时代

金色财经讯:Petroteq能源公司11月5日宣布与First Bitcoin Capital Corp.签署一项共同开发协议，公司将开发基于先进区块链技术的新型供应链管理平台，用于全球石油和天然气行业。[2017/11/6]

请注意，在GPU时代，情况截然相反，实际数量比预期要多，最可能是因为哈希率加速上升。

ASIC时代

在早期ASIC时代，BTC哈希率有大幅上升，我特地选取了距离当今较近的时间段，这样数据不会受到很大影响。我们能从上图看出，BTC出块数量仍然多于预期，但是不能够与GPU时代相比。

整个挖矿时代

如果将670000个区块的数据全部绘制成一张图表会是怎么样的呢？根据下图，实际出块时间与预期是非常吻合的，除了图中左边的部分。

根据上图，我们能得知，父区块挖出后29秒内出块的数量远低于预期，对此有没有合理的解释呢？

深入研究

在这个时间戳范围内的预期出块数量为30497。

另一方面，实际出块数量是22441。

那么为什么出块数量会相差8056？

我们发现，14296个区块的增量是负数，其中有3549个属于-29到0的区间范围内，那么剩下还有大约6000个区块，下文将会对这6000个区块进行详细分析。

通过绘制负增量的时间戳分布情况，我们能得出，下图基本上是正增量分布情况的镜像。

这是因为BTC协议允许负时间戳增量的存在，但这不是根本原因，我们要考虑到实际挖矿的工作过程：

1.?矿池会为下一个区块生成区块元。

2.?矿工向矿池发出工作请求，开始对区块元进行哈希计算。

3.?矿工将完成的工作返回给矿池，形成工作量证明。

所以问题就变成了：区块元的产生频率是多少？时间戳多久更新一次？

但是，我认为背后的答案更加复杂，因为矿工也有可能更新时间戳，这就牵涉到了研究特定ASIC应用的硬件或者固件。

上文提到，还剩下大约6000个时间戳增量是负的区块，对这些区块有合理的解释吗？我认为理论上是能够解释的，原因可能是时钟漂移或挖矿软件没有得到很好的适配。如果你了解BTC挖矿历史的话，早期矿工没有组成矿池，都是单独挖矿。所以矿工配置不能达到企业级别，这些业余矿工无法保证矿机数据与权威渠道定期同步。早期矿池都是由业余挖矿爱好者而不是全职专业人士运营。我认为，如果我的理论合理，那么随着挖矿产业逐渐成熟，矿池软件得到改进，时钟漂移出现的频率也在下降。所以我运行了另外一个脚本，按照时间绘制了时间戳增量为负的区块分布情况图。

根据上图，我们能看出，不仅时间戳增量为负的区块数量在减少，时钟漂移问题也逐渐得到改善，值得特别注意的是，自2017年底后，只有少数区块的时间戳增量为负。

总结

BTC大部分运行机制都基于数学原理。通过分析实际出块时间的分布情况，我们能发现，在过去12年中，10分钟出块时间这个机制运行非常良好，只出现过很少的极端情况，背后的原因也很容易找到。挖矿也形成了产业化，挖矿软件得到逐步改善，出块时间分布状况越来越符合预期。

这就是数学的力量！

本文内容来自于：CypherpunkCogitations

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