ONC: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：在牛市熊市的大周期面前，技术等无法成为决定性因素:微博网友“BCH爱好者BruceLee”发文称，很多人说BCH总是分叉，所以价格才低迷。

实际上，就算BCH一次分叉都没有，现在的市值排名也顶多是稳坐第四。而经历过两次分叉的BCH，目前的市值排名大多数时间在4-5之间来回跳动。

大家可以仔细观察一下其他主流币，很多币没有分叉，开发也不缺资金，而且开发很勤快，但是价格照样趴地上。

所以，在牛市熊市的大周期面前，其他因素都是次要的（包括不局限于，是否分叉，技术，应用）。

为什么技术/应用等无法成为决定性因素？因为现阶段还没有哪个币出现一款应用能吸引上千万甚至上亿的用户来使用，所有的币都处于炒作阶段，包括生态发展的最好的ETH也是如此，否则ETH的市值应该早就反超BTC了。[2020/12/14 15:08:03]

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。

观点：加密货币最初以隐私为导向的精神必须被传播:9月4日消息，加密市场数据提供商Coin Metrics的报告显示，专注于隐私的加密货币zcash (ZEC)、monero (XMR)和grin的交易总额仅占比特币交易总额的6%。Zcash的隐私保护功能没有得到充分利用，只有不到2%的交易得到完全保护。并且隐私币的受欢迎程度仍然不高。报告作者认为，这些统计数据标志着对匿名的背离，匿名是虚拟资产最初设计的基本原则。随着加密货币继续被更广泛的公众所采用，加密货币最初的以隐私为导向的精神必须被传播，以便其能够生存下去。如果做不到这一点，就会导致最初的创建匿名交易系统的想法逐渐消失，并被有关加密货币用途的其他概念所取代。（news.bitcoin）[2020/9/4]

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。

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@100TrillionUSD在2019年1月初发现不对的。进一步的分析表明，门罗、以太坊和莱特币等区块链的nonce分布模式也存在一些奇怪之处。

比特币

观点：比特币期权市场看涨因素发挥作用，波动性加大:根据Skew市场数据，比特币的平价波动性期限结构正在从短期的向上曲线转变为长期的急剧下降曲线。波动期限结构基于BTC期权合约的执行价格，以及其与当前价格的偏差，因此它是价格基于期限变化的一个指标。但是，这种转变没有价格方向。从现在到3月底，也就是3月27日最后一套期权合约到期的时候，波动性将达到135%的高位。在此峰值之后，ATM波动性将显著下降。从期权数量看执行价格，波动性是显而易见的。3月27日到期的合约在交易量最大的5种期权合约中占据了两个位置，执行价格分别为1.4万美元和9000美元，这表明，随着比特币的开盘价达到5300美元，波动性越来越大。此外，看看市场的看跌/看涨比率，可以得出更多的乐观情绪。当前的期权合约量为0.58。在传统市场中，如果看跌/看涨比率在0.5至0.7之间，市场交易的是买入期权合约，而不是卖出期权合约。比特币期权市场也是如此。看涨因素正在发挥作用。（AMBCrypto）[2020/3/19]

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?。

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。

声音 | 观点：比特币现在被投资者视为金融体系的重要组成部分:Forge的Michael Carrier近期表示，从投资者的角度来看，2019年具有重要意义，因为加密货币和比特币市场已步入主流，并已被宏观投资者关注。他还进一步指出，宏观和微观投资者现在都认识到，比特币是硬通货、基础货币，以及它与黄金的相似之处。他还声称，比特币现在被投资者视为金融体系的重要组成部分。Carrier总结道：“看看比特币与其他资产的不相关性，比特币首次成为宏观社区的投资组合选项。这是一个重要的趋势，我们在2019年就看到了这一点，随着加密行业不断前进，这种趋势将持续下去。”（AMBCrypto）[2020/2/17]

-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：

-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-

动态 | 观点：建议发行加密数字货币“带路币” 完善“一带一路”沿线国家跨境支付系统:2月1日，新加坡国立大学客座教授白士泮在新加坡《联合早报》上发文表示，中新金融合作可以考虑把数字金融服务融入並支持“一带一路”项目的建设与运营，比如发行加密数字货币“带路币”以完善“一带一路”沿线国家跨境支付系统，並在这个基础上，拓宽和加深数字金融服务的使用范围，向东盟或“一带一路”沿线国家里资金不足的人们提供普惠金融服务；再如，应用区块链技术设计具有信息透明性、分布式多方治理的项目运作系统，增加“一带一路”项目参与国对项目的信任与投入。[2020/2/1]

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。

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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