区块链:金色硬核 | BTC出块时间出现差异：理论与实际对比

作者：

时间：1900/1/1 0:00:00

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。

金色晨讯 | 11月12日隔夜重要动态一览:21:00-7:00关键词：苏富比、欧盟委员会、迈阿密、惠誉

1.苏富比将在“The Now”拍卖会上使用以太坊进行现场拍卖；

2.美国国会联合经济委员会下周将举行“数字资产和政府作用”主题听证会；

3.欧盟委员会敦促成员就加密市场法规达成一致；

4.迈阿密将向市民发放来自MiamiCoin质押的比特币收益；

5.云南36个区块链项目完成备案；

6.神鱼：USDM项目方发动Rug Pull卷走3500万美元，USDM已接近归零；

7.报告：到2030年，加密行业可为印度增加1840亿美元的经济价值；

8.惠誉：萨尔瓦多银行业目前不会因为比特币成为法币而面临重大直接金融风险。[2021/11/12 6:47:43]

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。

金色午报 | 6月22日午间重要动态一览:7:00-12:00关键词：数字欧元、IPFS、詹克团、Tether、Compound

1. 意大利银行业协会有意试行数字欧元。

2. 詹克团拟以40亿美元估值收购吴忌寒等人股份。

3. 凌发明：IPFS&Filecoin所承载的是数据能解决数据存储的问题。

4. 数据：DeFi代币总市值突破66亿美元，Compound占比超50%。

5. 景德镇与蚂蚁区块链合作推动非遗陶瓷产业上链。

6. 摩根溪创始人：建议养老基金投资组合加入1-5％比特币。

7. Tether对Celsius Network进行1000万美元股权投资。

8. 分布式暗池主网RenVM交易量突破1000万美元。[2020/6/22]

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：

行情 | 金色盘面：大家都要看BTC的“脸色”:金色盘面分析：BTC始终不突破趋势线，导致市场开始松动，XRP成为第一个受害者，多头离场带来了5.99%的下跌，而前十五的代币XRM、TRX小幅上涨。提醒投资者理性看待市场波动，做好风控。（登录金色财经APP—发现，查看更多币种的独家点评。）[2018/10/7]

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：

金色相对论 | MakerDao经济学者潘超：区块链无法实现信用担保:本期金色相对论中，对于发行稳定币的讨论，MakerDao经济学者兼中国区负责人潘超表示：法币托管模式取决于其背后的信托基金以及存款保险。信用贷款和担保品贷款是商业银行创造货币的主要方式，目前的区块链无法实现信用担保，担保品发行货币是可行的模式。对于市场处于熊市中，缺乏创建新的 Dai 平复溢价的问题，关键在于背后的抵押物种类，多担保资产模式以黄金为抵押物会减少此时创建 Dai 的风险。同时，TUSD和 GUSD 其实是一个很好的抵押物。而ERC20的 TUSD 和 GUSD 都直接可以纳入 Dai 的担保品当中。稳定币也好，货币也好，关键在于能不能进入政府的资产负债表。[2018/9/20]

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。

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。

分析 | 金色盘面：多空博弈激烈 “画门”行情或将继续:金色盘面综合分析：BTC近阶段在6200到6600区间内内走出震荡行情，连续出现“画门”走势，说明多空双方博弈激烈，对该位置都比较重视。数字货币总市值与昨日相比无较大变化，山寨币也并未出现大幅反弹的迹象，投资者的观望情绪仍在持续，大家都在等待市场选择方向。[2018/8/22]

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

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。