ASI:观点 | 检查区块Nonce分布追踪挖矿设备的变化

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时间：1900/1/1 0:00:00

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：SEC可能对XRP案提出上诉，使情况进一步复杂化:金色财经报道，LBank Labs高级研究员Johnny Teng在一份报告中表示，由于投资者采取谨慎立场，交易区间仍然相对狭窄，这主要是受到XRP法律案件持续发展的影响。SEC主席Gary Gensler对法院对XRP代币证券化的裁决表示失望，这增加了不确定性，SEC可能提出上诉，使情况进一步复杂化。美国政府出售没收的比特币和短期持有者获利的预期抛售压力，再加上机构参与者的大力支持以及24,300美元左右的大量流动性的存在，正在导致比特币市场的不确定性加剧，投资者需要谨慎决策。[2023/7/24 15:54:33]

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。

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。

观点：稳定币必须可编程:金色财经报道，在提供稳定价值方面，稳定币和中央银行数字货币(CBDC)似乎服务于同一枚硬币的两面。然而，加密稳定资产可以提供完全不同的用例，而CBDC根本无法与之竞争。关键是可编程性，智能合约可以自动化并为货币添加新功能。可编程性允许资产支持和去中心化，这在当前的CBDC设计中是不可能的。开发人员应该利用稳定资产提供的可编程机会，而不是试图与CBDC竞争。

稳定资产发行人明确表示，他们可以改善当前的货币体系，主要通过三种方式。首先，稳定资产有助于降低传统金融活动的成本，例如通过去中心化金融(DeFi)和汇款进行去中心化借贷。其次，在经历恶性通货膨胀的国家中，人们使用稳定资产作为保护收入和稳定支付的手段，例如通过委内瑞拉的储备协议。第三，稳定币可用于更注重隐私的支付，例如MobileCoin(MOB)。稳定资产的这三个目的属于当今金融体系的框架。因此，值得注意的是，理论上CBDC也可以解决稳定币解决的问题。[2023/4/25 14:24:34]

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：NFT仍处于前期阶段，远远没有到达真正的爆发和场景应用:4月28日19:00，OVR COO Diego Di Tommaso、The Sandbox 中国区总监 Harvey Tsoi、Nervos advocate Williams、NEAR Mintbase 中国发言人 iOTA Chan、东泗文化传媒创始人邵冰参与了由ULink主办的“NFT被人们火爆炒作但可玩性不足的当下，未来又该如何”线上NFT圆桌论坛。

活动中各位嘉宾对当下的NFT现状谈到了自己的看法，均表示NFT仍处于前期阶段，远远没有到达真正的爆发和场景应用。

Diego表示，一些奢侈品牌已经在寻找新时代人群作为他们的目标客户，使用NFT技术通过NFT的身份认证同实际产品进行连接将成为趋势。

Harvey表示，NFT现在还有很多玩法没有被应用，还有很大的空间等待我们去发掘，同时我们也在不断探索虚拟和现实如何运用NFT技术。

Williams表示，NFT不仅仅只是一个卡牌游戏，任何一个独一无二的限量品都可以变成NFT，未来与跨链互操作性结合将成为可能。

iOTA表示，NFT可以取代旧的密码系统，甚至可以成为解锁虚拟世界的一把钥匙以及整合其他代币的保险库。

邵冰表示，传统摄影领域的艺术家非常看好NFT，特别是在数字专利和确权方面，以及公平、透明的交易环境，下一步可能会考虑如何在虚拟场景中实现策展活动。[2021/4/29 21:09:58]

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?。

观点：巴菲特无意动用1370亿美元现金储备，或不利于比特币反弹:如果沃伦·巴菲特和伯克希尔·哈撒韦公司不愿动用1370亿美元现金储备，这种对美国股市复苏谨慎态度可能会破坏最近比特币价格反弹。作为当前市值最高加密货币，比特币早已突破与美国股市短期关联性，不过潜在股市短期修正依然会增加所有高风险和投机性资产价格回落可能性。正如巴菲特在伯克希尔·哈撒韦公司年度股东大会上发表讲话时所说，如果坏事开始在市场上堆积，1370亿美元现金算不上是一笔大数目。伯克希尔哈撒韦在可口可乐和卡夫亨氏等领先企业集团中拥有大量股份，如果市场开始朝着与分析师预期反方向发展，那么巴菲特手上现金储备可以用于协助伯克希尔·哈撒韦旗下投资组合公司渡过难关。现在，由于像巴菲特这样主要投资者依然对市场不确定性充满担忧，也会引发人们对股票和其他高风险资产情绪保持相对谨慎，其中也包括比特币。有分析认为，从技术上来看，目前比特币价格跌落9,000美元的可能性大于超过9000美元可能性。（cointelegraph）[2020/5/5]

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：矿工需更谨慎管理挖矿成本以减少比特币减半影响:Iterative Capital负责人张磊（Leo Zhang）近日表示，由于比特币将在6个月内出现下一次减半，矿共在管理生产费用（挖矿成本）和区块奖励时需要更加谨慎，以抵消收入（挖矿奖励）减少的影响。（The Block）[2019/12/12]

-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-

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。