區塊鏈:區塊空間競爭如何扭曲交易打包時間?

撰文：Tripoli

編譯：0x11，Foresight News

本周早些時候，我在以太坊基金會舉辦的 Reddit AMA 上提出了一個問題，其中一個回答引起了我的注意：

比特幣區塊時間動態被研究得更多，數據可用性更高。因此，我將把以太坊的工作量證明轉移到比特幣上進行分析[1]。這兩個系統非常相似，主要區別在于難度調整將比特幣的平均出塊時間保持在 10 分鐘，而以太坊的平均出塊時間保持在 13 秒左右[2]。

然而，區塊時間平均值是一個巨大的簡化。媒體經常將比特幣礦工稱為一群解決復雜數學問題的計算機，但事實并非如此。解決這個詞隱含的意思是，這類主流類比表明采礦設備不斷接近解決方案，但這不是加密挖礦的工作方式。最簡單的散列類比是拋硬幣并嘗試連續 77 次正面朝上[3]。 不正確的散列不會提供有意義的進展，這是賭徒謬誤的一個版本：所有散列都是獨立的，當散列失敗時就沒有進展。

杭州市長：推動區塊鏈等技術在亞殘運會深度應用:金色財經報道，11月18日下午，杭州亞殘運會代表團團長大會開幕，杭州亞殘組委副主席兼秘書長、杭州市委副書記、市長劉忻表示，充分運用數字化改革成果，推動大數據、云計算、區塊鏈、人工智能等技術在場館運行、賽事活動、服務保障等環節的深度應用，全力呈獻一屆智能智慧的體育盛會。[2021/11/19 6:59:20]

嘗試的獨立性和由此導致的缺乏進展被描述為失憶。不管上一個區塊已經過去了多長時間，比特幣礦工發現下一個區塊的可能性總是一樣的：下一個區塊出現的平均時間總是在 10 分鐘后。

如果你對比特幣區塊間隔方差的數據感興趣，Jameson Lopp 幾年前寫了一篇很棒的文章。簡單來說就是，忽略源自非常快速出現的區塊的邊緣案例，區塊間隔遵循指數概率分布。

美股開盤：區塊鏈概念股僅一股上漲:美股全線低開，道指跌0.61%，納指跌1.12%，標普500指數跌1.01%。美股區塊鏈概念股僅一股上漲。柯達平盤，埃森哲下跌1.41%，overstock.com上漲0.98%；RiotBlockchain下跌3.51%，MarathonPatent下跌2.33%，Square下跌2.59%。[2020/4/20]

比特幣出塊時間方差：理論與現實；資料來源：Jameson Lopp

為了討論交易打包時間，我們需要在分析中添加另一層。天真的說法是，當比特幣交易被提交時，它應該被包含在下一個區塊中，該區塊平均會在 10 分鐘內完成；因此，打包時間應為 10 分鐘。在實踐中，區塊空間的競爭本質扭曲了打包時間并挑戰了可交換性的假設。

下圖顯示了 2022 年 9 月 2 日待處理交易的攀升。圖表中的每個斷崖或下降都表示發現了一個新區塊并處理了一批最有價值的交易。為了方便，網格豎線以 10 分鐘為間隔，既比特幣平均出塊時間。

A股收盤：區塊鏈50指數收跌1.13%:金色財經報道，A股收盤，三大股指漲跌各異，上證指數報2772.20點，收漲0.26%，A股區塊鏈50指數報3177.84點，收跌1.13%；區塊鏈板塊收跌0.94%；數字貨幣板塊收跌0.94%。區塊鏈板塊202只概念股中，55只上漲，137只下跌，10只平盤，思特奇（+9.99%）領漲。數字貨幣板塊32只概念股中，7只上漲，25只下跌。[2020/3/27]

比特幣內存池

該圖顯示了區塊發現中的非典型但并非罕見的差距。從 10:20 到 12:18，只發現了兩個區塊，而不是預期的十二個。

雖然在 10:20 發送 12 sat/vB 交易似乎是安全的，但它可能直到 13:00 才被處理，至少 8 個，可能多達 11 個區塊。延遲的兩個來源是區塊時間方差和不對稱時間信息，即較晚提交的交易具有額外信息的優勢，并且能夠支付更大的費用以跳過交易隊列。

行情 | 在美上市區塊鏈中概股跌多漲少:今日美股開盤，三大股指全線低開，在美上市區塊鏈中概股跌多漲少。人人網下跌2.00%，寺庫上漲3.59%，中網載線下跌2.88%，迅雷平盤，獵豹移動下跌0.82%，蘭亭集勢平盤。[2019/7/5]

從緩慢發現的區塊中隨機抽取樣本并分析其中包含的交易，在交易提交時間和包含在下一個區塊中的交易相對密度之間出現了一個清晰的模式[4]。慢速區塊包含的交易來自緊接在發現區塊之前的時間倉，比來自緊接在前一個區塊之后的時間倉多出大約 50%。

與此形成鮮明對比的是，如果我們查看快速區塊，則提交時間的分布要均勻得多[5]。這表明在快速區塊中的時間競爭沒有意義。

動態 | 新加坡央行相信區塊鏈“基礎”技術可以改變金融服務:Scmp報道，據一位高級官員稱，新加坡中央銀行依靠區塊鏈和人工智能，作為“基礎”技術，有助于改變金融服務。新加坡金融管理局（MAS）技術基礎設施辦公室負責人Damien Pang周三在由行業出版物CoinDesk主辦的年度區塊鏈和加密貨幣論壇上發表演講時，預計這兩項技術的采用將發生深刻變化。[2018/9/20]

大多數區塊都可以很快發現，所以這有什么關系嗎？

如果我們計算預期出塊時間，長尾區塊的貢獻其實出奇的大。如果計算平均出塊時間但忽略 20+ 或 30+ 分鐘這樣的異常值，則預期的出塊時間將下降到 6-8 分鐘。

關于打包時間，區塊空間的時間競爭基本上忽略了這些長尾塊。例如，我們假設超過 20 分鐘的交易被新的更高費用的交易取代，那么進入第一個區塊的交易的平均打包時間理論上應該下降到只有 6 分鐘。

實際上，并沒有下降到 6 分鐘。我們在慢速區塊分布中看到交易沒有被完全替換，但我預計第一個區塊打包時間可能在 8-9 分鐘范圍內，而不是天真的 10 分鐘近似值。

進一步計算被替換的交易將需要比本文提供的更全面的數據分析（嚴重依賴于區塊空間需求的趨勢、區塊間隔的后續隨機滾動等），結果可能是多峰諧波分布。

回到權益證明以太坊，假設非競爭性區塊空間，不變的 12 秒區塊間隔表明平均打包時間為 6 秒[6]（與工作證明中的 13 秒相比）。

然而，以太坊區塊空間競爭異常激烈。

即使區塊間隔不變，我們似乎也看到了強烈的時間競爭，甚至超過了比特幣長尾區塊空間的競爭。所有這些都在幾秒鐘內發生，每 12 秒重復一次。

那么，打包時間是否更短？我想這將取決于如何定義打包時間。如果以太坊上的第一個區塊是在區塊間隔的最后幾秒內提交的交易占主導，那么我不清楚方差的下降是否會產生有意義的差異。另一方面，如果我們談論的是單筆交易，其優先費用足以確保交易包含在內，那么預期的打包時間應該從 13 秒減少到 6 秒[7]。

注解：

[1] 指數概率分布的方差與區塊時間的平方成比例，因此比特幣區塊時間的方差是以太坊 PoW 區塊的 (600/13)^2 = 2130 倍。也許這可以解釋為何對以太坊區塊時間的分析相對缺乏。

[2]該指標假設以太坊不處于硬分叉的時間窗口，在硬分叉時間窗口，出塊時間開始呈指數增長，以迫使礦工采用這種變化。

[3]截至撰寫本文時，30 天的平均哈希率為 2.5075 億 TH/s，因此在一個 10 分鐘的區塊中有 250.75×E6×E12×(60×10) = 1.5E23 次哈希嘗試。為了找到一個硬幣翻轉等效物，我們采用一個以 2 為底的對數，它等效于 76.9 次連續的硬幣翻轉。

[4]該樣本中的慢速區塊是在 2022 年 12 月 22 日至 2023 年 1 月 12 日之間發現的偽隨機序列，包含 40 個塊，區塊間隔時間在 42 到 75 分鐘之間。

[5]該樣本中的快速區塊是在 2022 年 12 月 22 日至 2023 年 1 月 12 日之間發現的一個由 86 個區塊組成的偽隨機序列，區塊間隔時間在 2.5 分鐘到 6 分鐘之間。

[6]如果我們由于驗證者的錯誤而忽略空塊，則不變。

[7]不幸的是，合并前數據似乎不可靠，盡管這可能只是由于區塊空間的超級競爭性質加上區塊時間差異而造成的，我沒有足夠的信心發布它。

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