比特幣:比特幣礦機的王朝更替：通過nonce分布圖來追蹤S9和S17礦工

隨著比特幣即將迎來下一次產量減半，其網絡正在經歷多個過渡過程。除了獎勵調整導致挖礦經濟發生重大變化之外，比特大陸的AntminerS17礦機也在取代長期存在的S9系列礦機，并成為網絡主導挖礦硬件。

據悉，比特大陸是在2016年發布的AntminerS9，此后其迅速成為市場上最受歡迎的SHA-256礦機，而經過幾年的發展，S9依舊在市場上占據了很大一部分比例。

由于缺乏有關各個礦工使用的挖礦硬件類型的公開數據，因此很難衡量這種過渡的發生速度。不過，有一個信號源確實揭示了挖礦硬件的變化趨勢：網絡的nonce隨機數分布。這些任意數字的排列方式，暗示了多年來挖礦硬件的使用情況如何發生了變化。

在關于網絡狀態的上一期報告中，我們研究了如何使用隨機數分布模式來發現ASIC的興起。而在本期報告中，我們將進一步探討比特幣nonce隨機數分布的特殊性，以及該分布條紋背后的來源，以調查挖礦硬件的最新變化。然后，我們將按礦池細分這些數據，從而可以更深入地了解特定礦池所使用的硬件。

通過金色彈珠了解比特幣挖礦的過程

挖礦是比特幣安全模型的關鍵部分，可以說它是對以往數字貨幣創建嘗試的最重要改進。盡管挖礦的含義相當復雜，但其背后的概念卻相對易于理解。

從礦工的角度來看，挖取一個區塊類似于反復從袋子中選擇彈珠，而不進行替換。要知道的是，袋子中彈珠的數量非常龐大，其中藍色彈珠的比例非常之大，而金色彈珠的比例卻很小。而礦工從袋子中取出金色彈珠時，就會收到一筆獎勵。

用更技術的術語來進行解釋：比特幣礦工們競相尋找的是一個金色的隨機數，該隨機數被添加到提議的區塊頭后，會被哈希至網絡難度參數確定的某個特定值以下。礦工通過猜測值，并檢查結果哈希值是否低于某個閾值來搜索這個只能使用一次的nonce或任意數字。第一個為有效區塊找到該值，并將其廣播到網絡的礦工，有權選擇和排序區塊中的交易，這是最終使這些交易有效的必要步驟。

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作為回報，礦工可以獲得一筆區塊獎勵，并從區塊中包含的任何交易中收取手續費用，這兩者都是通過特殊的coinbase交易獲得的。假設SHA-256哈希函數的屬性保持不變，則任何給定區塊的金色nonce的分布都是隨機的，除非通過蠻力計算，否則無法找到金色隨機數。

由于對coinbase交易的引用包含在區塊頭中，因此每個挖礦實體都從不同的分布中進行采樣。換句話說，每個實體都是從不同的袋子中取出彈珠，而袋子中裝有相同數量的彈珠，并且期望藍色和金色彈珠的比例是相同的。

而金色彈珠的比例，是由網絡難度參數決定的，并在相關時期內固定。如今，由于較高的區塊難度及隨機方差，對于特定的區塊頭，通常沒有金色的nonce隨機數。換句話說，有些袋子當中，是沒有金色彈珠的。

而耗盡擬議區塊隨機數空間的礦工，通常會增加區塊的時間戳，以生成一組新的隨機數。也就是說，當礦工取完彈珠后，他們會抓起一個新的裝滿彈珠的袋子。如果時間戳已到了進一步調整使其無效的地步，礦工必須調整該區塊中包含的交易集。類似地，如果一名礦工在房間里的袋子用完了，他們需要從另一個房間里多搶一些，而這是時間密集型的。

為了增加在固定時間內找到金色彈珠的概率，礦工們可以將他們的計算并行化，這類似于一次抓一把彈珠，而不是每次抓一顆。通過使用適合該任務的硬件，就可以并行查找nonce隨機數。而ASIC的并行化效率，要比任何其它方法都要高。

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而在另一種形式的并行化計算中，幾個礦工協調他們的nonce發現，并同意分割任何挖礦回報，而以這種方式行事的礦工群體，被稱為礦池，而其運營商通常會收取一定的費用，個體礦工會接受該費用，以降低其收入的波動性。

比特幣的Nonce隨機數分布

比特幣的難度參數是每兩周調整一次，如此，如果網絡上執行的計算量保持不變，平均每10分鐘就會產生一個新區塊。此功能可確保，即使算力可能發生較大的變化，網絡也將繼續運行。在一個以并行計算礦工為主導的充分競爭的挖礦市場中，我們可以預期，隨著時間的流逝，金色nonce隨機數的分布圖，看起來應該像是均勻分布的。但令人驚訝的是，事實并非如此。

圖左側附近的非隨機分布，可歸因于通過從0開始的迭代測試值進行挖礦。如果一個礦工是通過CPU，并且是作為個人而沒有進行并行化挖礦，因此其不可能與池中的其他成員發生沖突，那么該策略與其他策略一樣有效，因為每個新區塊的nonce分布是獨立的。而這種模式的消失，與GPU礦工的引入相吻合，因為GPU礦工使計算實現了并行化。

在圖的右側附近，有一個條紋狀的區域，其中的nonce隨機數很少。據我們所知，這種異常首先是由Twitter用戶@100TrillionUSD在2019年1月發現的。下面對該區域進行了標記。

動態 | 數據：有11％的比特幣存放在鯨魚地址中:隨著比特幣的受歡迎程度隨著時間的流逝不斷增加，越來越多的人參與其中，逐漸被分發到數百萬個不同的地址中。截至1月，有將近3000萬個BTC地址。此外，數據顯示，約11％的比特幣總供應量集中在鯨魚地址。(Cryptopotato)[2020/2/23]

此后不久，BitMEX的研究論文探討了這種奇怪的模式，其推測稱這種異常是由于有爭議的挖礦優化技術AsicBoost造成的。

AsicBoost有兩種變體：1、隱性AsicBoost，2、公開的AsicBoost。BitMEX研究團隊討論了這兩種變體，但對隱性AsicBoost的效果特別感興趣，隨著2017年8月隔離見證的激活，非空區塊幾乎無法使用隱性AsicBoost。當然，研究人員也無法證實他們的猜測。

在2019年10月的第23期報告中，我們深入研究了比特幣的nonce隨機數分布，并指出了條紋圖案。從那時起，條紋圖案逐漸消失，最近開采的區塊隨機數似乎更加隨機地分布。

然而，隨機數分布中的異常，似乎與AsicBoost沒有直接關系。隱性AsicBoost在2017年已變得不可用，并且首個支持公開AsicBoost的固件更新是在2018年10月發布的，但這兩個日期之間的nonce分布條紋是清晰可見的。此外，雖然公開AsicBoost的使用率仍然很高，但無論是否存在明顯的AsicBoost，在新產出的區塊中，這種異常模式都不再可見。

動態 | 一技術公司在馬耳他安裝了首部比特幣雙向ATM機:據CCN消息，技術公司MoonZebra在馬耳他安裝了首部比特幣雙向ATM機。用戶能在該ATM機存入法幣并輸入公鑰，為某個地址存入比特幣，也能將數字貨幣轉換為法幣。[2018/7/15]

而另一種可能則是，nonce隨機數分布中的模式，或許是由比特大陸的AntminerS7和S9礦工家族對nonce隨機數采樣的方式引起的。此圖像可能是由優化帶來的副作用引起，并且最終對礦工和網絡而言均是無害的。

當觀察網絡上的所有nonce隨機數值時，條紋圖案首先在2015年末變得清晰，這與當年比特大陸在8月下旬發布S7并在9月下旬完成訂單的時間一致。

AntminerS9是于2016年5月下旬發布，第一批購買者于當年6月中旬收到訂單。不久之后，隨著S9取代S7成為當時比特幣網絡的主導礦機，條紋變得越來越狹窄。

而該模式最近的崩潰，與從S9過渡到AntminerS17相吻合。盡管S17是于2019年4月發布的，但由于挖礦經濟的原因，直到最近，礦工們仍在使用著S9。

匯總分析

通過對每個區塊的礦工數據集進行分層，我們可以更細粒度地查看nonce分布。

我們知道，區塊的礦工通常是通過區塊的coinbase數據字段中的標記來標識的，而這些標識是自愿提供的，有可能存在偽造的情況，礦工不需要留下信息，其可以選擇留下另一個礦池的標簽來代替其自己的。因此，在某些情況下，這些誤導行為甚至存在著激勵，因此我們應認識到這種方法的缺點。然而，這項技術目前已成為了行業標準，雖然很多礦工選擇不留下識別碼，但我們并不認為大規模偽造正在發生。

一旦我們按礦工對區塊進行了分類，就可以將這些信息合并到我們的比特幣nonce隨機數分布圖中。

行情 | 比特幣市值與昨日相比已下跌4.18%:根據公開數據顯示，目前比特幣市值為1098.09億美元，與昨日市值1146.04相比下降了4.18%。較去年峰值時期的2888億美元，下降了61.98%。[2018/7/11]

我們還可以查看各個礦池的nonce隨機數分布。即使在這種情況下，異常模式仍然是可見的。請看下面的圖表，其中顯示了由Antpool和BTC.com，以及ViaBTC開采的區塊。

在比特大陸附屬礦池的nonce分布中，條紋模式要顯得更加清晰。這表明，在相關期間，這些礦池中S7和S9礦機的比例較高，鑒于礦池與這些礦機的制造商之間的關聯，這是符合預期的。

2015年，未知實體開采的區塊比例出現了大幅下降，這是區塊擴容戰爭帶來的結果，在此期間，很多此前匿名的礦工開始在鏈上表明自己的身份，以表示支持或反對區塊大小的增加。如今，通過哈希算力，我們可以識別出絕大多數的礦工。在未知礦工開采的區塊nonce隨機數中，條紋狀圖案隱約可見，它們的逐步消失也是如此。

結論

AntminerS9自2016年發布以來，一直是比特幣網絡上使用最多的一款礦機機型。盡管比特大陸在去年發布了S17，但S9在一段時間內仍保持經濟運行，但鑒于全網算力不斷提高，并且市場狀況不斷變化，該型號礦機正被逐步淘汰。

在礦工們從S9向S17過渡的同時，以前??是比特幣隨機數分布定義特征的條紋模式已經消失。這些神秘的條紋出現在一個看起來隨機的空間中，其來源一直是人們猜測的主題。而條紋可見性的時間點，證明了這樣一種理論，即這些線條是挖礦硬件帶來的產物，特別是之前的S9和S7。

Nonce數據允許我們僅通過公共信息，以一種本來不可能的方式來衡量這種轉變的規模和速度。通過利用S9在nonce采樣中留下的痕跡，我們可以估計網絡上這些礦工的比例。而按礦池對這些數據進行分離，提供了有關礦工作業效率的獨特信息，我們將在以后的報告中進行介紹。

網絡數據一周洞察

過去一周，比特幣挖礦業顯示出了健康的復蘇跡象，網絡算力大約增長了7.3%。效率低下的礦機可能已開始投降，并被效率更高的礦機所取代，這對于網絡的長期健康而言是有利的。有關礦工經濟學的更多信息以及近期難度降低的影響，請參閱網絡狀況第44期報告。

此外，BTC活躍地址數本周也顯示出復蘇的積極跡象，其數據增長了6.3％。相比之下，以太坊的活躍地址卻朝著相反的方向發展，其上周同比下降了13.4％。

網絡數據亮點

自3月12日比特幣市場經歷大暴跌以來，持有少量BTC的地址數量一直在增加。

在過去90天內，持有BTC總供應量十億分之一至億分之一之間的地址數，增加了大約6％。同樣，占總供應量的億分之一至千萬分之一之間的地址數，增加了大約4％。

從3月12日左右開始，兩者的增長率都顯著提高。隨著新用戶開始獲取相對少量的BTC，這可能表明采用率正在增長。

數據來自CoinMetrics

在我們的研究范圍內，交易所持有的ETH數量有所增加，相比之下，交易所持有的BTC數量卻有所減少。

其中，ETH數增加了大約5％，而BTC數則減少了大約3％，BTC的下降，主要是和BitMEX持有的供應量迅速減少有關。

下圖顯示了以下交易所持有的ETH和BTC總量的30天變化情況。

在我們研究的所有交易所中，Bitfinex的ETH供應增長最大。在過去的30天里，Bitfinex持有的ETH數量增加了約17％，而其它交易所的增長均未超過10%。

市場數據分析

過去一周，加密貨幣市場開始攀升，并開始彌補3月12日遭受的損失。我們先前的研究發現，3月12日的拋售是由短期持有者推動的，并受到BitMEX清算螺旋的影響。形成廣泛共識的是，這種拋售，反映了在傳統市場中看到的拋售，而Coinbase用戶活動的增加，表明散戶投資者的情緒似乎并未受到影響。

而關于比特幣屬于“風險資產”與“避險資產”的爭論，仍在繼續。一些市場參與者觀察到，在過去一個月里，比特幣的“避風港”敘述遭到了破壞，這對機構投資者進入該領域的意愿產生了負面影響。

而通過研究比特幣和黃金，可以提供一些證據，這表明這種敘述是存在一定道理的，而且可能比以往任何時候都要更強大。

根據數據顯示，在過去的30天，比特幣與黃金的相關性已達到了歷史高點。

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