ONC:觀點 | 檢查區塊Nonce分布追蹤挖礦設備的變化

作者:?CoinMetricsTomBrand,UriKolodny&?AvihuLevy

翻譯&校對:?閔敏?&阿劍

來源：以太坊愛好者

編者注：原標題為《觀點|用Nonce分布追蹤挖礦設備的變化》

ASIC引起巨大的爭議

自比特幣誕生初期開始，社區就一直在討論是否要與日益強大的挖礦硬件作斗爭。

剛開始的時候，用CPU來參與比特幣挖礦還能賺到錢。在這種情況下，幾乎每個人都有機會參與到比特幣挖礦中，因為不需要使用定制的計算機硬件。

久而久之，一些礦工為了在挖礦競賽中獲得優勢，開始使用越來越強大的硬件。后來，礦工開始使用GPU，即，更加強大的“圖形處理單元”。GPU通常用于游戲和3D渲染，不過也可用于很多一般用途。雖然GPU在價格上比CPU貴得多，但是也在普通人的經濟能力范圍內。

之后又出現了ASIC。ASIC是“application-specificintegratedcircuit”的首字母縮寫。它是一種專用型挖礦硬件，經過優化以適應特定的挖礦哈希算法。這些挖礦用的ASIC是為數字貨幣挖礦專門設計的，只能用來挖數字貨幣。在純哈希算力方面，它比GPU強大得多。

ASIC改變了挖礦的經濟形態。簡言之，那些生產新型ASIC礦機的公司在整個挖礦行業占據了很大優勢，因為這些公司在算力上占據優勢，而且控制著市場上新發布的ASIC礦機的供應。由于生產一款新的ASIC硬件需要在前期投入巨額資本，只有少部分人能夠加入這行。大礦工可以享受規模經濟帶來的額外效益，普通礦工很難與之競爭。

觀點：比特幣不是通貨膨脹的對沖工具:金色財經報道，Ecoinometrics發推表示，比特幣不是通貨膨脹的對沖工具。在2020年美聯儲注入數萬億美元時購買比特幣的任何人都面臨著通貨膨脹的壓力。[2023/7/10 10:12:41]

因此，已經有很多項目在嘗試與ASIC對抗了。尤其是在2018年年初，比特大陸等礦機生產商宣布正在開發一款專挖門羅幣的ASIC之時，項目方實行硬分叉來抵御ASIC，盡可能確保挖礦活動的去中心化。自此以后，項目方又進行了幾次硬分叉，努力走在ASIC前面，以此阻礙ASIC的進一步開發。

以太坊自誕生以來，也在不斷與ASIC作斗爭，然而ASIC生產商現在正在努力追趕中。結果，以太坊社區內有很多人都在支持ProgPow實現?。ProgPow是對Ethash算法的修改版，可以幫助以太坊抵御ASIC。

盡管這些項目在堅持不懈地抵御ASIC，但是很難保證不被ASIC追上。在利益的驅使下，大礦工都在積極開發ASIC，因為在抗ASIC的區塊鏈上，專用型挖礦硬件會帶給他們比小礦工更大的優勢。這就意味著，ASIC礦工和區塊鏈開發者之間永遠在玩貓捉老鼠的游戲。

走近Nonce

令人激動的是，檢查區塊nonce分布可以了解在特定區塊鏈上ASIC挖礦的興起情況，以及后續的抵御措施所產生的影響。

PoW挖礦就是反復對一個區塊的區塊頭進行哈希計算，直到算出的哈希值小于協議定義的目標值為止。具體來說，就是將區塊頭作為一個輸入值，然后代入某個密碼學哈希算法進行計算，例如，比特幣采用的是安全哈希算法256，而且是連續執行兩次。

觀點：加密貨幣和NFT的稅收漏洞可能很快結束:金色財經報道，加密貨幣稅務報告軟件CoinLedger聯合創始人兼首席執行官David Kemmerer發文表示，多年來，加密貨幣和NFT投資者利用清洗銷售來節省數千美元的稅收。然而，這個稅收漏洞可能會在不久的將來結束。目前，拜登政府的預算方案包含一項條款，將清洗銷售規則擴大到加密貨幣和NFTs，并限制加密貨幣投資者要求資本損失的能力。[2023/7/5 22:18:43]

為確保每一次進行哈希計算時都會得到一個不同的哈希值，同時又不需要重新創建一個區塊頭，區塊頭為礦工提供了一個特殊的字段：nonce。nonce是一個可由礦工任意修改的數值，以便不斷更改區塊頭來進行哈希計算，直至找到一個低于目標值的哈希值為止。nonce是一個數字，其范圍可以從0到由各協議設置的上限。

從理論上來說，根據任何nonce算出有效哈希值的概率都是一樣大的，因此可以認為nonce是經隨機選擇，并均勻分布的。然而，對許多區塊鏈的數據分析表明，真正符合這一預期的區塊鏈非常少。對此的解釋有很多種，但是，因為nonce分布上的變化往往可以跟新礦機聯系在一起，這表明不同的挖礦硬件往往會有不同的nonce挑選策略。

關于比特幣區塊鏈的nonce分布模式，似乎最早是推特用戶@100TrillionUSD在2019年1月初發現不對的。進一步的分析表明，門羅、以太坊和萊特幣等區塊鏈的nonce分布模式也存在一些奇怪之處。

比特幣

觀點：Coinbase在與美SEC的法律斗爭中面臨生死考驗:6月7日消息，彭博社今日刊文稱Coinbase在與美SEC的法律斗爭中面臨生死考驗，SEC的執法推動對Coinbase尤其不利，Coinbase去年80%以上的收入來自美國，現在其商業模式面臨著近乎生死存亡的威脅。Ashbury Legal的律師Ashok Ayyar表示：“對于Coinbase來說，這個案子是生死攸關的，因為它更集中在美國市場。預計Coinbase會對此展開激烈的訴訟。”

此前昨日消息，SEC起訴加密交易所Coinbase，指控Coinbase未能在該機構注冊為經紀商、交易所或清算公司，且Coinbase的質押計劃也違反了證券法。在對Coinbase的訴訟中，SEC將SOL、ADA、MATIC、FIL、SAND、AXS、CHZ、FLOW、ICP、NEAR、VGX、DASH和NEXO代幣認定為證券。[2023/6/7 21:21:16]

比特幣的nonce分布模式是最著名的。在早期發展階段，比特幣采用了一種常見的模式：很多nonce都接近于0。這種分布對應的策略很簡單，就是來通過不斷增加nonce來計算哈希值。因為在早期的時候，比特幣區塊鏈上的算力很低，挖礦都是用的CPU，通常在遍歷所有可能的nonce值之前就能算出一個有效的哈希值。SergioLerner據此事實對確定中本聰的比特幣歸屬作了最為嚴肅的嘗試?。

在引入了GPU之后，nonce字段看似是隨機的。但是在大約400000的區塊高度上，莫名出現了一種新的模式，形成了幾條很細的nonce值分布帶，這些都是礦工選擇頻率較低的nonce值。

觀點：以太坊是今年表現最好的加密貨幣:Ava Trade首席市場分析師Naeem Aslam在《福布斯》發文稱，今年以來，以太坊是表現最好的加密貨幣，要優于比特幣和XRP。Aslam提供的數據顯示，相較于年初，以太坊至今已增長206%，比特幣和XRP分別上漲82%和30%。同時，社區期待已久的以太坊2.0即將更新，ETH挖礦也從工作證明（PoW）轉變為權益證明（PoS）共識算法。此外，Glassnode近期數據顯示，儲存超過0.01枚ETH的錢包數量已達歷史新高，鏈上指標表明小規模散戶投資者正在流入以太坊。（U.Today）[2020/10/27]

BitMEX研究撰文詳細描述了該模式，但是沒有找到清晰的解釋。

來看一下比特幣區塊nonce的直方圖，明顯可以看出在新的模式下，nonce值出現了幾個低谷。

-紅線代表了均勻分布的nonce值情況-

想要更細粒度的分析可以仔細看看bit的分布情況。比特幣中的nonce字段是由4個字節或者說32個bit組成的。對每個長度為32比特的nonce的平均值進行分析之后，會發現一些很有趣的現象：

-顏色越深的地方代表nonce中的數位被設置成1而非0的頻率越高，X軸表示區塊高度-

觀點：比特幣價格走勢與亞馬遜相似 年底或將接近2萬美元:加密貨幣分析師Mr Chief在推特分享圖表并指出，比特幣自2017年高點以來的價格走勢，與亞馬遜(Amazon)從互聯網泡沫到大衰退(Great Recession)期間的走勢驚人地相似。該分形表明，到今年年底，比特幣的交易價格將接近其歷史高位，略低于20,000美元。[2020/7/28]

在比特幣剛誕生的時候，較高的數位通常被設置成0，因為礦工的nonce選擇策略就是簡單地增加nonce值。較低的數位似乎一直遵循某種模式，但是直到最近才發現較低數位的模式發生了變化。

門羅

適合進行nonce分析的最有趣的資產之一就是門羅。它也是被分析得最多的一種資產，有很多文章和工具都對其進行了分析。

門羅每6個月就會進行一次硬分叉升級，在過去的幾次升級中還對PoW算法進行了一些調整，從而抵御專用型挖礦硬件。第一次硬分叉引發了爭議，因為它分叉出了好幾個項目/資產。

因此，我們可以研究這些變化對nonce分布的影響。

乍一看，我們可以注意到幾個有趣的現象。不過當我們在上圖的基礎上疊加網絡難度值和硬分叉時間表的時候，就會發現更有趣的東西。

-紅線代表了硬分叉的時間，而黑線代表了網絡難度值-

我們可以看到，所有三次PoW升級都造成了難度值降低，其中還有兩次改變了原先的nonce分布模式。有趣的是，通常都是在網絡難度值驟增的情況下，才引入了新的nonce模式。

在網絡難度值發生了改變，并且通過硬分叉對PoW機制進行調整之后，我們可以從nonce分布模式的變化中觀察到，第一次分叉有效地抵御了第一代礦機。此外，我們還可以看到，一些礦工在第二次分叉之后迅速帶著第二代礦機卷土重來，卻在第三次分叉中折戟沉沙。

以太坊

乍一看，以太坊的nonce分布幾乎沒有顯示出任何奇怪之處。

再看得仔細一點，我們可以看到在區塊高度7,000,000之后，nonce分布圖的底部有一些深色的水平線。如果你放大看的話，你就會看到從區塊高度2,000,000開始到4,000,000之間，nonce分布圖的底部有一些斜線。這些線很有可能是由簡單的nonce選擇策略導致的：在反復進行哈希運算的過程中，nonce是從0開始向上遞增的。

根據區塊nonce分布直方圖所示，較低的nonce值在一段時間內占據了優勢：

但是，仔細觀察一下nonce中每個數位的平均值隨時間變化的情況，會注意到一個很有趣的情況

-顏色越深的地方代表nonce中的數位被設置成1而非0的頻率越高，X軸代表了區塊高度-

大概從第1380000個區塊開始，nonce的中間數位被設置成0的頻率遠高于其他數位。久而久之，其他數位的隨機性也下降了。有趣的是，粗略看一下整體的nonce分布情況或直方圖，并不能發現這種模式，因為調整中間數位對nonce直方圖的影響并不明顯。

有趣的是，ETC的nonce數位分布也顯示出了相同的模式。

-顏色越深的地方代表nonce中的數位被設置成1而非0的頻率越高，X軸代表了區塊高度-

從位于上圖頂部的白色垂直條畫帶可以看出，一些礦工慣于從0開始增加nonce。

比特大陸于2018年4月宣布公開發布了第一款EthashASIC礦機，并表示將于2018年7月中旬交付第一批產品。將這兩個日期在上圖中標注出來后，我們會發現很有意思的東西：

-紅色虛線：E3礦機官宣時間；紅色實線：首批E3礦機交付時間-

乍看之下，在螞蟻礦機E3官宣之時，以太坊和以太坊經典區塊nonce中第41位的平均值都下降了。只關注這個數位的話，nonce分布模式就會更加明顯：

-紅色虛線：E3礦機官宣時間；紅色實線：首批E3礦機交付時間-

在2018年3月中旬之前，第41位的平均值在0.5上下。但是，在以太坊和以太坊經典這兩條鏈上，第41位被設置成0的頻率越來越高，而且都是以相同的速度。在礦機按計劃首次交付之時，平均值急劇下降，但這僅發生在以太坊區塊鏈上。在以太坊和以太坊經典區塊鏈上，第41位的平均值在2018年6月中旬就已經下降了，之后只在以太坊區塊鏈上進一步下降。

-紅色虛線：E3礦機官宣時間；紅色實線：首批E3礦機交付時間-

來看一下當時排名前5的以太坊礦池，第41位的平均值均開始下降，但是自7月16日首批E3礦機交付之日起，中國的兩家礦池SparkPool和F2Pool挖出的區塊內，nonce第41位的平均值進一步下降了。

斗爭不止

隨著ProgPow算法的逼近，再加上門羅團隊還在堅持不懈地通過硬分叉來抵御ASIC，這場與專用硬件之間的戰爭可能還會持續下去。隨著戰爭的持續，我們會密切關注下去，并且繼續從nonce中尋找蛛絲馬跡。

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