比特币矿机的王朝更替：通过nonce分布图来追踪S9和S17矿工

随着比特币即将迎来下一次产量减半，其网络正在经历多个过渡过程。除了奖励调整导致挖矿经济发生重大变化之外，比特大陆的AntminerS17矿机也在取代长期存在的S9系列矿机，并成为网络主导挖矿硬件。

据悉，比特大陆是在2016年发布的AntminerS9，此后其迅速成为市场上最受欢迎的SHA-256矿机，而经过几年的发展，S9依旧在市场上占据了很大一部分比例。

由于缺乏有关各个矿工使用的挖矿硬件类型的公开数据，因此很难衡量这种过渡的发生速度。不过，有一个信号源确实揭示了挖矿硬件的变化趋势：网络的nonce随机数分布。这些任意数字的排列方式，暗示了多年来挖矿硬件的使用情况如何发生了变化。

在关于网络状态的上一期报告中，我们研究了如何使用随机数分布模式来发现ASIC的兴起。而在本期报告中，我们将进一步探讨比特币nonce随机数分布的特殊性，以及该分布条纹背后的来源，以调查挖矿硬件的最新变化。然后，我们将按矿池细分这些数据，从而可以更深入地了解特定矿池所使用的硬件。

通过金色弹珠了解比特币挖矿的过程

挖矿是比特币安全模型的关键部分，可以说它是对以往数字货币创建尝试的最重要改进。尽管挖矿的含义相当复杂，但其背后的概念却相对易于理解。

从矿工的角度来看，挖取一个区块类似于反复从袋子中选择弹珠，而不进行替换。要知道的是，袋子中弹珠的数量非常庞大，其中蓝色弹珠的比例非常之大，而金色弹珠的比例却很小。而矿工从袋子中取出金色弹珠时，就会收到一笔奖励。

用更技术的术语来进行解释：比特币矿工们竞相寻找的是一个金色的随机数，该随机数被添加到提议的区块头后，会被哈希至网络难度参数确定的某个特定值以下。矿工通过猜测值，并检查结果哈希值是否低于某个阈值来搜索这个只能使用一次的nonce或任意数字。第一个为有效区块找到该值，并将其广播到网络的矿工，有权选择和排序区块中的交易，这是最终使这些交易有效的必要步骤。

作为回报，矿工可以获得一笔区块奖励，并从区块中包含的任何交易中收取手续费用，这两者都是通过特殊的coinbase交易获得的。假设SHA-256哈希函数的属性保持不变，则任何给定区块的金色nonce的分布都是随机的，除非通过蛮力计算，否则无法找到金色随机数。

分析师Will Clemente：比特币的长期前景看起来非常乐观:金色财经报道，链上分析师威廉克莱门特表示，比特币（BTC）今年下半年的前景仍然非常看涨。在 Blockware Intelligence 的最新报告中，克莱门特表示，在短期内，比特币可能会在任何看涨势头继续之前出现回调。包括鲸鱼获利和拥有 BTC 的高流动性实体在内的多种因素可能预示着市值最高的加密货币存在一些脆弱性。“短期前景：看到一些代币从流动性转向高流动性实体，交易流向中性，一些鲸鱼获利了结，资金飙升而市值/OI（未平仓合约）增加。看到短期回调至 53,000 美元左右并在最低点重新测试 PoB（突破点）不会感到惊讶。”另一方面，根据克莱门特的说法，由于多种原因，比特币的长期前景看起来非常乐观。（dailyhodl）[2021/10/11 20:19:03]

由于对coinbase交易的引用包含在区块头中，因此每个挖矿实体都从不同的分布中进行采样。换句话说，每个实体都是从不同的袋子中取出弹珠，而袋子中装有相同数量的弹珠，并且期望蓝色和金色弹珠的比例是相同的。

而金色弹珠的比例，是由网络难度参数决定的，并在相关时期内固定。如今，由于较高的区块难度及随机方差，对于特定的区块头，通常没有金色的nonce随机数。换句话说，有些袋子当中，是没有金色弹珠的。

而耗尽拟议区块随机数空间的矿工，通常会增加区块的时间戳，以生成一组新的随机数。也就是说，当矿工取完弹珠后，他们会抓起一个新的装满弹珠的袋子。如果时间戳已到了进一步调整使其无效的地步，矿工必须调整该区块中包含的交易集。类似地，如果一名矿工在房间里的袋子用完了，他们需要从另一个房间里多抢一些，而这是时间密集型的。

为了增加在固定时间内找到金色弹珠的概率，矿工们可以将他们的计算并行化，这类似于一次抓一把弹珠，而不是每次抓一颗。通过使用适合该任务的硬件，就可以并行查找nonce随机数。而ASIC的并行化效率，要比任何其它方法都要高。

而在另一种形式的并行化计算中，几个矿工协调他们的nonce发现，并同意分割任何挖矿回报，而以这种方式行事的矿工群体，被称为矿池，而其运营商通常会收取一定的费用，个体矿工会接受该费用，以降低其收入的波动性。

比特币全网未确认交易14,521笔:金色财经报道，据btc.com数据显示，目前比特币全网未确认交易数为14,521笔，24小时交易速率为4.11 txs/s。目前全网难度为19.30 T，预测下次难度上调0.8%至19.45 T，距离调整还剩10 天 20 小时。[2020/10/7]

比特币的Nonce随机数分布

比特币的难度参数是每两周调整一次，如此，如果网络上执行的计算量保持不变，平均每10分钟就会产生一个新区块。此功能可确保，即使算力可能发生较大的变化，网络也将继续运行。在一个以并行计算矿工为主导的充分竞争的挖矿市场中，我们可以预期，随着时间的流逝，金色nonce随机数的分布图，看起来应该像是均匀分布的。但令人惊讶的是，事实并非如此。

图左侧附近的非随机分布，可归因于通过从0开始的迭代测试值进行挖矿。如果一个矿工是通过CPU，并且是作为个人而没有进行并行化挖矿，因此其不可能与池中的其他成员发生冲突，那么该策略与其他策略一样有效，因为每个新区块的nonce分布是独立的。而这种模式的消失，与GPU矿工的引入相吻合，因为GPU矿工使计算实现了并行化。

在图的右侧附近，有一个条纹状的区域，其中的nonce随机数很少。据我们所知，这种异常首先是由Twitter用户/img/20230515231704987472/1.jpg "/>

声音 | 专家：比特币可以试着引入类似Zcash或Monero的匿名功能:Distributed Lab首席执行官兼联合创始人Pavel Kravchenko表示，“比特币世界上第一种防审查的货币，我不相信机构会采用。如果机构采用，比特币将不再具有防审查特性，并将很快失去价值。比特币可以更具隐私性一些，可以试着引入类似Zcash或Monero的匿名功能，否则，它将会失去其防审查特性。”（Cointelegraph）[2019/11/14]

此后不久，BitMEX的研究论文探讨了这种奇怪的模式，其推测称这种异常是由于有争议的挖矿优化技术AsicBoost造成的。

AsicBoost有两种变体：1、隐性AsicBoost，2、公开的AsicBoost。BitMEX研究团队讨论了这两种变体，但对隐性AsicBoost的效果特别感兴趣，随着2017年8月隔离见证的激活，非空区块几乎无法使用隐性AsicBoost。当然，研究人员也无法证实他们的猜测。

在2019年10月的第23期报告中，我们深入研究了比特币的nonce随机数分布，并指出了条纹图案。从那时起，条纹图案逐渐消失，最近开采的区块随机数似乎更加随机地分布。

然而，随机数分布中的异常，似乎与AsicBoost没有直接关系。隐性AsicBoost在2017年已变得不可用，并且首个支持公开AsicBoost的固件更新是在2018年10月发布的，但这两个日期之间的nonce分布条纹是清晰可见的。此外，虽然公开AsicBoost的使用率仍然很高，但无论是否存在明显的AsicBoost，在新产出的区块中，这种异常模式都不再可见。

而另一种可能则是，nonce随机数分布中的模式，或许是由比特大陆的AntminerS7和S9矿工家族对nonce随机数采样的方式引起的。此图像可能是由优化带来的副作用引起，并且最终对矿工和网络而言均是无害的。

声音 | 分析师：比特币的意义在于服务那些没有银行账户的人:加密货币分析师Joseph Young刚刚发推认同Stellar联合创始人Jed McCaleb所说的“大多数金融机构都不会使用比特币”。他表示：“比特币的意义不在于服务银行，而在于服务那些被孤立的无银行账户的人。”此外，像Dr. Jordan Peterson这样受到支付公司审查的内容创造者，也已经开始接受比特币的捐赠。[2019/1/2]

当观察网络上的所有nonce随机数值时，条纹图案首先在2015年末变得清晰，这与当年比特大陆在8月下旬发布S7并在9月下旬完成订单的时间一致。

AntminerS9是于2016年5月下旬发布，第一批购买者于当年6月中旬收到订单。不久之后，随着S9取代S7成为当时比特币网络的主导矿机，条纹变得越来越狭窄。

而该模式最近的崩溃，与从S9过渡到AntminerS17相吻合。尽管S17是于2019年4月发布的，但由于挖矿经济的原因，直到最近，矿工们仍在使用着S9。

汇总分析

通过对每个区块的矿工数据集进行分层，我们可以更细粒度地查看nonce分布。

我们知道，区块的矿工通常是通过区块的coinbase数据字段中的标记来标识的，而这些标识是自愿提供的，有可能存在伪造的情况，矿工不需要留下信息，其可以选择留下另一个矿池的标签来代替其自己的。因此，在某些情况下，这些误导行为甚至存在着激励，因此我们应认识到这种方法的缺点。然而，这项技术目前已成为了行业标准，虽然很多矿工选择不留下识别码，但我们并不认为大规模伪造正在发生。

一旦我们按矿工对区块进行了分类，就可以将这些信息合并到我们的比特币nonce随机数分布图中。

钱宝网引爆南京多个p2p平台挤兑，比特币资金加速进场:财联社1月7日讯，南京已经成为涉嫌非法集资平台聚集的重灾区，钱宝网、蛙宝网、小生优服等多个平台接连爆雷，报案人数急剧上升。 ???[2018/1/7]

我们还可以查看各个矿池的nonce随机数分布。即使在这种情况下，异常模式仍然是可见的。请看下面的图表，其中显示了由Antpool和BTC.com，以及ViaBTC开采的区块。

在比特大陆附属矿池的nonce分布中，条纹模式要显得更加清晰。这表明，在相关期间，这些矿池中S7和S9矿机的比例较高，鉴于矿池与这些矿机的制造商之间的关联，这是符合预期的。

2015年，未知实体开采的区块比例出现了大幅下降，这是区块扩容战争带来的结果，在此期间，很多此前匿名的矿工开始在链上表明自己的身份，以表示支持或反对区块大小的增加。如今，通过哈希算力，我们可以识别出绝大多数的矿工。在未知矿工开采的区块nonce随机数中，条纹状图案隐约可见，它们的逐步消失也是如此。

结论

AntminerS9自2016年发布以来，一直是比特币网络上使用最多的一款矿机机型。尽管比特大陆在去年发布了S17，但S9在一段时间内仍保持经济运行，但鉴于全网算力不断提高，并且市场状况不断变化，该型号矿机正被逐步淘汰。

在矿工们从S9向S17过渡的同时，以前??是比特币随机数分布定义特征的条纹模式已经消失。这些神秘的条纹出现在一个看起来随机的空间中，其来源一直是人们猜测的主题。而条纹可见性的时间点，证明了这样一种理论，即这些线条是挖矿硬件带来的产物，特别是之前的S9和S7。

Nonce数据允许我们仅通过公共信息，以一种本来不可能的方式来衡量这种转变的规模和速度。通过利用S9在nonce采样中留下的痕迹，我们可以估计网络上这些矿工的比例。而按矿池对这些数据进行分离，提供了有关矿工作业效率的独特信息，我们将在以后的报告中进行介绍。

网络数据一周洞察

过去一周，比特币挖矿业显示出了健康的复苏迹象，网络算力大约增长了7.3%。效率低下的矿机可能已开始投降，并被效率更高的矿机所取代，这对于网络的长期健康而言是有利的。有关矿工经济学的更多信息以及近期难度降低的影响，请参阅网络状况第44期报告。

此外，BTC活跃地址数本周也显示出复苏的积极迹象，其数据增长了6.3％。相比之下，以太坊的活跃地址却朝着相反的方向发展，其上周同比下降了13.4％。

网络数据亮点

自3月12日比特币市场经历大暴跌以来，持有少量BTC的地址数量一直在增加。

在过去90天内，持有BTC总供应量十亿分之一至亿分之一之间的地址数，增加了大约6％。同样，占总供应量的亿分之一至千万分之一之间的地址数，增加了大约4％。

从3月12日左右开始，两者的增长率都显著提高。随着新用户开始获取相对少量的BTC，这可能表明采用率正在增长。

数据来自CoinMetrics

在我们的研究范围内，交易所持有的ETH数量有所增加，相比之下，交易所持有的BTC数量却有所减少。

其中，ETH数增加了大约5％，而BTC数则减少了大约3％，BTC的下降，主要是和BitMEX持有的供应量迅速减少有关。

下图显示了以下交易所持有的ETH和BTC总量的30天变化情况。

在我们研究的所有交易所中，Bitfinex的ETH供应增长最大。在过去的30天里，Bitfinex持有的ETH数量增加了约17％，而其它交易所的增长均未超过10%。

市场数据分析

过去一周，加密货币市场开始攀升，并开始弥补3月12日遭受的损失。我们先前的研究发现，3月12日的抛售是由短期持有者推动的，并受到BitMEX清算螺旋的影响。形成广泛共识的是，这种抛售，反映了在传统市场中看到的抛售，而Coinbase用户活动的增加，表明散户投资者的情绪似乎并未受到影响。

而关于比特币属于“风险资产”与“避险资产”的争论，仍在继续。一些市场参与者观察到，在过去一个月里，比特币的“避风港”叙述遭到了破坏，这对机构投资者进入该领域的意愿产生了负面影响。

而通过研究比特币和黄金，可以提供一些证据，这表明这种叙述是存在一定道理的，而且可能比以往任何时候都要更强大。

根据数据显示，在过去的30天，比特币与黄金的相关性已达到了历史高点。

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