观点 | 检查区块Nonce分布追踪挖矿设备的变化

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：比特币在连跌12天后反弹，但市场氛围仍然“非常负面”:6月20日消息，比特币结束了连续12天的下跌态势，与其他加密货币一起反弹。不过分析师警告称，这种喘息可能只是短暂的。这一最大的加密货币周日早些时候一度上涨12%，收复了周六的大部分失地。昨天比特币一度跌至17599美元/枚。加密货币市场以剧烈波动而闻名，周末更是如此，因为波动可以被放大。整体基调仍然负面，货币紧缩带来了宏观阻力，且加密货币内部的危机也引发了人们对不断加剧的困境的担忧。（金十）[2022/6/20 4:39:28]

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：狗狗币价格企稳，准备向上挑战1美元:据财经网站Fxstreet消息，狗狗币从5月8日的高点回调了40%以上，但4月高点的出色支撑使看涨预期集中在1美元。狗狗币价格位于技术图形上的关键位置，试图保持在4月高点0.453美元之上。在上行趋势上，5月高点与从1月高点到4月高点的上行趋势线重合，这使得趋势线更加重要。如果狗狗币价格连续几日收于区间内，回调过程结束的可能将增加，未来将可能成功地继续上涨。[2021/5/12 21:52:14]

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/img/20230516000347481804/0.jpg "/>

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：长期持有者目前不太可能以11000美元的价格出售比特币:9月4日消息，资金管理公司Grayscale的报告称，如果更多的投资者长期持有比特币，而不只是为了投机而加入，这对市场来说是积极的。Grayscale的HOLdER资料显示，比特币长期持有者增加，投机者减少，这是“与2016年初类似的结构”。该公司研究主管Philip Bonello表示投机者减少，并且投资者基础的信心正在日趋增长，目前不太可能以11000美元的价格出售比特币。（coindesk）[2020/9/4]

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。

-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：

观点：数字货币将给货币管理带来新机遇和挑战:中国科技大学国际金融研究院全球经济与国际金融研究中心研究员杨晓晨、中国社会科学院世界经济与研究所研究员张明联合发文《央行数字货币：结构分析与能力展望》。文章表示，央行数字货币当前定位于M0的数字化替代，但通过技术层面的梳理，不难发现其具有不同于纸币的诸多独特优势。笔者认为，数字货币的确将给货币管理带来新的机遇和挑战，但市场应以客观态度看待，尊重其技术局限，不以过多额外期许和负担诉诸其上。同时，新技术的推广期往往带来新的术，需谨防假借央行数字货币名义实施的新型炒作和，为中国走向健康的货币数字化之路做好准备。（FT中文网）[2020/4/29]

-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。

声音 | 观点：要注意区分合法持有虚拟货币、违法取得虚拟货币、犯罪获得虚拟货币:近期，部分虚拟货币购买者反映自己的银行卡被冻结。微博上某律师关于“购买比特币，是你被了；出卖比特币，是你了人，当然涉嫌违法犯罪”的言论，也引起了不少热议。

对此，吴说区块链发文称，目前我国主要打击的是以此为名开展的非法集资类活动，或者相关的犯罪活动。但对于日常交易，毕竟每日交易基础量太大了，想要完完全全的禁止，也是不切实际的。但这和行为性质并没有直接的关系。普通买卖虚拟货币，不坑不，想要涉嫌刑事犯罪，还是很难的。但还是要注意区分合法持有虚拟货币、违法取得虚拟货币、以及犯罪获得虚拟货币。[2020/1/21]

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。

-红色虚线：E3矿机官宣时间；红色实线：首批E3矿机交付时间-

来看一下当时排名前5的以太坊矿池，第41位的平均值均开始下降，但是自7月16日首批E3矿机交付之日起，中国的两家矿池SparkPool和F2Pool挖出的区块内，nonce第41位的平均值进一步下降了。

斗争不止

随着ProgPow算法的逼近，再加上门罗团队还在坚持不懈地通过硬分叉来抵御ASIC，这场与专用硬件之间的战争可能还会持续下去。随着战争的持续，我们会密切关注下去，并且继续从nonce中寻找蛛丝马迹。

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