金色硬核 | BTC出块时间出现差异：理论与实际对比

金色财经近期推出金色硬核（Hardcore）栏目，为读者提供热门项目介绍或者深度解读。本期金色硬核（Hardcore）探讨了BTC出块时间的问题，将理论和实际相结合，究竟出块时间有多符合预期？

BTC出块时间出现差异：理论与实际对比

BTC区块时间戳历史分布情况究竟有多符合预期？

本周，我收到了一些消息提醒，这些提醒都是关于一个时不时会出现的问题：

“BTC区块链两个小时都不能挖到一个块的情况多久会出现一次呢？昨晚，我偶然发现了在区块670637和638之间出现了这个状况。”

这让我陷入了思考，我不禁想到在过去12年中，BTC区块时间戳历史分布情况究竟有多符合预期？

金色财经挖矿数据播报：BTC今日全网算力上涨1.28%:金色财经报道，据蜘蛛矿池数据显示：

BTC全网算力137.021EH/s，挖矿难度18.60T，目前区块高度663762，理论收益0.00000740/T/天。

ETH全网算力292.189TH/s，挖矿难度3740.62T，目前区块高度11559313，理论收益0.00785494/100MH/天。

BSV全网算力0.738EH/s，挖矿难度0.10T，目前区块高度667915，理论收益0.00121795/T/天。

BCH全网算力1.529EH/s，挖矿难度0.22，目前区块高度668188，理论收益0.00058845/T/天。[2020/12/31 16:09:16]

我之前也对BTC时间戳机制进行过讨论，有充分理由认为BTC的安全性很高，其时间戳背后的博弈论机制也非常完美。

幸运的是，你如果有一个节点的话，就能很轻松地循环访问所有BTC区块头，查看它们的时间戳。为此，我写了个脚本，我的笔记本电脑只用了5分钟就查看了所有的时间戳。

金色财经行情播报 | BTC再现多空双针，局部多头占优:据火币行情显示，BTC在今日凌晨3点时再启多空双针行情，最高探至9980.94USDT，最低跌至9679.42USDT，随后BTC迅速反弹，价格维持在9900USDT附近，局部多头占优。日线图箱体平台向上突破，4小时图均线多头排列。截至10:00，火币平台的主流币的具体表现如下。[2020/6/11]

请注意，为了方便测量数据，BTC区块链中第100个区块之前都被我排除了，因为BTC诞生之初，矿工数量很少，发生了一些很特殊的状况。

结果表明，有190个区块在前一个区块出块后106分钟才被挖出，占迄今挖出的67万个区块中的0.0028%，非常接近0.0025%的预期值！这个结果很容易通过计算得出，但只能代表某个特定时间段内出块时间的差值分布情况。

深层次分析

如果要对这个问题进行深入思考，Felix?Weiss已经解决了这个问题，他提供了一种方法，能够确定在前一个区块挖出后的特定时间段内应该挖出的区块数量。

分析 | 金色盘面：ETH期货合约持仓变化:金色盘面综合分析： 据OKEx数据显示，目前做多账户42%，做空账户56%，主力多头持仓比例21.86%，主力空头持仓比例31.38%，从数据看，做空主力账户呈现明显下降趋势，多空账户差有所减少，空头优势减弱，但整体市场依然空头主导。截至发稿，季度BTC0928合约价格为216.489美元，现货价格为216.356美元，贴水0.133美元，多空分歧不大，请投资者注意做好风控。[2018/9/14]

这个数量能够通过计算指数分布的累积分布函数得出。

但就出块时间的差值而言，怎样才能其整个历史分布状况与预期分布进行对比呢？为了解决这个问题，我们需要利用指数分布的概率密度函数，这个函数可以通过f(x;λ) =?λe^-(λx)进行建模。针对出块时间问题，x等于上个区块出块后的某个时间点，λ作为率参数，等于1/600（即目标出块时间），概率密度函数用线性方式表示如下图：

我在写这篇文章的同时也绘制出了670000区块之后所有区块的预期分布状况，与上图的形状很相似。

金色快评：Facebook改变其对加密货币广告政策 风向有变:据recode消息，Facebook正在调整其加密货币广告禁令，允许一些预先受到批准的广告商推广加密业务及服务，例如交易所。但二元期权和ICO的广告仍然被禁止。就在今年年初社交网络巨头Facebook宣布，该公司将开始全面禁止那些旨在推广比特币、加密货币和ICO相关的所有广告。是什么促使了Facebook转变态度呢？很明显，加密货币行业是一个发展迅速、令人兴奋的行业，有很多潜在的广告商。站在Facebook的角度上考虑，只要通过一些审核手段保证Facebook的用户不会被，那么Facebook会很乐意获得额外的广告收入。与Facebook采取相同禁令的是Google，今年五月份，谷歌宣布将在六月份开始禁止广告主在其平台上投放与数字加密货币相关的广告。另外Twitter也有相关的禁令。Google和Facebook选择了禁止加密货币相关的广告，然而目前Facebook有解禁的意味，不知道Google、Twitter在之后是否也会在相关政策上有所调整，此番Facebook放松相关政策也意味着Facebook对于加密货币领域在风险评估上有所改善，不过值得注意的是ICO相关的广告依然被禁止，同时广告主们依然不是想投就能投的，依然要接受审查。Facebook在加密货币领域抱持小步试探的谨慎态度。[2018/6/27]

于是我收集了脚本的数据，并将其放入了以下这个表格中：

金色财经独家分析 日本加强加密货币交易所监管是对《资金结算法》的进一步深化:金色财经独家分析，日本金融厅（FSA）已经宣布将对加密货币交易所采取更加严厉的监管。日本关于虚拟货币的规制，主要规定于《资金结算法》，《资金结算法》（2017年4月1日实施）规定了虚拟货币的定义、虚拟货币交换业者的义务和处罚措施。虚拟货币交换业者是指依据《资金结算法》第63条第2款进行了登记的机构。根据《资金结算法》第63条第2款，未接受内阁总理大臣登记的，不得从事虚拟货币交换业务。据此，日本确立了虚拟货币交换业者的登记制度，并且，该制度同样适用于设立在外国（日本以外）的虚拟货币交换业者，即，未在日本登记的外国虚拟货币交换业者，不得对日本国内人员进行虚拟货币交易的劝诱活动。同时，规定虚拟货币交换业者的义务包括（1）信息安全管理（2）向投资者提供信息（3）投资者的财产管理（4）与指定虚拟货币交换业务纠纷解决机构签订合同义务（5）提交业务报告（6）备案义务。此次日本金融厅对加密货币交易所采取更加严厉的监管是在《资金结算法》的基础上对客户KYC等规定的进一步趋严。[2018/5/7]

显而易见的是，下图的x轴用对数表示更加合理，否则数据会过于分散，而观察不到一些有趣的现象。

不同挖矿时期

出块时间的预期分布是基于哈希率恒定不变的假设。但根据BTC的发展历史，其哈希率不可能是恒定不变的。

所以我选取了三个时期进行分析。

1.?CPU时代：哈希率相对平稳。

2.?GPU时代：哈希率加速上升。

ASIC时代：哈希率增速相对较缓

CPU时代

在CPU时代，对于出块时间少于10分钟的区块，实际数量比预期少，为什么会出现这种情况呢？我将在下文进行解释。

GPU时代

请注意，在GPU时代，情况截然相反，实际数量比预期要多，最可能是因为哈希率加速上升。

ASIC时代

在早期ASIC时代，BTC哈希率有大幅上升，我特地选取了距离当今较近的时间段，这样数据不会受到很大影响。我们能从上图看出，BTC出块数量仍然多于预期，但是不能够与GPU时代相比。

整个挖矿时代

如果将670000个区块的数据全部绘制成一张图表会是怎么样的呢？根据下图，实际出块时间与预期是非常吻合的，除了图中左边的部分。

根据上图，我们能得知，父区块挖出后29秒内出块的数量远低于预期，对此有没有合理的解释呢？

深入研究

在这个时间戳范围内的预期出块数量为30497。

另一方面，实际出块数量是22441。

那么为什么出块数量会相差8056？

我们发现，14296个区块的增量是负数，其中有3549个属于-29到0的区间范围内，那么剩下还有大约6000个区块，下文将会对这6000个区块进行详细分析。

通过绘制负增量的时间戳分布情况，我们能得出，下图基本上是正增量分布情况的镜像。

这是因为BTC协议允许负时间戳增量的存在，但这不是根本原因，我们要考虑到实际挖矿的工作过程：

1.?矿池会为下一个区块生成区块元。

2.?矿工向矿池发出工作请求，开始对区块元进行哈希计算。

3.?矿工将完成的工作返回给矿池，形成工作量证明。

所以问题就变成了：区块元的产生频率是多少？时间戳多久更新一次？

但是，我认为背后的答案更加复杂，因为矿工也有可能更新时间戳，这就牵涉到了研究特定ASIC应用的硬件或者固件。

上文提到，还剩下大约6000个时间戳增量是负的区块，对这些区块有合理的解释吗？我认为理论上是能够解释的，原因可能是时钟漂移或挖矿软件没有得到很好的适配。如果你了解BTC挖矿历史的话，早期矿工没有组成矿池，都是单独挖矿。所以矿工配置不能达到企业级别，这些业余矿工无法保证矿机数据与权威渠道定期同步。早期矿池都是由业余挖矿爱好者而不是全职专业人士运营。我认为，如果我的理论合理，那么随着挖矿产业逐渐成熟，矿池软件得到改进，时钟漂移出现的频率也在下降。所以我运行了另外一个脚本，按照时间绘制了时间戳增量为负的区块分布情况图。

根据上图，我们能看出，不仅时间戳增量为负的区块数量在减少，时钟漂移问题也逐渐得到改善，值得特别注意的是，自2017年底后，只有少数区块的时间戳增量为负。

总结

BTC大部分运行机制都基于数学原理。通过分析实际出块时间的分布情况，我们能发现，在过去12年中，10分钟出块时间这个机制运行非常良好，只出现过很少的极端情况，背后的原因也很容易找到。挖矿也形成了产业化，挖矿软件得到逐步改善，出块时间分布状况越来越符合预期。

这就是数学的力量！

本文内容来自于：Cypherpunk Cogitations

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