比特幣挖礦已正式進(jìn)入了ASIC時代

自比特幣誕生之初，社區(qū)就一直在爭論是否應(yīng)對抗日益強大的挖礦硬件。

在比特幣的早期階段，挖礦是通過CPU（大多數(shù)計算機中的標(biāo)準(zhǔn)處理單元）完成的，這使得普通人可擁有參與比特幣挖礦的機會，因為這不需要使用專門的計算機硬件。

隨著時間的推移，一些礦工開始使用更強大的硬件，以便在競爭中取得優(yōu)勢。

在第二階段，礦工們開始使用GPU（一種功能更強大的“圖形處理單元”，通常被用于游戲和3D渲染）進(jìn)行挖礦。一般而言，GPU要比CPU貴一些，但普通人還是可以負(fù)擔(dān)得起的。

所謂ASIC代表“特定應(yīng)用集成電路”，它們是針對特定哈希算法而進(jìn)行優(yōu)化的專用挖礦硬件。ASIC礦機被用于加密貨幣挖礦，且絕大多數(shù)只能用于這種應(yīng)用。就效率而言，ASIC礦機明顯要比GPU要更加強大。

隨著ASIC礦業(yè)經(jīng)濟形成，制造新ASIC設(shè)備的公司要比其它挖礦公司更具優(yōu)勢，而且他們還控制著ASIC礦機供應(yīng)。而制造一種新ASIC硬件線所需的大量前期投資，也減少了能夠參與這項業(yè)務(wù)的參與者。對于大型礦業(yè)公司來說，這存在著巨大的規(guī)模經(jīng)濟，使得普通礦業(yè)公司更難參與競爭。

正因為如此，很多加密貨幣項目都試圖防范ASIC。值得注意的是，在比特大陸和其他礦業(yè)公司在2018年初宣布開發(fā)門羅幣（Monero）專用ASIC設(shè)備后，門羅幣開發(fā)者通過硬分叉改算法，以繼續(xù)保持門羅幣的“ASIC抗性”（目的是盡可能地分散挖礦）。從那時起，門羅幣有過幾次硬分叉嘗試，試圖抵抗ASIC設(shè)備的侵入，并抑制這類設(shè)備的發(fā)展。

同樣，第二大公鏈以太坊，其大部分歷史中也都是“抗ASIC”的（從1.0版本開始，以太坊的哈希算法Ethash就被設(shè)計為抗ASIC），然而，隨著時間的推移，ASIC設(shè)備制造商還是追上了腳步。

因此，以太坊社區(qū)中的很多人現(xiàn)在又開始為ProgPow算法的實現(xiàn)而爭論（ProgPow對Ethash進(jìn)行了一些修訂，目的是讓以太坊再次具有抵抗ASIC的能力）。

盡管這些項目都在努力保持對ASIC的抵制，但很難始終保持領(lǐng)先。

由于在抗ASIC的區(qū)塊鏈上使用ASIC挖礦專用硬件，可產(chǎn)生比其他礦工更大的優(yōu)勢，大型礦機商就被鼓勵開發(fā)ASIC設(shè)備。這就意味著，ASIC礦工與區(qū)塊鏈開發(fā)者之間，會存在著一場類似貓捉老鼠的游戲。

通過Nonce分布研究ASIC

有趣的是，通過研究nonce分布，我們可觀察到ASIC挖礦在某些鏈上的興起，以及隨后開發(fā)者試圖阻止它們的嘗試。

工作量證明（PoW）挖礦過程中，會反復(fù)哈希運算一個區(qū)塊的header，直到其哈希值小于協(xié)議定義的目標(biāo)值。這是通過將區(qū)塊頭作為輸入，然后通過加密哈希算法來實現(xiàn)的，對于比特幣而言，該算法就是安全哈希SHA-256算法（且連續(xù)應(yīng)用了兩次）。

為了在無需完全重建新區(qū)塊頭的情況下，為每次嘗試獲取不同的哈希，在區(qū)塊頭中，需納入一個向礦工提供的特殊字段：nonce字段。這是礦工可更改的任意數(shù)字，以便修改區(qū)塊頭并生成小于目標(biāo)哈希值的哈希。該nonce，是一個從0到每個協(xié)議所設(shè)置上限的數(shù)字。

假設(shè)在理論上，任何一個nonce都可能導(dǎo)致一個獲勝的哈希，那么期望nonce隨機選擇并因此均勻分布就不無道理了。然而，對很多區(qū)塊鏈進(jìn)行分析后，我們發(fā)現(xiàn)，只有很少的區(qū)塊鏈遵循這一預(yù)期。對此的解釋是多種多樣的，但nonce挑選策略的變化，往往與新挖礦硬件的引入有關(guān)，這表明不同的挖礦硬件具有不同的nonce挑選策略。

2019年1月初，Twitter用戶@100trillionusd首次注意到了比特幣的這種模式。而進(jìn)一步的分析，在其他鏈上已顯示出了一些奇怪的模式，比如門羅幣、以太坊以及萊特幣。

比特幣

最著名的nonce分布自然是比特幣的，在其歷史早期，比特幣呈現(xiàn)出一個共同模式：很多nonce接近于0。這可以用一個簡單的策略來解釋，該策略包括為每個哈希遞增nonce。由于比特幣早期的算力是非常低的，挖礦只使用CPU進(jìn)行，在檢查所有可能的nonce值之前，通常會找到一個獲勝的哈希。而Sergio Lerner利用這一事實，對屬于中本聰?shù)谋忍貛胚M(jìn)行了最認(rèn)真的鑒定。

在 GPU挖礦被引入之后，nonce空間看起來是隨機的。但在區(qū)塊高度達(dá)到400000左右時，出現(xiàn)了一種目前尚無法解釋的新模式，個別礦工會選擇一些細(xì)條紋nonce值。

BitMEX研究院對此模式進(jìn)行了大量研究，但始終沒有找到明確的解釋。

查看（整個歷史過程中）比特幣區(qū)塊nonce的直方圖，可以清楚地看到這種模式，以及低nonce的顯著性。

對于更細(xì)粒度的分析，有興趣的朋友可以查看bit（位）的分布。比特幣中的nonce字段由4字節(jié)或32位組成。對nonce 32位中每一位的平均值進(jìn)行分析，顯示出了一些有趣的模式：

在比特幣的歷史之初，較高的bit（位）通常被設(shè)置為0，因為礦工們的nonce選擇策略只是簡單地增加bit（位）。低字節(jié)（圖表底部的最后8 bit）似乎總是與某種模式一起使用，但直到最近才在低bit（位）中觀察到模式的變化。

門羅幣

應(yīng)用nonce分析方法，最有趣的研究對象就要屬門羅幣（Monero）了。

門羅幣每6個月通過硬分叉進(jìn)行一次升級，而在過去的幾次升級中，其開發(fā)者還對工作量證明算法進(jìn)行了一些調(diào)整，以避開專用的ASIC挖礦硬件。這些硬分叉中的第一個是有爭議的，因為它導(dǎo)致了幾個分叉項目及資產(chǎn)。

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模式，但當(dāng)我們將網(wǎng)絡(luò)難度和預(yù)定的硬分叉（調(diào)整PoW算法）疊加到這個圖表上時，事情就變得更有趣了。

我們可以看到，這3次PoW升級都導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)難度的下降，其中有2次停止了之前存在的nonce模式。有趣的是，這些相同的nonce模式的引入，也與網(wǎng)絡(luò)難度的急劇上升有關(guān)。

通過觀察這些nonce分布模式，我們可以看到第一次分叉在阻止第一代專用硬件方面的有效性。此外，我們還可以看到一些礦工在第二次分叉之后，迅速運用上了第二代硬件，而后又被第三次硬分叉挫敗。

以太坊

乍一看，以太坊的nonce空間幾乎沒有顯示任何nonce分布模式或不規(guī)則。

而仔細(xì)看，在區(qū)塊高度達(dá)到7，000，000后，我們可以看到，空間底部有一些較暗的水平線。

如果放大，你可以看到從數(shù)字2000000到4000000之間的底部斜線。這些可能是一個簡單的nonce挑選策略的特征：從0開始，每次嘗試時遞增nonce。

區(qū)塊的nonce直方圖顯示，隨著時間的推移，值較低的nonce會略微占據(jù)優(yōu)勢：

但是，如果我們觀察nonce的每一bit隨時間的平均值，就會發(fā)現(xiàn)一個非常有趣的模式（請注意，以太坊的nonce由64位組成，而不是比特幣中的32位）：

從大約第1，380，000個區(qū)塊開始，nonce的中間位開始被設(shè)置為0，這比其他位要頻繁得多。隨著時間的推移，其他位也開始有非隨機使用。有趣的是，粗略地看一下整個nonce分布或直方圖，并不能揭示這種模式，因為調(diào)整中間位并不會明顯影響nonce的直方圖。

有趣的是，以太坊經(jīng)典（ETC）的nonce位分布顯示了完全相同的模式：

頂部的白色垂直條紋表明一些礦工正在從0開始增加nonce。

比特大陸于2018年4月宣布了首款公開已知的Ethash ASIC礦機，并表示將于同年7月中旬首次交付。在前一個圖表中同時標(biāo)注兩個日期顯示了一些非常有趣的事：

乍一看，在Antminer E3發(fā)布時，以太坊和ETC區(qū)塊的（bit 41） 位41平均值下降了。加入時間點后，模式更加引人注目：

在2018年3月中旬之前，位41的平均值徘徊在0.5左右（這是假設(shè)灰色水平虛線表示的均勻分布的預(yù)期值）。然而，從那時起，在兩條鏈上，它開始以同樣的速度逐漸被設(shè)置為0。而只有以太坊在第一次交付計劃發(fā)生時（2018年7月16日），其平均值急劇下降。

查看當(dāng)時排名前5的礦池，我們可以看到，位41的平均值在所有礦池中都開始下降，但從7月16日開始，即 E3礦機首次交付日起，它的值在兩大中國礦池（Sparkpool和F2Pool）中進(jìn)一步下降。

戰(zhàn)斗還在繼續(xù)

隨著progpow的逼近以及門羅幣開發(fā)者繼續(xù)努力抵抗ASIC，針對專用硬件的戰(zhàn)斗可能不會很快結(jié)束。隨著戰(zhàn)爭的進(jìn)行，我們將密切關(guān)注，并繼續(xù)尋找nonce中的信號。

主流幣網(wǎng)絡(luò)一周數(shù)據(jù)匯總

近期的大波動，也使得比特幣持有者的持倉分布發(fā)生了較大的變化。

目前的快照顯示，成本在13000美元以上的比特幣已屬于少數(shù)，大量的幣成本在2000美元至13000美元之間，近400萬比特幣（占總供應(yīng)量的22%）的成本基礎(chǔ)低于500美元。

這里我們展示了10月24日（大幅波動前）和10月26日（大幅波動后）的比特幣分布變化。成本基礎(chǔ)在13000美元以上或7000美元以下的比特幣，幾乎沒有任何活動，這表明價格上漲還不足以激勵這些持有人出售。相反，成本在7000美元至8500美元之間的比特幣，最有可能被賣出（盡管由于交易所正常的熱錢包活動，這些數(shù)字可能被稍微夸大了）。另外，在9000美元至12000美元的范圍內(nèi)，有少量比特幣確實出現(xiàn)了一些鏈上運動。
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