BAA:观点 | 检查区块Nonce分布追踪挖矿设备的变化_ruff币区块链最新消息

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。

中国工程院院士陈纯教授：香港可以勇当促进第三代互联网发展的试验田:金色财经报道，在香港 Web3.0 协会成立典礼上，中国工程院院士陈纯教授发表致辞时表示，香港可以充分发挥一国两制的优势，大胆先行先试，探索数字金融的模式和业务的创新，勇当促进第三代互联网发展的试验田，推动数字经济和实体经济深度融合，以数字化驱动生产，生活和治理方式的变革，助力我国成为21世纪世界数字经济发展的龙头。相信香港也能在服务国家战略的同时，寻找到一个新的发展方向并获得更强劲的发展动力。[2023/4/11 13:56:46]

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。

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

声音 | 陈纯院士：中国区块链赋能各行业亟需解决四项核心技术:中国工程院院士陈纯在接受采访时表示，中国区块链赋能各行业亟需解决四项核心技术。一是高性能关键技术。希望通过高性能的共识算法、高效智能合约引擎，能够提高共识效率与安全性。二是安全隐私关键技术。要基于可信执行环境等技术实现节点密钥管理和数据加密存储，防止文件被篡改。三是高可用性的关键技术。这方面包括动态成员的准入机制，以及节点失效后的快速恢复机制，不能整个系统停下来加节点，应该是可以实时动态的。四是高可扩展的关键技术。联盟链要方便适用于各场景，必然支持多种编程语言的使用。同时，还需要支持多类型、多组织形式的数据可信存储，支持跨链协同等。（浙江大学人民号）[2020/1/2]

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。

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。

声音 | 陈纯院士：中国应大力发展国产自主可控的区块链技术平台:11月26日，陈纯院士在人民日报刊文表示，从目前趋势来看，西方区块链技术发展重点是公有链，应用和产业发展重点主要是基于公有链的金融创新，而中国区块链技术发展重点是自主可控的联盟链，应用和产业发展重点是区块链如何服务于产业经济、政府服务和社会治理。今年以来，联盟链在我国金融、法律、医疗、能源、公益等诸多领域都有了实际落地应用。我们要充分认识区块链技术的核心价值，积极探索和拓展区块链技术在金融、民生、政务、工业制造等领域的应用落地，重点分析区块链技术能够解决的业务痛点以及在不同场景下的适用度，大力推动区块链应用产业发展，努力使区块链成为数字经济发展的新动能和社会信用体系的重要支撑。[2019/11/26]

关于比特币区块链的nonce分布模式，似乎最早是推特用户@100TrillionUSD在2019年1月初发现不对的。进一步的分析表明，门罗、以太坊和莱特币等区块链的nonce分布模式也存在一些奇怪之处。

比特币

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?。

声音 | 浙江大学院士陈纯：区块链可与工业互联网实现深度融合:11月9日下午，中国工业互联网研究院组织相关高校、研究机构、媒体和企业代表召开了“工业互联网+区块链”专家企业家媒体座谈会。浙江大学陈纯院士表示，区块链具有可信协作、隐私保护等技术优势，可与工业互联网实现深度融合，尤其是在工业互联网数据的确权、确责和交易等领域有着广阔应用前景，为构建国家工业互联网数据资源管理和服务体系提供了坚实技术基础。开展“工业互联网+区块链的深度应用和创新发展”相关研究，对促进我国工业生产数字化、网络化和智能化转型，推动实体经济高质量发展具有非常重要的意义。[2019/11/10]

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：

声音 | 陈纯院士：中国区块链发展亟待突破四项核心技术:金色财经报道，10月31日，中国工程院院士、浙江大学区块链研究中心主任陈纯在接受采访时表示，中国在区块链的部分领域具有一定优势，但现有区块链技术才刚起步，仍有很多核心技术亟待突破。??他认为，联盟链核心技术要突破，中国需要解决4项关键技术：高性能、安全隐私、高可用性以及高可扩展性关键技术。??陈纯特别提出，区块链目前处于发展初期，应当在其快速发展、拓宽应用领域前未雨绸缪，加强监管。在陈纯看来，正因为有效监管，国内或将大规模应用区块链以赋能经济建设。[2019/11/1]

-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。

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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