比特幣挖礦已正式進(jìn)入了ASIC時(shí)代

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

在比特幣的早期階段，挖礦是通過(guò)CPU（大多數(shù)計(jì)算機(jī)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(jī)會(huì)，因?yàn)檫@不需要使用專(zhuān)門(mén)的計(jì)算機(jī)硬件。

隨著時(shí)間的推移，一些礦工開(kāi)始使用更強(qiáng)大的硬件，以便在競(jìng)爭(zhēng)中取得優(yōu)勢(shì)。

在第二階段，礦工們開(kāi)始使用GPU（一種功能更強(qiáng)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(duì)特定哈希算法而進(jìn)行優(yōu)化的專(zhuān)用挖礦硬件。ASIC礦機(jī)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(jī)明顯要比GPU要更加強(qiáng)大。

隨著ASIC礦業(yè)經(jīng)濟(jì)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(shì)，而且他們還控制著ASIC礦機(jī)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(xiàng)業(yè)務(wù)的參與者。對(duì)于大型礦業(yè)公司來(lái)說(shuō)，這存在著巨大的規(guī)模經(jīng)濟(jì)，使得普通礦業(yè)公司更難參與競(jìng)爭(zhēng)。

正因?yàn)槿绱?，很多加密貨幣?xiàng)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(kāi)發(fā)門(mén)羅幣（Monero）專(zhuān)用ASIC設(shè)備后，門(mén)羅幣開(kāi)發(fā)者通過(guò)硬分叉改算法，以繼續(xù)保持門(mén)羅幣的“ASIC抗性”（目的是盡可能地分散挖礦）。從那時(shí)起，門(mén)羅幣有過(guò)幾次硬分叉嘗試，試圖抵抗ASIC設(shè)備的侵入，并抑制這類(lèi)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(kāi)始，以太坊的哈希算法Ethash就被設(shè)計(jì)為抗ASIC），然而，隨著時(shí)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(kāi)始為ProgPow算法的實(shí)現(xiàn)而爭(zhēng)論（ProgPow對(duì)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(xiàng)目都在努力保持對(duì)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(zhuān)用硬件，可產(chǎn)生比其他礦工更大的優(yōu)勢(shì)，大型礦機(jī)商就被鼓勵(lì)開(kāi)發(fā)ASIC設(shè)備。這就意味著，ASIC礦工與區(qū)塊鏈開(kāi)發(fā)者之間，會(huì)存在著一場(chǎng)類(lèi)似貓捉老鼠的游戲。

通過(guò)Nonce分布研究ASIC

有趣的是，通過(guò)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(kāi)發(fā)者試圖阻止它們的嘗試。

工作量證明（PoW）挖礦過(guò)程中，會(huì)反復(fù)哈希運(yùn)算一個(gè)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(guò)將區(qū)塊頭作為輸入，然后通過(guò)加密哈希算法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，對(duì)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(wú)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(gè)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(gè)從0到每個(gè)協(xié)議所設(shè)置上限的數(shù)字。

假設(shè)在理論上，任何一個(gè)nonce都可能導(dǎo)致一個(gè)獲勝的哈希，那么期望nonce隨機(jī)選擇并因此均勻分布就不無(wú)道理了。然而，對(duì)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(duì)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(hù)@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(mén)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(gè)共同模式：很多nonce接近于0。這可以用一個(gè)簡(jiǎn)單的策略來(lái)解釋?zhuān)摬呗园槊總€(gè)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(huì)找到一個(gè)獲勝的哈希。而Sergio Lerner利用這一事實(shí)，對(duì)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(lái)是隨機(jī)的。但在區(qū)塊高度達(dá)到400000左右時(shí)，出現(xiàn)了一種目前尚無(wú)法解釋的新模式，個(gè)別礦工會(huì)選擇一些細(xì)條紋nonce值。

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

查看（整個(gè)歷史過(guò)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(duì)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(duì)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?yàn)榈V工們的nonce選擇策略只是簡(jiǎn)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(mén)羅幣

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

門(mén)羅幣每6個(gè)月通過(guò)硬分叉進(jìn)行一次升級(jí)，而在過(guò)去的幾次升級(jí)中，其開(kāi)發(fā)者還對(duì)工作量證明算法進(jìn)行了一些調(diào)整，以避開(kāi)專(zhuān)用的ASIC挖礦硬件。這些硬分叉中的第一個(gè)是有爭(zhēng)議的，因?yàn)樗鼘?dǎo)致了幾個(gè)分叉項(xiàng)目及資產(chǎn)。

因此，我們可以研究這些變化對(duì)nonce分布的影響。

乍一看，我們可以注意到幾個(gè)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(gè)圖表上時(shí)，事情就變得更有趣了。

我們可以看到，這3次PoW升級(jí)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(guò)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(zhuān)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(yùn)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(méi)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(gè)簡(jiǎn)單的nonce挑選策略的特征：從0開(kāi)始，每次嘗試時(shí)遞增nonce。

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

但是，如果我們觀察nonce的每一bit隨時(shí)間的平均值，就會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)非常有趣的模式（請(qǐng)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(gè)區(qū)塊開(kāi)始，nonce的中間位開(kāi)始被設(shè)置為0，這比其他位要頻繁得多。隨著時(shí)間的推移，其他位也開(kāi)始有非隨機(jī)使用。有趣的是，粗略地看一下整個(gè)nonce分布或直方圖，并不能揭示這種模式，因?yàn)檎{(diào)整中間位并不會(huì)明顯影響n(yōu)once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(kāi)始增加nonce。

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

乍一看，在Antminer E3發(fā)布時(shí)，以太坊和ETC區(qū)塊的（bit 41） 位41平均值下降了。加入時(shí)間點(diǎn)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(shí)起，在兩條鏈上，它開(kāi)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(jì)劃發(fā)生時(shí)（2018年7月16日），其平均值急劇下降。

查看當(dāng)時(shí)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(kāi)始下降，但從7月16日開(kāi)始，即 E3礦機(jī)首次交付日起，它的值在兩大中國(guó)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(mén)羅幣開(kāi)發(fā)者繼續(xù)努力抵抗ASIC，針對(duì)專(zhuān)用硬件的戰(zhàn)斗可能不會(huì)很快結(jié)束。隨著戰(zhàn)爭(zhēng)的進(jìn)行，我們將密切關(guān)注，并繼續(xù)尋找nonce中的信號(hào)。

主流幣網(wǎng)絡(luò)一周數(shù)據(jù)匯總

近期的大波動(dòng)，也使得比特幣持有者的持倉(cāng)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(wàn)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(dòng)前）和10月26日（大幅波動(dòng)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(méi)有任何活動(dòng)，這表明價(jià)格上漲還不足以激勵(lì)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(mài)出（盡管由于交易所正常的熱錢(qián)包活動(dòng)，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(shí)出現(xiàn)了一些鏈上運(yùn)動(dòng)。