今日推荐 | 比特币矿机的朝代更替：通过随机数分布图追踪S9、S17矿工

原标题：《比特币矿工的朝代更替：通过Nonce分布图追踪S9和S17矿工》

作者：Karim Helmy，Coin Metrics

编译：洒脱

随着比特币接近下一次减半，其网络正在经历多次转变。 除了奖励调整导致挖矿经济学发生重大变化外，比特大陆的 Antminer S17 矿机也正在取代长期存在的 S9 系列矿机，成为网络的主导挖矿硬件。

据悉，比特大陆在2016年发布了蚂蚁矿机S9，此后迅速成为市场上最受欢迎的SHA-256矿机。 经过几年的发展，S9依然占据了很大的市场比重。

由于缺乏关于个别矿工使用的挖矿硬件类型的公开数据，因此很难衡量这种转变发生的速度。 然而，有一个来源确实揭示了挖矿硬件的趋势：网络的随机数分布。 矿工将这些任意数字的排列包含在每个区块的哈希值中，暗示了多年来挖矿硬件的使用发生了怎样的变化。

在我们之前关于网络状态的报告中，我们研究了如何使用随机数分布模式来检测 ASIC 的兴起。 在本报告中，我们将进一步探讨比特币 nonce 随机数分布的特点，以及分布条纹背后的来源，以调查挖矿硬件的最新变化。 然后，我们将按矿池细分这些数据，以便更深入地了解特定矿池使用的硬件。

了解使用金色弹珠的比特币开采过程

挖矿是比特币安全模型的关键部分，可以说是对之前数字货币创造尝试的最重要改进。 挖矿的含义虽然比较复杂，但是背后的概念还是比较容易理解的。

从矿工的角度来看，开采一个区块类似于从袋子里反复挑选弹珠而不放回弹珠。 需要知道的是挖比特币时间变化图，袋子里弹珠的数量非常多，其中蓝色弹珠的比例非常大，而金色弹珠的比例非常小。 当矿工从袋子中取出金色大理石时，他会收到奖励。

用更专业的术语来解释：比特币矿工竞相寻找的是一个黄金随机数，当它被添加到提议的区块头时，其哈希值低于由网络难度参数确定的某个值。 矿工通过猜测值并检查生成的哈希值是否低于特定阈值来搜索只能使用一次的随机数或任意数字。 第一个为有效区块找到此值并将其广播到网络的矿工有权选择和排序区块中的交易，这是最终使这些交易有效的必要步骤。

作为回报，矿工从区块中包含的任何交易中获得区块奖励和费用，这两者都是通过特殊的 coinbase 交易赚取的。 假设 SHA-256 哈希函数的属性保持不变，任何给定块的 golden nonce 的分布是随机的，除非通过强力计算，否则无法找到 golden nonce。

由于对 coinbase 交易的引用包含在区块头中，因此每个挖矿实体都从不同的分布中抽样。 换句话说，每个实体都从装有相同数量弹珠的不同袋子中取出弹珠，并期望蓝色和金色弹珠的比例相同。

金色弹珠的比例由网络难度参数（由网络自动调整）决定，并在相关期间内固定。 如今，由于高区块难度和随机方差，特定区块头通常没有黄金随机数。 换句话说，有些袋子不含金色弹珠。

矿工用完提议区块的 nonce 空间通常会增加区块的时间戳以生成一组新的 nonce。 也就是说，当矿工拿完弹珠后，他们会抓起一个装满弹珠的新袋子。 如果时间戳已达到进一步调整使其无效的程度，则矿工必须调整区块中包含的交易集。 同样，如果一个矿工在一个房间里的袋子用完了，他们就需要从另一个房间里再拿一些，这是很费时间的。

为了增加在恒定时间内找到金色弹珠的概率，矿工可以并行计算，类似于一次抓取一把弹珠而不是一次抓取一个弹珠。 通过使用适合该任务的硬件（特别是 GPU 和称为 ASIC 的专用芯片），可以并行查找随机数。 ASIC 的并行化效率高于任何其他方法。

在另一种形式的并行计算中，几个矿工协调他们的随机数发现并同意分配任何挖矿奖励，并且以这种方式行事的矿工群体被称为矿池，他们的运营商通常收取费用，个体矿工接受减少他们收入的波动性。

比特币的 Nonce 随机数分布

比特币的难度参数每两周调整一次，如果网络上执行的计算量保持不变，平均每 10 分钟就会产生一个新块。 此功能可确保即使哈希率可能发生较大变化，网络也能继续运行。 在一个由并行计算矿工主导的完全竞争的挖矿市场中，我们可以预期，随着时间的推移，黄金随机数的分布应该看起来像一个均匀分布。 但令人惊讶的是，事实并非如此。

图中左侧附近的非随机分布可以归因于通过迭代测试从0开始的值进行挖矿。如果矿工正在通过CPU并在没有并行化的情况下作为个体进行挖矿，那么就不可能与池中的其他成员发生冲突，则此策略与任何其他策略一样有效，因为每个新块的随机数分布是独立的。 该模型的消失恰逢并行计算的 GPU 矿工的引入。

在图的右侧附近，有一个条纹区域，随机数很少。 据我们所知，这一异常最早是由推特用户@100TrillionUSD 于 2019 年 1 月发现的。该区域如下图所示。

此后不久，BitMEX 的一篇研究论文探讨了这种奇怪的模式，推测这种异常是由有争议的挖矿优化技术 AsicBoost 引起的。

AsicBoost 有两种变体：1. 隐式 AsicBoost（在链上不可明确观察），以及 2. 公共 AsicBoost（在链上显然可观察）。 BitMEX 研究团队讨论了这两种变体，但对隐蔽 AsicBoost 的效果特别感兴趣，在 2017 年 8 月隔离见证 (SegWit) 激活后，它几乎不可能用于非空块。当然，研究人员不能不要证实他们的猜测。

在 2019 年 10 月的第 23 期中，我们深入研究了比特币的 nonce 分布，注意到了一种条纹模式。 从那以后，条纹模式逐渐消失，最近开采的区块随机数似乎更加随机分布。

然而，随机数分布的异常似乎与 AsicBoost 没有直接关系。 Covert AsicBoost 在 2017 年不可用，第一个支持显性 AsicBoost 的固件更新于 2018 年 10 月发布，但这两个日期之间的随机数分布条纹清晰可见。 此外，虽然公开的 AsicBoost 使用率仍然很高，但这种异常模式在新生成的区块中不再可见，无论是否存在公开的 AsicBoost。

另一种可能性是，随机数分布的模式可能是由比特大陆的 Antminer S7 和 S9 系列矿工对随机数进行采样的方式引起的。 该图像可能是由优化的副作用引起的，最终对矿工和网络都是无害的。

当查看网络上所有的 nonce 值时，条纹图案在 2015 年底首次变得清晰，恰逢比特大陆于 8 月下旬发布 S7 并于当年 9 月下旬完成订单。

Antminer S9于2016年5月下旬发布，第一批买家于当年6月中旬收到订单。 不久之后，随着 S9 取代 S7 成为当时比特币网络的主要矿工，条纹变得更窄。

该模型最近的崩溃恰逢从 S9 到网络上的主要矿工 Antminer S17 的过渡。 尽管 S17 于 2019 年 4 月发布，但直到最近，由于采矿经济学的原因，矿工仍在使用 S9。

总结分析

通过对每个区块的矿工数据集进行分层，我们可以更细致地了解 nonce 分布。

我们知道，一个区块的矿工通常是通过该区块的coinbase数据字段中的标记来标识的，而且这些标识都是自愿提供的，存在伪造的可能。 矿工不需要留下信息，他们可以选择留下另一个矿池的标签来代替自己的。 所以，在某些情况下，这些误导行为甚至是有诱因的，因此我们应该认识到这种做法的缺点。 然而，这项技术现在已成为行业标准，虽然许多矿工选择不留下他们的识别码，但我们不认为大规模造假正在发生。

一旦我们按矿工对区块进行排序，我们就可以将此信息合并到我们的比特币随机数分布图中。

我们也可以看看各个矿池的nonce分布情况。 即使在这种情况下，异常图案仍然可见。 看看下面的图表，它显示了 Antpool 和 BTC.com（均由比特大陆所有）以及 ViaBTC 开采的区块。

在比特大陆矿池的随机数分布中，条纹模式更加清晰。 这表明这些矿池在相关时期拥有更高比例的 S7 和 S9 矿工，考虑到这些矿池与这些矿工的制造商之间的关联，这是意料之中的。

2015年，未知实体挖出的区块比例急剧下降，这是扩容战的结果。 在此期间，许多以前匿名的矿工开始在链上表明自己的身份，以表达他们的支持或反对。 块大小增加。 今天，通过哈希算力，我们可以识别绝大多数矿工。 条纹状图案隐约出现在由未知矿工开采的区块随机数中，它们逐渐消失。

综上所述

蚂蚁S9自2016年发布以来，一直是比特币网络上使用率最高的矿机型号。虽然去年比特大陆发布了S17，但S9在一段时间内仍保持经济性，但随着全网算力的不断提升和市场的变化条件下，该型号矿机正在被淘汰。

在矿工从 S9 过渡到 S17 的同时，曾经是比特币 nonce 分布的决定性特征的条纹模式已经消失。 这些出现在看似随机空间中的神秘条纹的来源一直是人们猜测的主题。 然而，条纹出现的时间支持这样一种理论，即这些线条是挖矿硬件的产物，特别是之前的 S9 和 S7。

Nonce 数据使我们能够以一种仅通过公共信息无法实现的方式来衡量这种转变的规模和速度。 利用 S9 在 nonce 采样中留下的痕迹挖比特币时间变化图，我们可以估计这些矿工在网络中的比例。 通过矿池分离这些数据提供了关于矿工运营效率的独特信息，我们将在未来的报告中介绍这些信息。

本周网络数据洞察

比特币 (BTC) 采矿业在过去一周显示出健康复苏的迹象，网络哈希率增长了大约 7.3%。 效率低下的矿工可能已经开始投降，并被更高效的矿工取代，这有利于网络的长期健康发展。 有关矿工经济学和近期难度降低的影响的更多信息，请参阅网络状况第 44 期报告。

此外，本周BTC活跃地址数也出现回升的积极迹象，数据同比增长6.3%。 相比之下，以太坊 (ETH) 的活跃地址则相反，上周同比下降 13.4%。

网络数据亮点

自 3 月 12 日比特币市场经历重大崩盘以来，持有少量 BTC 的地址数量一直在增加。

在过去 90 天里，持有 BTC 总供应量的十亿分之一到十亿分之一的地址数量增加了大约 6%。 同样，总供应量的 1/100,000,000 到 1,000,000,000 之间的地址数量增加了约 4%。

从3月12日左右开始，两者的增速都明显加快。 随着新用户开始获得相对少量的 BTC，这可能表明采用率正在增长。

来自 Coin Metrics 的数据

在我们的研究范围内，交易所持有的 ETH 数量有所增加，而交易所持有的 BTC 数量则有所减少。

其中，ETH数量增加约5%，而BTC数量减少约3%。 BTC 的下跌主要与 BitMEX 持有的供应量迅速减少有关。

下图显示了以下交易所（Bitfinex、Binance、Bitstamp、Bittrex、Gemini、Huobi、Kraken、BitMEX 和 Poloniex）持有的 ETH 和 BTC 总量的 30 天变化。

在我们研究的所有交易所中，Bitfinex 的 ETH 供应量增幅最大。 在过去的 30 天内，Bitfinex 持有的 ETH 数量增加了约 17%，而其他交易所的增幅均未超过 10%。

市场数据分析

过去一周，加密货币市场开始攀升，并开始收复 3 月 12 日遭受的损失。我们之前的研究发现，3 月 12 日的抛售是由短期持有者推动的，并受到 BitMEX 清算螺旋的影响。 人们普遍认为，这种抛售反映了传统市场的情况，而 Coinbase 上用户活动的增加表明散户投资者的情绪似乎没有受到影响。

关于比特币是“风险资产”还是“避险资产”的争论仍在继续。 一些市场参与者观察到，比特币的“避风港”叙事在过去一个月中受到破坏，对机构投资者进入该领域的意愿产生了负面影响。

通过观察比特币和黄金，可以提供一些证据表明这种说法是有道理的，而且它可能比以往任何时候都更强大。

数据显示，过去30天，比特币与黄金的关联度创下历史新高。