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？
金色晚报 | 5月29日晚间重要动态一览:12:00-21:00关键词：最高法信息中心、重启TON、成都、灰度GBTC、CME
1. 最高法信息中心已牵头制定司法区块链技术要求及管理规范。
2. 西南首个“区块链智慧产业园”落地成都。
3. 四川国资系统区块链创新研究联合实验室揭牌。
4. CME比特币期权交易量昨日创新高，突破6000万美元。
5. 社区宣布将重启TON，TONCommunity.org将同步启用。
6. 俄罗斯国家杜马官员：加密禁令实为确保公民主动申报加密交易以受法律保护。
7. V神：特朗普与Twitter等社交媒体巨头之争将凸显去中心化替代方案需求。
8. 分析：灰度GBTC增持BTC速度较快，投资者担心集中化问题。
9. Block.one宣布将于今天开始正式为BP投票。[2020/5/29]
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。
BTC减半倒计时｜金色财经挖矿收益播报:金色财经报道，据OKEx矿池数据显示，下一次BTC减半日期预计为2020年5月13日，今天距此还有27天。BTC当前块高626027，下一次减半块高630000。
今日全网算力约115.67EH/s，全网难度约14.72T，预测下次难度15.97T（8.55%），距离调整还剩还有6天，今日BTC收益：0.00001709BTC/T/天。[2020/4/15]
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。
新品发布会 | 金色直播间上线“直播带货功能”:4月2日18:00，金色财经举办以“?-ing”为主题的新产品发布会，金色财经运营总监陈添富首先介绍了金色直播间的创建。随后陈添富介绍新产品内容，活动方面，我们拥有全球最专业的区块链内容生产团队及活动团队，让您金色APP在手，全球活动会议我有！从股票市场转战币圈近3年时间，给我最大的感触是，在区块链行业，我们都是有问题的人！每天都有不同的问题问自己，或被人问及。所以，我们强化了问答功能。我们希望做到，只要您有问题，来到金色的直播间，能解答所有问题。而且将上线“直播带货功能”，播主带的“货”，只要合规的广告，播主可自主上传。[2020/4/2]
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：
金色财经独家分析 投机者增多加剧此轮市场波动:除了安全原因造成的利空诱发，此轮下跌是否另有诱因？金色财经分析，深层原因是去年12月到今年一季度期间，市场投资人结构有所变化。上一轮“洗牌”时，经历漫长牛市的比特币持有者套利变现，更多短线投机者接盘，市场投资人结构发生了变化——市场更加散户化，而“散户”更喜欢追涨杀跌，神经更加脆弱——这个特点更符合投机者的身份。从去年12月到今年3月底，市场持有者的这种变化也可以从最新的研究中一窥究竟：
区块链块链分析公司Chainalysis新的研究表明（如图中所示），市场目前有510万比特币投机资金，740万比特币投资资金，150万比特币可能丢失。从比特币逼近2万美元回落后，投机资金多增多——原有的长线持有者把数字资产卖给了新进入的短期投机者。新投机者的涌入则压低了比特币的价格，因为这些用户会比长期投资者更频繁操作持有的比特币，也更易受市场波动影响。事实上，自去年12月抛售潮开始以来，可供交易的比特币交易数量增加了57% 。
金色财经分析，前两日经历的这轮下跌，深层次的一个诱因正是投资者属性的变化造成市场更为敏感，这也可谓是上轮暴跌的“后遗症”。而部分机构和大户，也似乎也在利用这种市场情绪特征，有意推波助澜。[2018/6/12]
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。
金色财经现场报道 易见区块刘天成：区块链现在缺少“中间层”人才 可解决供应链融资问题 :区块链教育创新论坛暨“区块链+”学程发布会上，易见天树科技CTO刘天成说，当前产业内缺乏既懂技术又懂业务的人。我们很容易招到程序员和业务人员，但是既懂业务又懂技术的“中间层”的人才很欠缺。区块链改变了现在供应链的规则，需要用区块链技术重新设计业务。在贸易供应链上区块链大有可为，如在“应账款融资”业务上，区块链可以统筹付款方的支付能力、贸易背景的真实性、融资方的还款意愿三个重要因素，因此解决了信任问题，很好地管控供应链的金融风险。[2018/4/21]
于是我收集了脚本的数据，并将其放入了以下这个表格中：
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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