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。
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。
观点：加密矿企股价上涨可能是因为传统投资者在购买比特币时面临限制:随着比特币价格的上涨，涉及加密领域公司的股价也在飙升，尤其是比特币挖矿行业。加密研究公司Arcane的软件开发人员Torkel Rogstad接受采访时表示，进行比特币挖矿的回报可能是“巨大的”，矿业公司股价的上涨可能是因为传统投资者在购买比特币时面临限制。
“如果我必须指出一件事，那就是缺乏公开上市的比特币投资机会。”Rogstad说道，“我个人可以投资任何我想投资的东西，但如果你投资你的养老金投资组合，可能只允许投资于股票。同样的情况也适用于基金；在他们所谓的投资委托中，他们通常对可以投资什么有非常严格的规定。”他补充说：“因此，投资比特币公司可能是传统金融机构资金获得比特币敞口的一种方式，即使它们不被允许直接投资比特币。”（Decrypt）[2020/12/30 16:04:46]
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
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。
观点：链上解决方案无法与集中式匹配引擎竞争 DEX当前不适合专业交易员:去中心化交易所Loopring业务开发主管Matthew Finestone表示，自动做市商（AMM）DeFi协议具有产品市场契合度，适用于正在寻找吸引力的初创企业。但是，当前的去中心化交易所（DEX）迭代存在许多问题，可能会严重限制该市场的规模。虽然一些问题可以通过更好的链上扩展来解决，但Bitfinex首席技术官Paolo Ardoino称，链上解决方案永远无法与集中式匹配引擎竞争。在解释原因时，Ardoino补充说，链上解决的问题“仅仅是光速”。当全球各地的节点必须在一个区块上达成共识时，网络上的任何改进都无法抵御例如在交易所数据中心中共置交易基础设施所带来的性能提升。这些性能限制可能会严重阻碍专业交易员，尤其是高频交易商。Circle前交易主管Dan Matuszewski表示，DEX当前不适合专业交易员。他说：“这是针对小型交易者的。”（Cointelegraph）[2020/8/15]
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。
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。
观点：面对诸多挑战 BTC仍保持强大的韧劲:比特币发展过程中，许多事件都对其产生了负面影响。尽管如此，比特币仍然保持着难以置信的强劲状态。加密分析师PlanB指出，比特币面临多次挑战：2017年CME期货推出及FOMO浪潮、2018年美国政府打击ICO、2018年ETF挣扎、2018年BCH分叉、2019年Bakkt期货和2020年新冠疫情。面对这些挑战，比特币显示出了其强大的韧劲。（NewsBTC）[2020/6/9]
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?。
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。
观点：股市回调风险犹在，比特币作为对冲工具或迎来利好:比特币在1万美元的技术阻力位下方谨慎交易了一个多月。但在防御性投资组合中，再度买入避险资产的乐观情绪，可能在2020年推高比特币价格。纽约梅隆资产管理公司（BNY Mellon Asset Management）的Shamik Dhar在向英国《金融时报》发表的最新声明中表达了看涨的观点。
这位首席经济学家表示，由于一系列相互矛盾的指标，很多投资者并不买盘当前的股市反弹。因此，对冲基金购买对冲资产是有意义的。他提议，“考虑到目前的风险平衡，建议为投资组合购买主权债券、黄金和其他对冲工具，以为投资组合提供保险”。（Bitcoinist）[2020/6/8]
-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：
-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。
观点：随着看跌/看涨比率飙升 比特币将进一步下跌:根据Skew数据，比特币期权合约的看跌/看涨比率已经达到1.42，这是自12月中旬以来的最高点。期权合约为衍生品市场提供了一种独特的风险敏感度，因为它允许交易员根据不断变化的市场趋势选择退出头寸。这种“选择退出”既可以是买入，也可以是卖出。由于比特币的看跌/看涨比率超过了1，更多的交易员选择了有权出售的合约，而不是有权购买的合约。另一种解释是，与有权出售的交易员相比，选择买入的交易员数量有所下降。基于衍生品市场，期权并非是引发熊市情绪的主要指标。自3月6日以来，比特币期货的未平仓头寸也出现了大幅下降，3月9日的下跌加速了交易。由于交易者迅速平仓，集体期货市场的未平仓合约（OI）下降了4亿多美元。（AMBCrypto）[2020/3/11]
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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