加密货币世界的无限战争，ASIC与反ASIC

显示全部楼层 · 发表于 2019-10-30 14:10:45

自BTC诞生之初，社区就一直在争论是否应对抗日益强大的挖矿硬件。
在BTC的早期阶段，挖矿是通过CPU（大多数计算机中的标准处理单元）完成的，这使得普通人可拥有参与BTC挖矿的机会，因为这不需要使用专门的计算机硬件。
随着时间的推移，一些矿工开始使用更强大的硬件，以便在竞争中取得优势。
在第二阶段，矿工们开始使用显卡（一种功能更强大的“图形处理单元”，通常被用于游戏和3D渲染）进行挖矿。一般而言，显卡要比CPU贵一些，但普通人还是可以负担得起的。
再然后，BTC挖矿进入了ASIC时代，所谓ASIC代表“特定应用集成电路”，它们是针对特定哈希算法而进行优化的专用挖矿硬件。ASIC矿机被用于加密货币挖矿，且绝大多数只能用于这种应用。就效率而言，ASIC矿机明显要比显卡要更加强大。
随着ASIC矿业经济形成，制造新ASIC设备的公司要比其它挖矿公司更具优势，而且他们还控制着ASIC矿机供应。而制造一种新ASIC硬件线所需的大量前期投资，也减少了能够参与这项业务的参与者。对于大型矿业公司来说，这存在着巨大的规模经济，使得普通矿业公司更难参与竞争。
正因为如此，很多加密货币项目都试图防范ASIC。值得注意的是，在比特大陆和其他矿业公司在2018年初宣布开发XMR（Monero）专用ASIC设备后，XMR开发者通过硬分叉改算法，以继续保持XMR的“ASIC抗性”（目的是尽可能地分散挖矿）。从那时起，XMR有过几次硬分叉尝试，试图抵抗ASIC设备的侵入，并抑制这类设备的发展。
同样，第二大公链ETH，其大部分历史中也都是“抗ASIC”的（从1.0版本开始，ETH的哈希算法Ethash就被设计为抗ASIC），然而，随着时间的推移，ASIC设备制造商还是追上了脚步。
因此，ETH社区中的很多人现在又开始为ProgPow算法的实现而争论（ProgPow对Ethash进行了一些修订，目的是让ETH再次具有抵抗ASIC的能力）。
尽管这些项目都在努力保持对ASIC的抵制，但很难始终保持领先。
由于在抗ASIC的区块链上使用ASIC挖矿专用硬件，可产生比其他矿工更大的优势，大型矿机商就被鼓励开发ASIC设备。这就意味着，ASIC矿工与区块链开发者之间，会存在着一场类似猫捉老鼠的游戏。

通过Nonce分布研究ASIC

有趣的是，通过研究nonce分布，我们可观察到ASIC挖矿在某些链上的兴起，以及随后开发者试图阻止它们的尝试。
工作量证明（PoW）挖矿过程中，会反复哈希运算一个区块的header，直到其哈希值小于协议定义的目标值。这是通过将区块头作为输入，然后通过加密哈希算法来实现的，对于BTC而言，该算法就是安全哈希SHA-256算法（且连续应用了两次）。
为了在无需完全重建新区块头的情况下，为每次尝试获取不同的哈希，在区块头中，需纳入一个向矿工提供的特殊字段：nonce字段。这是矿工可更改的任意数字，以便修改区块头并生成小于目标哈希值的哈希。该nonce，是一个从0到每个协议所设置上限的数字。
假设在理论上，任何一个nonce都可能导致一个获胜的哈希，那么期望nonce随机选择并因此均匀分布就不无道理了。然而，对很多区块链进行分析后，我们发现，只有很少的区块链遵循这一预期。对此的解释是多种多样的，但nonce挑选策略的变化，往往与新挖矿硬件的引入有关，这表明不同的挖矿硬件具有不同的nonce挑选策略。
2019年1月初，Twitter用户@100trillionusd首次注意到了BTC的这种模式。而进一步的分析，在其他链上已显示出了一些奇怪的模式，比如XMR、ETH以及LTC。

BTC

最著名的nonce分布自然是BTC的，在其历史早期，BTC呈现出一个共同模式：很多nonce接近于0。这可以用一个简单的策略来解释，该策略包括为每个哈希递增nonce。由于BTC早期的算力是非常低的，挖矿只使用CPU进行，在检查所有可能的nonce值之前，通常会找到一个获胜的哈希。而Sergio Lerner利用这一事实，对属于中本聪的BTC进行了最认真的鉴定。
在显卡挖矿被引入之后，nonce空间看起来是随机的。但在区块高度达到400000左右时，出现了一种目前尚无法解释的新模式，个别矿工会选择一些细条纹nonce值。
BitMEPundi研究院对此模式进行了大量研究，但始终没有找到明确的解释。
查看（整个历史过程中）BTC区块nonce的直方图，可以清楚地看到这种模式，以及低nonce的显著性。

红线是假设均匀分布的期望值
对于更细粒度的分析，有兴趣的朋友可以查看bit（位）的分布。BTC中的nonce字段由4字节或32位组成。对nonce 32位中每一位的平均值进行分析，显示出了一些有趣的模式：

一个单元格的颜色越深，则nonce 位就越频繁地设置为1，而不是0，Pundi轴是区块的时间。
在BTC的历史之初，较高的bit（位）通常被设置为0，因为矿工们的nonce选择策略只是简单地增加bit（位）。低字节（图表底部的最后8 bit）似乎总是与某种模式一起使用，但直到最近才在低bit（位）中观察到模式的变化。

XMR

应用nonce分析方法，最有趣的研究对象就要属XMR（Monero）了。
XMR每6个月通过硬分叉进行一次升级，而在过去的几次升级中，其开发者还对工作量证明算法进行了一些调整，以避开专用的ASIC挖矿硬件。这些硬分叉中的第一个是有争议的，因为它导致了几个分叉项目及资产。
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模式，但当我们将网络难度和预定的硬分叉（调整PoW算法）叠加到这个图表上时，事情就变得更有趣了。

红线表示硬分叉的时间，而黑线表示网络难度
我们可以看到，这3次PoW升级都导致了网络难度的下降，其中有2次停止了之前存在的nonce模式。有趣的是，这些相同的nonce模式的引入，也与网络难度的急剧上升有关。
通过观察这些nonce分布模式，我们可以看到第一次分叉在阻止第一代专用硬件方面的有效性。此外，我们还可以看到一些矿工在第二次分叉之后，迅速运用上了第二代硬件，而后又被第三次硬分叉挫败。

ETH

乍一看，ETH的nonce空间几乎没有显示任何nonce分布模式或不规则。

而仔细看，在区块高度达到7,000,000后，我们可以看到，空间底部有一些较暗的水平线。
如果放大，你可以看到从数字2000000到4000000之间的底部斜线。这些可能是一个简单的nonce挑选策略的特征：从0开始，每次尝试时递增nonce。
区块的nonce直方图显示，随着时间的推移，值较低的nonce会略微占据优势：

但是，如果我们观察nonce的每一bit随时间的平均值，就会发现一个非常有趣的模式（请注意，ETH的nonce由64位组成，而不是BTC中的32位）：

一个单元格的颜色越深，则nonce 位就越频繁地设置为1，而不是0，Pundi轴是区块的时间。
从大约第1,380,000个区块开始，nonce的中间位开始被设置为0，这比其他位要频繁得多。随着时间的推移，其他位也开始有非随机使用。有趣的是，粗略地看一下整个nonce分布或直方图，并不能揭示这种模式，因为调整中间位并不会明显影响nonce的直方图。
有趣的是，ETH经典（以太经典）的nonce位分布显示了完全相同的模式：

一个单元格的颜色越深，则nonce 位就越频繁地设置为1，而不是0，Pundi轴是区块的时间。
顶部的白色垂直条纹表明一些矿工正在从0开始增加nonce。
比特大陆于2018年4月宣布了首款公开已知的Ethash ASIC矿机，并表示将于同年7月中旬首次交付。在前一个图表中同时标注两个日期显示了一些非常有趣的事：

红色虚线：E3公告，红色实线：E3交付时间
乍一看，在Antminer E3发布时，ETH和以太经典区块的（bit 41）位41平均值下降了。加入时间点后，模式更加引人注目：

红色虚线：E3公告，红色实线：E3交付时间
在2018年3月中旬之前，位41的平均值徘徊在0.5左右（这是假设灰色水平虚线表示的均匀分布的预期值）。然而，从那时起，在两条链上，它开始以同样的速度逐渐被设置为0。而只有ETH在第一次交付计划发生时（2018年7月16日），其平均值急剧下降。

红色虚线：E3公告，红色实线：E3首次已知交付时间
查看当时排名前5的矿池，我们可以看到，位41的平均值在所有矿池中都开始下降，但从7月16日开始，即 E3矿机首次交付日起，它的值在两大中国矿池（Sparkpool和F2Pool）中进一步下降。

战斗还在继续

随着progpow的逼近以及XMR开发者继续努力抵抗ASIC，针对专用硬件的战斗可能不会很快结束。随着战争的进行，我们将密切关注，并继续寻找nonce中的信号。

主流币网络一周数据汇总

近期的大波动，也使得BTC持有者的持仓分布发生了较大的变化。

目前的快照显示，成本在13000美元以上的BTC已属于少数，大量的币成本在2000美元至13000美元之间，近400万BTC（占总供应量的22%）的成本基础低于500美元。
这里我们展示了10月24日（大幅波动前）和10月26日（大幅波动后）的BTC分布变化。成本基础在13000美元以上或7000美元以下的BTC，几乎没有任何活动，这表明价格上涨还不足以激励这些持有人出售。相反，成本在7000美元至8500美元之间的BTC，最有可能被卖出（尽管由于交易所正常的热钱包活动，这些数字可能被稍微夸大了）。另外，在9000美元至12000美元的范围内，有少量BTC确实出现了一些链上运动。

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加密货币世界的无限战争，ASIC与反ASIC

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