金色硬核 | BTC出塊時間出現差異：理論與實際對比_區塊鏈:Phantasia

BTC出塊時間出現差異：理論與實際對比

BTC區塊時間戳歷史分布情況究竟有多符合預期？

本周，我收到了一些消息提醒，這些提醒都是關于一個時不時會出現的問題：

“BTC區塊鏈兩個小時都不能挖到一個塊的情況多久會出現一次呢？昨晚，我偶然發現了在區塊670637和638之間出現了這個狀況。”

這讓我陷入了思考，我不禁想到在過去12年中，BTC區塊時間戳歷史分布情況究竟有多符合預期？

我之前也對BTC時間戳機制進行過討論，有充分理由認為BTC的安全性很高，其時間戳背后的博弈論機制也非常完美。

金色晚報 | 4月8日晚間重要動態一覽:12:00-21:00關鍵詞：BCH減半、Ripple、EOS、挖礦難度

1. BCH完成首次減半 最新爆塊獎勵減至6.25BCH。

2. Block.one計劃于5月開始參與EOS投票。

3. Ripple向其前CTO發送逾6370萬枚XRP，相關協議或在今年到期。

4. 區塊鏈防偽溯源寫入國家最高安全標準。

5. Cryptopia被盜案聽證會判決：加密貨幣實益所有者為賬戶持有人。

6. BTC挖礦難度已上調5.77%至14.72T。

7. 北京市西城區：推進政務服務領域區塊鏈技術應用。

8. 川財證券：央行數字貨幣產業鏈逐漸形成，將為發行端等帶來業務機會。

9. 加密貨幣交易所Bisq因“嚴重安全漏洞”暫停交易。[2020/4/8]

幸運的是，你如果有一個節點的話，就能很輕松地循環訪問所有BTC區塊頭，查看它們的時間戳。為此，我寫了個腳本，我的筆記本電腦只用了5分鐘就查看了所有的時間戳。

請注意，為了方便測量數據，BTC區塊鏈中第100個區塊之前都被我排除了，因為BTC誕生之初，礦工數量很少，發生了一些很特殊的狀況。

金色午報 | 1月18日午間重要動態一覽:7:00-12:00關鍵詞：深圳、上海市、BCH、澳本聰

1. 深圳市稅務局副局長：未來將上線基于區塊鏈的納稅證明等創新項目；

2. Block.one CEO BB 澄清Coindesk不實新聞；

3. 衡水市市長吳曉華：運用區塊鏈建設智慧醫療、智慧旅游等29個智慧城市項目；

4. 上海市人民檢察院檢察長：加強對涉“區塊鏈”犯罪研判和打擊；

5. 區塊鏈增值稅退稅APP將使外國游客在泰國消費增加10%；

6. 外媒：加密貨幣市場市值未來幾周或將突破3000億美元；

7. BCH持續上漲突破400美元關口，日內漲幅超14%；

8. 蘭州市《政府工作報告》提出積極推廣區塊鏈等新技術；

9. 律師：澳本聰目前尚未擁有80億美元比特幣的私鑰。[2020/1/18]

結果表明，有190個區塊在前一個區塊出塊后106分鐘才被挖出，占迄今挖出的67萬個區塊中的0.0028%，非常接近0.0025%的預期值！這個結果很容易通過計算得出，但只能代表某個特定時間段內出塊時間的差值分布情況。

深層次分析

如果要對這個問題進行深入思考，Felix?Weiss已經解決了這個問題，他提供了一種方法，能夠確定在前一個區塊挖出后的特定時間段內應該挖出的區塊數量。

金色財經現場報道 哈希投行創始人葉京：打通六個布局 形成六個生態:金色財經現場報道，在“2018聯盟鏈的未來暨瑞鏈科技區塊鏈產品發布會”上，進行以《聯盟鏈的未來》為題的圓桌論壇，哈希投行創始人葉京指出：我們經過總結，認為區塊鏈行業有六個賽道，每個賽道都有機會。第一是交易所環節，綜合性的交易所其實已經沒有機會了，但垂直領域的交易所有機會；第二是礦場，包括礦機芯片；第三是公鏈，關于聯盟鏈等底層技術，公鏈領域有巨大的機會，每個垂直的行業和場景都會細化出自己的公鏈；第四是投行，目前投行有很多服務型的價值，很多行業對于區塊鏈的理解和設計還不是很清晰，區塊鏈領域中尚沒有頂尖投行，我們希望成為第一家；第五是DApp應用，目前的大部分應用還不是十分的落地，這塊未來面臨很大的機會；第六是媒體和社群的布局。我們希望能打通六個布局，形成六個生態。[2018/5/31]

這個數量能夠通過計算指數分布的累積分布函數得出。

但就出塊時間的差值而言，怎樣才能其整個歷史分布狀況與預期分布進行對比呢？為了解決這個問題，我們需要利用指數分布的概率密度函數，這個函數可以通過f(x;λ)=?λe^-(λx)進行建模。針對出塊時間問題，x等于上個區塊出塊后的某個時間點，λ作為率參數，等于1/600，概率密度函數用線性方式表示如下圖：

金色財經現場報道 鄧迪：區塊鏈變革貨幣市場大力助推實體經濟 :金色財經現場報道，在 今天的2018全球區塊鏈高峰論壇上，中國區塊鏈應用研究中心理事長、太一云董事長鄧迪做了題為“世界的區塊鏈：未來我們將如何互相聯結”主旨演講，鄧迪說談到貨幣市場時說：貨幣市場是超天量市場，各個國家都在進行國家數字貨幣研究，有些國家已經宣布研發出了國家數字貨幣，國家數字貨幣一旦進入到全球區塊鏈市場，帶來的流動性、交易對手都是海量的。我們可以看到當四種傳統資產進入區塊鏈世界后，他會帶來我們傳統世界大量實物資產、實體經濟。最牛的企業還在股票市場上，一旦進入全球市場上，流動性會大大提高。[2018/4/29]

我在寫這篇文章的同時也繪制出了670000區塊之后所有區塊的預期分布狀況，與上圖的形狀很相似。

金色財經現場報道 CSDN創始人蔣濤：未來所有公司都要互聯網化:金色財經現場報道，在2018區塊鏈企業級服務創新論壇暨權大師A輪融資及戰略升級發布會上，CSDN創始人蔣濤表示，企業智能化成熟度模型由低到高是：無信息化、數字化、商業智能、算法模型、AI采用、AI驅動。未來所有的公司都要互聯網化，用數據支撐運營。[2018/4/20]

于是我收集了腳本的數據，并將其放入了以下這個表格中：

顯而易見的是，下圖的x軸用對數表示更加合理，否則數據會過于分散，而觀察不到一些有趣的現象。

不同挖礦時期

出塊時間的預期分布是基于哈希率恒定不變的假設。但根據BTC的發展歷史，其哈希率不可能是恒定不變的。

所以我選取了三個時期進行分析。

1.?CPU時代：哈希率相對平穩。

2.?GPU時代：哈希率加速上升。

ASIC時代：哈希率增速相對較緩

CPU時代

在CPU時代，對于出塊時間少于10分鐘的區塊，實際數量比預期少，為什么會出現這種情況呢？我將在下文進行解釋。

GPU時代

請注意，在GPU時代，情況截然相反，實際數量比預期要多，最可能是因為哈希率加速上升。

ASIC時代

在早期ASIC時代，BTC哈希率有大幅上升，我特地選取了距離當今較近的時間段，這樣數據不會受到很大影響。我們能從上圖看出，BTC出塊數量仍然多于預期，但是不能夠與GPU時代相比。

整個挖礦時代

如果將670000個區塊的數據全部繪制成一張圖表會是怎么樣的呢？根據下圖，實際出塊時間與預期是非常吻合的，除了圖中左邊的部分。

根據上圖，我們能得知，父區塊挖出后29秒內出塊的數量遠低于預期，對此有沒有合理的解釋呢？

深入研究

在這個時間戳范圍內的預期出塊數量為30497。

另一方面，實際出塊數量是22441。

那么為什么出塊數量會相差8056？

我們發現，14296個區塊的增量是負數，其中有3549個屬于-29到0的區間范圍內，那么剩下還有大約6000個區塊，下文將會對這6000個區塊進行詳細分析。

通過繪制負增量的時間戳分布情況，我們能得出，下圖基本上是正增量分布情況的鏡像。

這是因為BTC協議允許負時間戳增量的存在，但這不是根本原因，我們要考慮到實際挖礦的工作過程：

1.?礦池會為下一個區塊生成區塊元。

2.?礦工向礦池發出工作請求，開始對區塊元進行哈希計算。

3.?礦工將完成的工作返回給礦池，形成工作量證明。

所以問題就變成了：區塊元的產生頻率是多少？時間戳多久更新一次？

但是，我認為背后的答案更加復雜，因為礦工也有可能更新時間戳，這就牽涉到了研究特定ASIC應用的硬件或者固件。

上文提到，還剩下大約6000個時間戳增量是負的區塊，對這些區塊有合理的解釋嗎？我認為理論上是能夠解釋的，原因可能是時鐘漂移或挖礦軟件沒有得到很好的適配。如果你了解BTC挖礦歷史的話，早期礦工沒有組成礦池，都是單獨挖礦。所以礦工配置不能達到企業級別，這些業余礦工無法保證礦機數據與權威渠道定期同步。早期礦池都是由業余挖礦愛好者而不是全職專業人士運營。我認為，如果我的理論合理，那么隨著挖礦產業逐漸成熟，礦池軟件得到改進，時鐘漂移出現的頻率也在下降。所以我運行了另外一個腳本，按照時間繪制了時間戳增量為負的區塊分布情況圖。

根據上圖，我們能看出，不僅時間戳增量為負的區塊數量在減少，時鐘漂移問題也逐漸得到改善，值得特別注意的是，自2017年底后，只有少數區塊的時間戳增量為負。

總結

BTC大部分運行機制都基于數學原理。通過分析實際出塊時間的分布情況，我們能發現，在過去12年中，10分鐘出塊時間這個機制運行非常良好，只出現過很少的極端情況，背后的原因也很容易找到。挖礦也形成了產業化，挖礦軟件得到逐步改善，出塊時間分布狀況越來越符合預期。

這就是數學的力量！

本文內容來自于：CypherpunkCogitations

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