金色硬核 | BTC出塊時間出現差異：理論與實際對比_區塊鏈

金色財經近期推出金色硬核（Hardcore）欄目，為讀者提供熱門項目介紹或者深度解讀。本期金色硬核（Hardcore）探討了BTC出塊時間的問題，將理論和實際相結合，究竟出塊時間有多符合預期？

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？

金色相對論 | 張弢：比特幣是一種虛擬資產已經形成了共識:在今日舉行的《危機向左，信仰向右》的比特幣減半特輯之資本篇的直播中，針對“減半后比特幣的通脹率將小于很多國家央行的通脹目標，各位嘉賓怎么看這次的比特幣減半”的問題，海創鏈創始人CEO張弢表示，減半這個事今年已經聽太多了，幾大主流公鏈從1月就開始減，減到現在也就不太熱了，目前全球經濟形勢下，各國貨幣都在超發，比特幣不但不超發而且還減產，還在為了通縮而努力，更進一步說明它就不是貨幣。比特幣是一種虛擬資產這個事已經共識了，對于資產的投資，很簡單的原理，就是我們都學過微觀經濟學供需平衡原理，供大于求就是買方市場賣方競相拋售，價格承下降趨勢，供小于求就是賣方市場價格承上升趨勢。值不值得投資就預測一下身邊有多少人要買吧。個人覺得牛不牛跟減半的關系不大。還是跟供需市場有關系，有多少購買意愿+有多少購買能力才是關鍵。[2020/5/14]

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。

金色沙龍 | 冉陽：區塊鏈能否支撐場景在于能否形成強大的正反饋網絡生態:在今日舉行的《隱私計算——區塊鏈信息安全守護者》為主題的金色沙龍中，PlatON 首席AI官冉陽表示，區塊鏈能否支撐到這些場景，在于能否形成強大的正反饋網絡生態，比如：1、數字企業+數字政府構建的工業物聯網生態。一個節點和另外一個節點的數據通信效率取決于兩個節點間的價值反饋速度。節點越密集，越能吸引更多其他節點的加入，節點就更為密集。2、5G運營商+IOT設備構建的IOT生態。用戶為了更好的生活而使用更多的手機和物聯網設備。在這個虛擬的數據城市，復雜的分布式網絡結構鏈接更多商業資源，公共衛生資源，政府資源，從而形成更高效率的IOT網絡結構。一旦隱私AI進入區塊鏈的自進化，將具有強大的糾錯能力和復利生成能力。在面對環境變化時，數據資產的安全流動，讓個人隱私、商業秘密在防止泄露的條件下交易等。同時又實現公共利益最大化。恕我直言，包括我們這些在座的各位個人和企業，如果此刻無法參與這個閉環，是無法享受到任何區塊鏈在數據要素中的紅利。[2020/4/15]

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。

金色沙龍丨呂國寧：區塊鏈和互聯網協議的分工和協作模式是互相依存，取長補短:在本期金色沙龍上，Nervos聯合創始人呂國寧發言指出：區塊鏈協議相比于互聯網協議，核心差別是區塊鏈的協議帶有 enforcement 特性，按照中文的說法，區塊鏈帶有強制執行的效力。這是互聯網協議在設計的時候不曾考慮的一個角度。從歷史角度看，互聯網底層基礎協議， TCP/IP 這個協議支撐了整個互聯網信息和通訊，從底層物理層到上層應用層，都依附于這個協議本身。區塊鏈協議則先要考慮協議本身的設計和取舍，然后才是實現，并且協議的上下文環境是去中心化，這導致協議必須帶有強制效力才能維持運行。互聯網協議解決的是信息流通問題，而區塊鏈解決的事價值流通問題，解決問題的方法是不一樣的，區塊鏈和互聯網協議的分工和協作的模式，最合適的方式是互相依存，取長補短。[2020/3/25]

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。

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。

金色財經現場報道，Bob：區塊鏈解決了歐洲初創企業融資難的問題:在2018年世界數字資產峰會（WDAS）暨FBG年會上，大會邀請來自歐洲各地的企業項目前來針對區塊鏈在歐洲的現狀進行探討。來自FBG Capital的Bob表示，曾經柏林雖然有著大量的人才，但是初創企業很難在其中做大做強，原因在于柏林的人才雖然多，但是融資卻非常的難，而區塊鏈的出現卻解決了這個問題，通過代幣來進行融資，解決了初創企業在柏林及歐洲所遇到的融資難題。[2018/5/3]

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。

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（即目標出塊時間），概率密度函數用線性方式表示如下圖：

金色財經現場報道 全球區塊鏈世界巡回高峰會議大灣區站今日開幕:金色財經現場報道，4月23日上午，由廣東南粵集團、全球區塊鏈投資與研究聯合會共同舉辦的全球區塊鏈世界巡回高峰會議大灣區站正式開幕。本次會議以“區塊鏈科技攜手實體經濟共贏未來”為主題，針對全球數字資產新形勢，“雙創”背景下區塊鏈發展模式、區塊鏈商業應用以及區塊鏈如何服務實體經濟等內容展開討論。[2018/4/23]

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。

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：Cypherpunk Cogitations

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