區塊鏈:金色硬核 | BTC出塊時間出現差異：理論與實際對比_區塊鏈專業畢業后到底做什么

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？

金色財經挖礦數據播報 | ETH今日全網算力上漲3.14%:金色財經報道，據蜘蛛礦池數據顯示：

BTC全網算力123.098EH/s，挖礦難度16.85T，目前區塊高度642856，理論收益0.00000809/T/天。

ETH全網算力201.064TH/s，挖礦難度2535.06T，目前區塊高度10622682，理論收益0.00911583/100MH/天。

BSV全網算力2.305EH/s，挖礦難度0.32T，目前區塊高度647319，理論收益0.00039037/T/天。

BCH全網算力2.959EH/s，挖礦難度0.41T，目前區塊高度647535，理論收益0.00030411/T/天。[2020/8/9]

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。

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。

金色晚報｜7月15日晚間重要動態一覽:12:00-21:00關鍵詞：HT銷毀、Filecoin主網延期、DeFi、Google、預言機、LINK

1. 國網甘肅電力完成國家電網區塊鏈節點部署。

2. 火幣6月銷毀241.6萬個HT 已累計銷毀42%的總量。

3. Coinbase Pro將于7月21日分階段上線ALGO和LINK的歐元及英鎊交易對。

4. ConsenSys Q2報告：DeFi超級用戶二季度增長近20％。

5. The Block研究總監：7月比特幣日均交易量較5月減半時下降57%。

6. Revolut已向美國49個州的客戶開放BTC、ETH交易服務。

7. 彭博社：Google計劃對印度區塊鏈平臺Jio Platform投資40億美元。

8. OKCoin宣布推出預言機服務OKCoin Oracle。

9. Evertas完成280萬美元種子輪融資，摩根溪領投。

10. 麥客存儲侯峰：Filecoin主網延期其實是利好消息。[2020/7/15]

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。

金色晨訊｜7月12日隔夜重要動態一覽:21:00-7:00關鍵詞：Cashaa、Coinbase、G20、DeFi代幣、Bitstamp

1. 加密交易所Cashaa被盜超336枚BTC，已暫停所有交易。

2. 外媒：BTC市場份額降至62.5%，創一年新低。

3. Coinbase向美國特勤局出售區塊鏈分析軟件。

4. 日媒：G20擬為數字貨幣交易開綠燈，將探討監管措施。

5. 數據：DeFi代幣總市值超79億美元。

6. V神：BTG攻擊者將因削減或閑置損失數百萬美元。

7. Bitstamp美國業務負責人：發生在Bitstamp上的比特幣拋售是正常的市場活動。

8. OKCoin CMO：過去24小時DOGE下跌20%，TikTok帶來的動力或已消失。[2020/7/12]

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。

動態 | 金色財經頒發“2019最佳產業應用先鋒獎”獎 共20家企業獲獎:2019年12月27日，由金色財經主辦的“與時共創”頒獎盛典在京舉行。金色財經“與時共創”對2019年最佳產業應用先鋒進行評選，經評委的評選，火幣中國-椰子積分區塊鏈監管系統、眾安科技、首旅如家、TBC區塊鏈跨境貿易直通車、中國貿易金融跨行交易區塊鏈平臺、云鏈科技、Tripio、GoFun出行、中農網、新能鏈、網心科技、海創鏈、度小滿金融、觸鏈科技、百度智能云（北京百度網訊科技有限公司）、九寬科技、眾享比特、四川長虹信息安全實驗室、攀鋼天府惠融資產管理有限公司、微眾銀行、獲“2019最佳產業應用先鋒獎”獎項。

本次活動邀請到國內外百余家知名區塊鏈企業、300多名行業領袖、眾多產業上下游服務機構代表等業界知名人士共同見證此次頒獎盛典。金色財經“與時共創”活動邀請到40余名資深行業專家作為專業評選團，結合網絡投票進行綜合評審，通過不同的獎項，對各個企業對實現賦能實體創新引領行業未來發展的努力進行表彰，實現與時代共同探索區塊鏈，共創行業美好藍圖。[2019/12/27]

這個數量能夠通過計算指數分布的累積分布函數得出。

金色財經獨家現場報道 火幣Pro高級總監吳興：火幣十大安全保障:金色財經獨家現場報道，在火幣Pro舉辦的越南Blockchain Festival千人大會上，火幣Pro高級總監吳興就“新時代建立信任的用戶保護演變”進行了演講，她認為：交易所為區塊鏈鋪平了道路，安全是大事，不僅僅是交易所，行業上下游都會遇到安全問題。對于火幣來說，有多重安全保障。第一、火幣有安全漏洞測試、滲透測試和定期通過專業第三方的全面測試。第二，保護用戶財產，火幣多重驗證和人工審查，手動處理大額限制的金額；第三，錢包安全，其98%第數字資產放在冷錢包里；第四，良好的內部控制管理；第五，全時間安全團隊，有實時響應的安全團隊；第六，智能鏈評估模型，第七，提供不同水平的投資者教育，第八，最重要的一點是用戶保護基金，火幣每個季度20%的收入會用于回購火幣，第九，火幣自己擁有20000BTC會被用于處理極端安全情況，第十，全球火幣團隊提供支持，包括火幣礦池、一級市場、二級市場、火幣錢包。[2018/5/25]

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：

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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