金色硬核 | BTC出塊時間出現差異：理論與實際對比_SDT

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？

金色財經行情播報丨BTC整體盤整，觀望情緒較濃:據火幣行情顯示，昨日BTC行情出現劇烈波動后，今日整體處于震蕩格局，目前價格在11150USDT附近徘徊，觀望情緒較濃。日線圖上升通道已被打破，距均線MA30有較大距離，還存在整理空間，均線MA5構成打壓；4小時圖均線MA5轉為支撐，11200USDT附近構成局部壓力；截至18:30，主流幣的具體表現如下：[2020/8/3]

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。

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。

金色財經行情播報丨BTC小幅回調 下方關注9750USDT支撐位:據火幣行情顯示，BTC價格在昨日晚間重探10000USDT后，今日小幅回調，目前在9800USDT附近徘徊。4小時圖均線MA5構成BTC價格壓力，并且在MA10附近選擇方向。1小時圖有呈均線空頭排列之勢，下方需關注9750USDT附近支撐位。截至10:00，主流幣的具體表現如下：[2020/5/9]

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：

金色相對論 | 黃樂軍：激勵系統在經濟體中扮演著至關重要的角色:本期金色相對論中，對于無幣區塊鏈和有幣區塊鏈各自的優勢及各自應用場景，中海基金督察長、《區塊鏈與通證：重新定義未來商業生態》作者黃樂軍表示，激勵系統對于當今社會的各種經濟體都扮演著至關重要的角色。在區塊鏈中，需要被激勵的生態參與方，主要可以分為以下幾個方面：一是資源提供方，主要指基礎網絡架構的提供方，其中包含網絡帶寬，計算資源，存儲資源等等。二是內容、數據和服務提供方。三是新用戶和發展新用戶的老用戶，即對生態擴大的獎勵。

對于無幣區塊鏈而言，資源提供方一般是無幣區塊鏈的組織者和發起者，往往是達成無幣區塊鏈共識的基礎。激勵方面，無幣區塊鏈著重需要考慮的是對于內容、數據和服務提供方的激勵，在缺少Token的機制下，無幣區塊鏈可以參考傳統的會員組織，采用會員費或交易手續費的方式，對無幣區塊鏈的使用者收取費用，以維持無幣區塊鏈運轉，同時可以考慮采取鏈外激勵的方式，根據貢獻的大小對內容、數據和服務提供方進行激勵。[2018/9/29]

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。

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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。

金色財經獨家分析 分布式記賬與復式記賬不能相互替代:今日萬向區塊鏈肖風博士概括了區塊鏈分布記賬相比復式記賬的革命性變化，并為大家指出了分布式記賬特有的鏈式記賬、第三方記賬、共享記賬、全信息記賬的四個特點。金色財經分析，復式記賬是以資產與權益平衡關系作為記賬基礎，對于每一筆經濟業務，以相等的金額在兩個或兩個以上相互聯系的賬戶中進行登記，系統地反映資金運動變化結果的一種記賬方法。復式記賬法是一種財務管理方法，分析資產、負債、所有者權益的關系。而區塊鏈分布式記賬不僅記錄經濟行為，還可以記錄任何數據，分布式記賬告訴人們不可變的事實，而復式記賬在財務方面分析經濟活動。所以說概念不同，也不能相互替代。但分布式記賬可以讓復式記賬的信息更加真實，是一個很好優化補充。[2018/4/17]

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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