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加密钱币世界的无限战争,ASIC与反ASIC

自比特币诞生之初,社区就一直在争论是否应对抗日益强大的挖矿硬件。

在比特币的早期阶段,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比特币挖矿的机会,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GPU(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,GPU要比CPU贵一些,但普通人还是可以负担得起的。

再然后,比特币挖矿进入了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GPU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年初宣布开发门罗币(Monero)专用ASIC设备后,门罗币开发者通过硬分叉改算法,以继续保持门罗币的“ASIC抗性”(目的是尽可能地分散挖矿)。从那时起,门罗币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,第二大公链以太坊,其大部分历史中也都是“抗ASIC”的(从1.0版本开始,以太坊的哈希算法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,以太坊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,目的是让以太坊再次具有抵抗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,对于比特币而言,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首次注意到了比特币的这种模式。而进一步的分析,在其他链上已显示出了一些奇怪的模式,比如门罗币、以太坊以及莱特币。

比特币

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最著名的nonce分布自然是比特币的,在其历史早期,比特币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。由于比特币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,对属于中本聪的比特币进行了最认真的鉴定。

在 GPU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。

BitMEX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)比特币区块nonce的直方图,可以清楚地看到这种模式,以及低nonce的显著性。

郑重声明:本文版权归原作者所有,转载文章仅为传播更多信息之目的,如作者信息标记有误,请第一时间联系我们修改或删除,多谢。

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