比特币网络中的哈希率波动

每隔一段时间比特币网络，比特币网络上“算力暴涨”或“算力暴跌”的话题就会热闹起来。 在过去的几年里，这是一个非常非常古老的话题，却被大家反复提起，造成了很多的困惑和恐慌，本质上是对比特币挖矿和算力统计的误解造成的. 比特币网络运行在挖矿过程的基础上，通过网络共识，比特币区块之间的平均间隔稳定在10分钟左右。 虽然挖矿难度每2016个区块（约两周）调整一次，但无论实际算力增减，比特币出块间隔的预期值基本稳定在10分钟。 但是，某个区块的生成是完全随机的。 在比特币网络中，1 分钟内连续产生 3 个区块，1 小时内没有区块输出是很常见的。

这使得通过观察短时间内产生的区块数量来推断整个网络的计算能力是不准确的，因为样本空间太小比特币网络，任何短期的运气现象都会影响估计值，即不足以反映真实情况。 为了获得更准确的算力状态，增加参与统计的样本数有两种方式：一是增加观察时间； 另一种是取小于挖矿难度的值进行观察。 “增加观察时间”很容易理解。 如果只观察一天的区块，那么期望值只有144，而两周的区块期望值是2016。长期的区块数会消除随机波动的影响，更接近期望值，并且观测值会更接近真实情况。 “取一个小于挖矿难度的值来观察”，这种方法看似有点难理解，但实际上这是矿池估算矿机实时算力的方法，矿机估算自身的实时计算能力。 由于单个矿机挖出区块的难度过高，无法仅靠实际出块来估算矿机的实际算力，因此矿池会将难度巨大的任务降级为难度小的任务。 累积困难任务的数量来估计实时计算能力。 举个不恰当（充分说明“难”是另外一个问题）但有助于理解的例子，如果你的老板给你分配了一项庞大而耗时的任务，根据你的工作能力，需要两年才能完成它。 完成了，那这两年如何评估你的工作能力，给你合理的报酬呢？ 很明显，两年期限之后再验收是不合适的，因为无法及时评估你的工作能力并发放相应的报酬； 要求你按小时报、发计时工资也不合适，过大的沟通成本会影响任务的完成。

可能一个月报一次验收比较好，评估一下你的工作能力，给你发工资。 对于整个网络，没有精确的算力值。 那么进一步的问题是：对于一台矿机来说，有没有一个精确的算力值？ 答：对于正在运行的矿机来说，其实是没有的。 因为即使把任务的难度分成小块，矿机计算任务难度的过程仍然是完全随机的，这和出块的过程是一样的，这就是为什么一台硬件和软件完全正常。 矿机在运行过程中也会出现算力的轻微波动。 放宽我们的视野，如果我们关注比特币网络的不同层次——全网vs矿池，矿池vs矿机，矿机vs计算单元，计算单元vs芯片，前者作为上层提供tasks for the latter，后者作为lower layer负责计算任务，隐藏自己的lower layer细节（全网不需要关心矿机的情况，矿池不需要关心计算单元的情况等）。 尽管它们在系统中处于不同层次，但它们之间的关系却非常相似，形成了自相似的分形结构[1]。 正如一个国家的海岸线长度永远无法准确计算一样，在不同的尺度下观察，总会得到不同的数值； 比特币网络的算力值是在不同的层面上衡量的，结果也不同。 再加上随机运气的影响，这个数值就更不可能准确衡量了。

估算英国海岸线的长度 [2]

下图左侧是矿池的预估算力值，即从全网角度对矿池的观察； 右边是实时算力值，即从矿池角度来看，矿池内所有矿机的算力 总结起来，可以看出即使是同一个矿池，这两个价值观不同。 而且，由于并非所有矿工都是矿池，我们无法通过对所有矿池的实时算力求和来得到相应的网络价值。

图片取自btc.com

全网视角无法展开，无法获取所有细节。 在这种情况下，要想获得更接近真实的“估计值”，唯一的办法就是增加观测时间。 相信明白这个道理后，“算力突然增加”或者“算力突然下降”等误解就会越来越少。

[1] 关于分形，推荐大家看纪录片《寻找隐藏的维度》

[2]由 Acadac 混合的 Avsa 制作的原件[CC BY-SA 3.0]