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比特币挖矿真的是中心化吗?深入矿池内部一探究竟

一直以来,币圈关于矿霸的恐慌从没有停止过。而这种恐慌,源于一家矿机厂商——比特大陆,以及它背后的男人——吴忌寒。比特大陆主要生产并销售加密数字货币矿机,其生产的比特币ASIC矿机市场份额大概在70%左右,并且旗下的btc.com和蚂蚁矿矿池所占份额也超过了40%。这让很多人担心,比特币挖矿是否过于中心化了?比特大陆是不是轻而易举就能发起51%攻击?笔者通过比特币网络上的数据,深入分析了比特币目前的挖矿现状,得出的结论如下:

1、 比特币矿池确实是高度集中的,前几大矿池占据了大量市场份额;

2、 但是矿工们不是中心化的,矿工非常分散;

3、 在比特币网络上发起51%攻击基本是不可能的。

分析过程如下:

研究数据来源

本次研究所用数据为2018年5月30日至2018年6月5日比特币网络的区块数据,数据可从区块链浏览器获取。

时间区间

2018年5月30日至2018年6月5日

总出块数

1177

总出块收益

14850个BTC

表格 1 数据采集时间段比特币网络出块情况

结论一

比特币矿池确实是高度集中的,前几大矿池占据了大量市场份额。

从比特币矿池一周出块的数据我们就可以看到,前6大矿池出块份额超过了80%。从矿池的层面讲,比特币矿池是中心化的。

比特币挖矿真的是中心化吗?深入矿池内部一探究竟

图 1 比特币矿池挖出区块占总体比重

但是矿池的算力并不属于矿池,而是属于矿工,比特币矿池是由多个体组成的,所以单单看矿池的中心化程度来判断比特币的挖矿中心化程度是不准确的,我们应该深入矿池内部,看看挖矿的个体到底是如何分布的,由此来证明比特币挖矿是去中心化的。

结论二:

比特币矿工不是中心化的,他们非常分散。

结论一给人的感觉比特币挖矿是很中心化的,但是矿池其实并不拥有矿机,它只是集合了别人矿机的算力去挖矿,所以我们应该从矿工的角度来分析去中心化的情况。矿池向矿工支付报酬的最直接方式是直接从某个地址打币到矿工的指定收币地址,目前前几大矿池都是采用这样的支付方式。所以如果我们能够看到矿池打币的去向,就能够知道矿工们的分布情况。

我们以算力份额最大的BTC.COM为例,表格中列出了笔者选取的时间段内BTC.COM的出块情况,这段时间内挖矿收益与实际打币数量非常接近,数据的差异来自支付过程的时间差异以及手续费因素。

矿池

挖出区块数量

挖出区块数占全网比例

区块奖励

总付币数

总付币的地址数

BTC.COM

304

25.83%

3835.23

3585

96745

表格 2 BTC.COM挖币数据

【注:总付币数为矿池在选取时间段内向所有矿工支付BTC的总数,总付币地址数为矿池在选取时间段内总共给多少个地址打币】

矿池打币数据可在区块链浏览器中查到,可以看到一周时间BTC.COM矿池总共给用户付币3585个BTC,而这几千个BTC被打到96745个地址,说明矿工的分布还是相当分散的,并不像传言所说的非常集中。

比特币挖矿真的是中心化吗?深入矿池内部一探究竟

图表 2收币占比累计分布图

为了进一步说明矿工的去中心化程度,我们来看看单个地址收币数占总付币数的累计分布。下图是一个累积分布函数图CDF,描述了矿池向每个矿工支付报酬占总支付额百分比的累计分布。X轴表示的是单个地址收币数量占总付币数量的百分比(如总共收币1000个,某地址收币1个,则比例为0.1%),Y轴表示的是曲线对应的X轴数值以下占总体样本的比例。

从这个图可以看出,向矿工小额支付占了支付总额的绝大部分,而且数值都非常小(1e-7约为0.00001%)。进一步计算可得出,矿池给每个矿工支付的平均报酬只占他们总报酬的 0.001%。在分析过程中我们发现,矿池直接在链上给矿工打币,打币数据具有以下特点:

  • 几乎每笔支付的金额都很小,并且打币的地址众多;
  • 大多数的支付金额都是在0.01~0.1之间;
  • ​支付的地址都是实际参与挖矿的矿工。

结论三:在比特币网络上发起51%攻击基本是不可能的

从打币地址数可以看出,仅BTC.COM一个矿池就有数万个有效矿工(假设一地址代表一个矿工),全球矿工的规模可达数十万,从矿工数量层面来看,比特币的挖矿非常的去中心化,而非人们所想象的那样。

既然比特币矿工是去中心化的,那有没有可能发生51%攻击呢?

51%攻击是指当攻击者掌控了比特币网络一半以上的算力,用这些算力来重新计算已经确认过的区块,使块链产生分叉并且获得利益的行为。

笔者进一步把调查时间段内的收币进行了排序,因算力和收益是成正比的关系,由此我们可以估计矿工们的算力大小。

就BTC.COM而言,约600个地址收币数占了总额的50%,而BTC.COM算力占比为25%,假设其他矿池的大矿工比例与BTC.COM类似,则全球大概2400名大矿工拥有的算力占比特币算力的一半,也就是说,想要发起51%攻击,至少要说服这两千多名矿工,而这两千多名矿工分布在全球各地,想要控制这所有人几乎是不可能的。而且还有另外的数十万名矿工掌握着剩下的算力,他们在全球各个角落里守护着比特币网络。

至此我们可以得出结论,因为比特币的算力非常分散,整个网络安全性高,比特币的51%攻击几乎不可能发生。所谓矿霸,其实只是江湖传言罢了。

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