ビットコイン採掘王朝の変化: ノンス分布マップによる S9 および S17 マイナーの追跡

ビットコインが次の半減期に近づくにつれ、ネットワークはいくつかの移行を経験しています。報酬調整によってマイニング経済に大きな変化が生じたほか、Bitmain の Antminer S17 マイナーが長年使用されてきた S9 シリーズマイナーに取って代わり、ネットワークの主要なマイニングハードウェアになりつつあります。

Bitmain は 2016 年に Antminer S9 をリリースし、すぐに市場で最も人気のある SHA-256 マイニング マシンになったと報告されています。数年にわたる開発を経て、S9 は依然として市場の大部分を占めています。

個々のマイナーが使用するマイニング ハードウェアの種類に関する公開データがないため、この移行がどの程度の速さで起こっているかを測定することは困難です。ただし、マイニング ハードウェアの傾向を明らかにする情報源が 1 つあります。それは、ネットワークの nonce 分布です。マイナーが各ブロックのハッシュに含めるこれらの任意の数字の配置は、マイニング ハードウェアの使用が長年にわたってどのように変化してきたかを示唆しています。

前回のネットワークの現状に関するレポートでは、乱数分布パターンを使用して ASIC の増加を特定する方法について説明しました。このレポートでは、ビットコインの nonce 乱数分布の特殊性と、この分布の傾向の原因をさらに詳しく調査し、マイニング ハードウェアの最新の変更点を調査します。次に、このデータをマイニング プール別に分類し、特定のマイニング プールで使用されているハードウェアについてより詳細な情報を入手します。

Golden Marbles を通してビットコインのマイニングプロセスを理解する

マイニングはビットコインのセキュリティ モデルの重要な部分であり、これまでのデジタル通貨作成の試みと比べて最も重要な改善点と言えるでしょう。マイニングは非常に複雑ですが、その背後にある概念は比較的理解しやすいです。

マイナーの観点から見ると、ブロックのマイニングは、袋からビー玉を交換せずに繰り返し選択することに似ています。袋の中に入っているビー玉の数は非常に多く、青いビー玉の割合が非常に大きく、金色のビー玉の割合が非常に小さいことを知っておくことは重要です。鉱夫が袋から金のビー玉を取り出すと、報酬を受け取ります。

より技術的な言葉で説明すると、ビットコインのマイナーは、提案されたブロック ヘッダーに追加されると、ネットワークの難易度パラメーターによって決定される特定の値以下にハッシュされるゴールデン ナンスを見つけるために競争します。マイナーは、値を推測し、結果のハッシュが特定のしきい値を下回っているかどうかを確認することで、この nonce、つまり 1 回しか使用できない任意の番号を検索します。有効なブロックのこの値を最初に見つけてネットワークにブロードキャストしたマイナーは、ブロック内のトランザクションを選択して順序付ける権限を持ちます。これは、最終的にそれらのトランザクションを有効にするために必要なステップです。

その代わりに、マイナーはブロックに含まれるトランザクションからブロック報酬と手数料を受け取ります。これらは両方とも、特別なコインベーストランザクションを通じて獲得されます。 SHA-256 ハッシュ関数の特性が同じであると仮定すると、特定のブロックのゴールデン ノンスの分布はランダムであり、ブルート フォース計算以外でゴールデン ノンスを見つけることは不可能です。

コインベース トランザクションへの参照はブロック ヘッダーに含まれているため、各マイニング エンティティは異なる分布からサンプリングします。言い換えれば、各エンティティは同じ数のビー玉が入った異なる袋からビー玉を引き出し、青いビー玉と金色のビー玉の比率が同じになると予想します。

金色のビー玉の比率は、ネットワーク難易度パラメータ（ネットワークによって自動的に調整されます）によって決定され、該当期間に固定されます。現在、ブロックの難易度が高く、ランダムな変動があるため、特定のブロック ヘッダーにゴールデン ナンス乱数は存在しないのが一般的です。つまり、袋の中には金のビー玉が入っていないものもあります。

提案されたブロックの乱数スペースを使い果たしたマイナーは、通常、ブロックのタイムスタンプを増分して新しい乱数セットを生成します。つまり、鉱夫たちはビー玉を採り終えると、ビー玉がいっぱい入った新しい袋を手に取るのです。タイムスタンプが、それ以上調整すると無効になるポイントに達した場合、マイナーはブロックに含まれるトランザクションのセットを調整する必要があります。同様に、鉱夫が部屋でバッグを使い果たした場合、別の部屋からさらにバッグを取り出す必要があり、時間がかかります。

一定の時間内に金のビー玉を見つける確率を高めるために、マイナーは計算を並列化することができます。これは、ビー玉を 1 つずつではなく、一握りずつ掴むのと似ています。ノンスの検出は、タスクに適したハードウェア (特に GPU や ASIC と呼ばれる特殊なチップ) を使用して並列化できます。 ASIC の並列化効率は他のどの方法よりも高くなります。

並列計算の別の形式では、複数のマイナーが nonce の発見を調整し、マイニング報酬を分割することに同意します。このように活動するマイナーのグループはマイニング プールと呼ばれ、その運営者は通常、収入の変動性を抑えるために個々のマイナーが受け入れる料金を請求します。

ビットコインのNonce乱数分布

ビットコインの難易度パラメータは 2 週間ごとに調整されるため、ネットワーク上で実行される計算量が一定であれば、平均して 10 分ごとに新しいブロックが生成されます。この機能により、ハッシュレートが大幅に変化してもネットワークが継続して動作することが保証されます。並列コンピューティングマイナーが支配する完全に競争的なマイニング市場では、時間の経過に伴うゴールデンノンス乱数の分布は均一分布のように見えることが予想されます。しかし驚くべきことに、そうではありません。

グラフの左側付近の非ランダムな分布は、0 から始まる値を繰り返しテストするマイニングに起因する可能性があります。マイナーが並列化せずに CPU で個別にマイニングし、プールの他のメンバーと競合する可能性がない場合、新しいブロックごとの nonce の分布は独立しているため、この戦略は他の戦略と同様に機能します。このパターンの消失は、計算を並列化する GPU マイナーの導入と一致しています。

グラフの右側近くには、ノンスが非常に少ない縞模様の領域があります。私たちの知る限り、この異常は2019年1月にTwitterユーザー@100TrillionUSDによって最初に発見されました。この領域は以下にマークされています。

その後まもなく、BitMEX の研究論文がこの奇妙なパターンを調査し、この異常は物議を醸しているマイニング最適化技術 AsicBoost によるものだと推測しました。

AsicBoost には 2 つのバリエーションがあります: 1. 暗黙的な AsicBoost (オンチェーンで決定論的に観察することはできません)、および 2. 明示的な AsicBoost (オンチェーンで明示的に観察できます)。 BitMEX 研究チームは両方のバリアントについて議論しましたが、特に Implicit AsicBoost の効果に興味がありました。これは、2017 年 8 月に Segregated Witness (SegWit) が有効化されて以降、空でないブロックに使用することがほぼ不可能になったためです。もちろん、研究者たちはその仮説を確認することができませんでした。

2019 年 10 月のレポート第 23 号では、ビットコインの nonce 分布を詳細に分析し、連続パターンに注目しました。それ以来、縞模様のパターンは徐々に消え、最近採掘されたブロックの nonce 番号はよりランダムに分布しているように見えます。

ただし、乱数分布の異常は AsicBoost に直接関係しているわけではないようです。秘密の AsicBoost は 2017 年に使用できなくなり、秘密の AsicBoost をサポートする最初のファームウェア アップデートは 2018 年 10 月にリリースされましたが、この 2 つの日付間の nonce 分布の傾向は明確に確認できます。さらに、明白な AsicBoost の使用率は依然として高いものの、明白な AsicBoost が存在するかどうかに関係なく、新しく作成されたブロックではこの異常なパターンは見られなくなりました。

もう 1 つの可能性は、ノンス分布のパターンが、Bitmain の Antminer S7 および S9 マイナー ファミリがノンスをサンプリングする方法によって発生する可能性があることです。このイメージは最適化の副作用によって発生した可能性が高く、最終的にはマイナーとネットワークの両方に無害です。

ネットワーク上のすべての nonce 値を見ると、縞模様のパターンは 2015 年後半に初めて明らかになります。これは、同年 8 月下旬の S7 のリリースと 9 月下旬の注文履行と一致しています。

Antminer S9は2016年5月下旬に発表され、最初の購入者グループは同年6月中旬に注文を受け取りました。その後すぐに、S9 が当時のビットコイン ネットワーク上の主要なマイニング マシンとして S7 に取って代わったため、ストライプは狭くなりました。

最近のパターンの崩壊は、ネットワーク上の主要なマイナーである S9 から Antminer S17 への移行と一致しています。 S17 は 2019 年 4 月にリリースされましたが、採掘経済上の理由から、マイナーは最近まで S9 を使い続けていました。

要約分析

ブロックごとにマイナー別にデータセットを階層化することで、ノンスの分布をより詳細に調べることができます。

ブロックのマイナーは通常、ブロックのコインベース データ フィールド内のマークによって識別されますが、これらの識別情報は自発的に提供され、偽造される可能性があります。マイナーは情報を残す必要はなく、自分のラベルではなく別のマイニングプールのラベルを残すことを選択できます。したがって、場合によっては、こうした誤解を招くような行動を誘発するインセンティブさえあるため、このアプローチの欠点に注意する必要があります。しかし、この技術は現在業界標準となっており、多くのマイナーが識別コードを残さないことを選択しているものの、大規模な偽造は発生していないと考えています。

ブロックをマイナー別に分類したら、この情報を Bitcoin nonce 分布のグラフに組み込むことができます。

各マイニングプールの nonce 乱数分布も表示できます。この場合でも、異常なパターンは依然として見られます。下のグラフを見てください。これは、Antpool と BTC.com (どちらも Bitmain が所有)、および ViaBTC によってマイニングされたブロックを示しています。

Bitmain 関連のマイニング プールの nonce 分布では、縞模様のパターンがはるかに明確になっています。これは、これらのプールでは該当期間中に S7 および S9 マイナーの割合が高かったことを示唆しており、これはマイニング プールとこれらのマイナーの製造元との関連性を考えると予想されることです。

2015 年には、未知のエンティティによってマイニングされたブロックの割合が大幅に減少しました。これは、ブロック サイズ戦争の結果です。この戦争では、以前は匿名だった多くのマイナーが、ブロック サイズの増加に対する支持または反対を表明するために、オンチェーンで身元を明らかにし始めました。現在、大多数のマイナーはハッシュパワーによって識別できます。未知のマイナーによって採掘されたブロックの nonce 番号には、縞模様のパターンがかすかに見え、徐々に消えていくのがわかります。

結論は

Antminer S9は、2016年の発売以来、ビットコイン ネットワークで最も使用されているマイニング マシン モデルとなっています。 Bitmain は昨年 S17 をリリースしましたが、S9 はしばらくの間経済的なままでしたが、ネットワーク全体のハッシュ レートの継続的な改善と市場状況の変化を考慮して、このモデルのマイニング マシンは段階的に廃止されています。

マイナーが S9 から S17 に移行すると同時に、以前はビットコインの乱数分布の特徴であった縞模様のパターンが消えました。これらの神秘的な縞模様は一見ランダムな空間に現れ、その起源は長い間推測の対象となってきました。ストライプが見えるタイミングは、その線がマイニング ハードウェア、具体的には以前の S9 と S7 の産物であるという説を裏付けています。

ノンス データを使用すると、公開情報だけでは不可能な方法で、この変化の規模と速度を測定できます。 S9 が nonce サンプリングで残した痕跡を活用することで、ネットワーク上のこれらのマイナーの割合を推定できます。このデータをマイニングプールごとに分類すると、マイナーの業務の効率性に関する独自の情報が得られます。これについては、今後のレポートで取り上げる予定です。

ネットワークデータの週次分析

ビットコイン（BTC）マイニング業界は先週、健全な回復の兆しを見せ、ネットワークのハッシュレートは約7.3%増加した。非効率的なマイナーが降伏し、より効率的なマイナーに置き換えられ始めている可能性があり、これはネットワークの長期的な健全性にとって良いことです。マイナーの経済性と最近の難易度低下の影響に関する詳細については、「ネットワークの現状」レポート第 44 号を参照してください。

さらに、BTCアクティブアドレス数も今週は回復の兆しを見せ、データは6.3%増加しました。対照的に、イーサリアム（ETH）のアクティブアドレスは逆方向に動き、先週は前年比13.4%減少しました。

ネットワークデータのハイライト

3月12日にビットコイン市場が大暴落を経験して以来、少量のBTCを保有するアドレスの数が増加しています。

過去 90 日間で、BTC 総供給量の 10 億分の 1 から 10 億分の 1 を保有するアドレスの数は、約 6% 増加しました。同様に、総供給量の1億分の1から1000万分の1を保有するアドレスの数も約4%増加しました。

3月12日頃から、両方の成長率が大幅に増加しました。これは、新規ユーザーが比較的少量の BTC を取得し始めていることから、採用が拡大していることの兆候である可能性があります。

Coin Metricsのデータ

調査期間中、取引所に保管されている ETH の量は増加しましたが、取引所に保管されている BTC の量は減少しました。

そのうち、ETHの数は約5％増加しましたが、BTCの数は約3％減少しました。 BTC の下落は主に、BitMEX が保有する供給量の急激な減少に関連していました。

以下のグラフは、以下の取引所（Bitfinex、Binance、Bitstamp、Bittrex、Gemini、Huobi、Kraken、BitMEX、Poloniex）で保有されている ETH と BTC の合計量の 30 日間の変化を示しています。

私たちが調査したすべての取引所の中で、Bitfinex の ETH 供給量の増加が最も大きかった。過去 30 日間で、Bitfinex で保有されている ETH の量は約 17% 増加しましたが、他の取引所では 10% 未満の増加が見られました。

市場データ分析

暗号通貨市場は過去1週間で上昇し始め、3月12日に被った損失を取り戻し始めています。当社の以前の調査では、3月12日の売りは短期保有者によって引き起こされ、BitMEXの清算スパイラルの影響を受けたことが判明しました。この売り出しは伝統的な市場で見られるものを反映しているという幅広いコンセンサスがあるが、一方でCoinbaseのユーザー活動の増加は、個人投資家の感情は影響を受けていないことを示唆している。

ビットコインが「リスク資産」なのか「安全資産」なのかをめぐる議論は続いている。一部の市場参加者は、ビットコインの「安全な避難先」という見方が過去1か月で揺らぎ、機関投資家のこの分野への参入意欲に悪影響を及ぼしていると指摘している。

そして、ビットコインと金を研究することで、この物語にはある程度の真実があり、これまで以上に強力になる可能性があるという証拠を提供することができます。

データによると、ビットコインと金の相関関係は過去30日間で過去最高に達した。