关于矿池协议

1、矿池外观

在这个竞争激烈的环境中，单个矿工几乎没有机会独立工作（也就是单人挖矿）。他们找到一个区块来抵消电力和硬件成本的几率是如此之小，以至于可以称为赌博，就像买彩票一样。即使是最快的消费类 ASIC，也无法与在水力发电厂附近的巨大计算机房中拥有数万个芯片的商业矿场竞争。现在矿工们合作组成矿池，汇聚数千名参与者的算力，共享收益。通过参与矿池，矿工可以获得总回报的一小部分，但通常是每天一次，从而减少了不确定性。

让我们看一个具体的例子。假设矿工在 2014 年 8 月购买了总计 6,000GH/S 或 6TH/S 的设备，价值约为 10,000 美元。该设备的运行功率为 3 千瓦 (KW)，每天消耗 72 千瓦时的电力，平均每天花费 7 美元或 8 美元。在当前的比特币难度下，矿工平均可以每 155 天或 5 个月单独一个区块。如果矿工在这个时间范围内挖了一个区块，奖励是 25 个比特币，如果每个比特币的价格在 600 美元左右，它可以赚取 15,000 美元。这包括整个时期的设备和电力成本，留下大约 3,000 美元的净利润。那么，一个区块能否在 5 个月的时间内被挖出，很大程度上取决于矿工的运气。他有可能在五个月内获得两个区块并获得非常大的利润。或者，他可能会在 10 个月内找不到区块并遭受经济损失。更糟糕的是，比特币的工作量证明（POW）算法的难度在此期间可能会显着上升，而以目前的计算能力增长速度，这意味着矿工将不得不等到设备被替换下一代更高效的矿工。 ，长达6个月才能达到效果。如果这个矿工加入矿池，而不是等待 5 个月后可能的意外收获，他每周可以赚取大约 500-700 美元。矿池的正常收入帮助他在不承担巨大风险的情况下，分摊硬件和电力成本。 7到9个月后，硬件仍然会过时，风险仍然很高，但这段时间的收入至少会稳定可靠。

2、矿池如何运作

目前，比特币矿池主要分为托管矿池和P2P矿池两种。但是，它们的原理比较相似。

矿池通过专用挖矿协议协调数百名矿工。个人矿工设置矿池账户后，设置矿机连接矿池服务器。他们的采矿设备在采矿时保持与矿池服务器的连接，并与其他矿工同步他们的工作。这样矿池中的矿工就可以共享挖矿任务，然后共享奖励。

成功出块的奖励将支付给矿池的比特币地址全球各eth矿池收费，而不是支付给单个矿工。一旦奖励达到一定阈值，矿池服务器会定期将奖励支付给矿工的比特币地址。通常，矿池服务器会收取一定比例的矿池服务费。

参与矿池的矿工分担寻找候选区块的工作量，并根据他们的挖矿贡献获得“份额”。矿池为赚取“份额”设定了一个低难度目标，通常比比特币网络难度低 1000 多倍。当矿池中有人成功挖出一个区块时，矿池将获得奖励，并按照贡献的“份额”数量按比例分配给所有矿工。

矿池对任何矿工开放，无论大小，专业或业余。矿池中的一些参与者只有一台小型矿机，而另一些参与者则拥有一个高端采矿硬件的车库。有的人挖矿只有几十度电，有的人用数据中心消耗兆瓦级的电力。矿池如何衡量每个人的贡献，公平分配奖励，避免作弊的可能？答案是在设置较低难度的前提下，使用比特币的工作量证明算法来衡量每个矿工的贡献。结果，即使是矿池中最小的矿工也经常获得一部分奖励，这足以激励他们为矿池做出贡献。通过设置一个低难度的份额，矿池可以衡量每个矿工完成的工作量。每当矿工发现区块头哈希小于矿池难度时，就证明它已经完成了找到结果所需的哈希计算。更重要的是，这些实现份额贡献的努力可用于以统计上可测量的方式为整个比特币网络找到目标哈希值。数以千计的矿工尝试更小范围的哈希值，最终找到符合比特币网络要求的结果。

让我们回到骰子游戏的类比。如果骰子玩家的目标是掷骰子结果小于 4（整体网络难度），矿池可以设置一个更简单的目标，并计算池中玩家掷出结果小于 8 的次数。当池中玩家掷骰子时小于 8（池份额目标），他们得到他们的份额，但他们没有赢得比赛，因为他们没有完成游戏目标（小于 4）。但是池中的玩家会更多经常实现较容易的池份额目标，定期赚取他们的份额，即使他们没有实现赢得比赛这一更难的目标。

有时，池中的成员有可能抛出小于 4 的结果，池中获胜。然后可以根据玩家在池中获得的份额分配收益。尽管没有将目标设置为 8 或更少并不能赢得比赛，但这是衡量玩家投掷点数的一种公平方法，并且偶尔会得出小于 4 的结果。

同理，矿池会设置矿池难度，保证单个矿工能频繁找到与矿池难度匹配的区块头哈希，分得一杯羹。不时地，一次尝试会产生一个与比特币网络目标相匹配的区块头哈希，从而产生一个有效的区块，并且整个矿池都会获胜。

3、托管矿池

大多数矿池都是“托管”的，即公司或个人运营矿池服务器。矿池服务器的所有者称为矿池管理员，他收取矿工收入的一定比例。矿池服务器运行专门的软件和矿池挖掘协议，以协调矿池中矿工的活动。矿池服务器还连接到一个或多个比特币完整节点，并可以直接访问区块链数据库的完整副本。这允许矿池服务器代表矿池中的矿工验证区块和交易，从而减轻他们运行完整节点的负担。对于矿池中的矿工来说，这是一个重要的考虑因素，因为完整节点需要一台具有至少 15-20GB 永久存储（磁盘）和至少 2GB 内存（RAM）的专用计算机。此外，运行全节点的比特币软件需要监控、维护和频繁升级。由于缺乏维护或资源而导致的任何停机都会损害矿工的利润。对于许多矿工来说，无需运行完整节点即可进行挖矿也是加入托管矿池的一大好处。

矿工使用诸如 Stratum(STM) 或 GetBlockTemplate(GBT) 等挖矿协议连接到矿池服务器。自 2012 年底以来，旧标准 GetWork (GWK) 已基本过时，因为它不支持以高于 4GH/S 的哈希速度进行挖矿。 STM 和 GBT 协议都创建包含候选块头模板的块模板。矿池服务器通过聚合交易、添加 coinbase 交易（和额外的 nonce 空间）、计算 MERKLE 根以及连接到前一个块的哈希来构建候选块。这个候选区块的头部作为模板分发给每个矿工。矿工使用此区块模板以低于比特币网络的难度进行挖矿，并将成功的结果发送回矿池服务器以赚取份额。

4、P2P 池

托管矿池存在管理欺诈的可能性，管理层可以使用矿池进行双花或使区块无效。此外，集中式矿池服务器代表单点故障。如果服务器因拒绝服务攻击而挂起或变慢，矿池中的矿工将无法挖矿。 2011年，为了解决中心化带来的这些问题，提出并实施了一种新的矿池挖矿方式。 P2Pool 是一个没有中央管理器的点对点矿池。

P2Pool 通过分散矿池服务器的功能，称为共享链，实现了一个类似区块链的并行系统。共享链是比比特币区块链难度更低的区块链系统。共享链允许矿池矿工在一个去中心化的矿池中合作，以每 30 秒一个共享块的速度在共享链上挖矿，并赚取股份。共享链上的区块记录了贡献工作的矿工的份额，并继承了之前共享区块的份额记录。当比特币网络的难度目标也在一个共享区块上达到时，它将被广播并包含在比特币区块链中，并奖励所有在共享链区块中获得份额的矿池矿工。本质上，份额链是让所有矿工通过类似于比特币区块链系统的去中心化共识机制来跟踪所有份额，而不是在矿池服务器上一一记录矿工的份额和奖励。

P2Pool 的份额形成一个“共享链”，每个份额引用前一个份额的哈希。每个份额包含一个标准比特币区块头，一些 P2Pool 用于计算结果交易（总奖励金额、该份额的支付脚本、随机数、先前份额的哈希值和当前股权目标） 特殊数据、链接结果的 Merkle 分叉交易到区块头的 Merkle 哈希。

单人挖矿比在矿池中挖矿更复杂全球各eth矿池收费，因为它需要矿工运行具有足够空间、内存和带宽的专用计算机来支持比特币全节点和 P2Pool 节点软件。 P2Pool 矿工将他们的挖矿硬件连接到本地 P2Pool 节点，该节点通过向矿工发送块模板来模拟矿池服务器的功能。在 P2Pool 中，个体矿工共同创建自己的候选区块并聚合交易，就像单独的矿工一样，但他们在共享链上合作开采。 P2Pool 是一种混合方法，比单独挖矿具有更细粒度的收益优势。但是没有必要像托管矿池那样赋予管理者更多的权力。