矿池

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矿池

比特币挖矿在这个激烈竞争的环境中,个体矿工独立工作(也就是solo挖矿)没有一点机会。他们找到一个区块以抵消电力和硬件 成本的可能性非常小,以至于可以称得上是赌博,就像是买彩票。就算是最快的消费型ASIC也不能和那些在巨大机房里拥有数万芯片并靠近水电站的商业矿场竞争。

现在矿工们合作组成矿池,汇集数以千计参与者们的算力并分享奖励。通 过参加矿池,矿工们得到整体回报的一小部分,但通常每天都能得到,因而减少了不确定性。

个人矿工在建立矿池账号后,设置他们的矿机连接到矿池服务器。他们的 挖矿设备在挖矿时保持和矿池服务器的连接,和其他矿工同步各自的工作。这样,矿池中的矿工分享挖矿任务,之后分 享奖励。成功出块的奖励支付到矿池的比特币地址,而不是单个矿工的。一旦奖励达到一个特定的阈值,矿池服务器便会定期支 付奖励到矿工的比特币地址。

通常情况下,矿池服务器会为提供矿池服务收取一个百分比的费用。参加矿池的矿工把搜寻候选区块的工作量分割,并根据他们挖矿的贡献赚取“份额”。矿池为赚取“份额”设置了一个低难度 的目标,通常比比特币网络难度低1000倍以上。

当矿池中有人成功挖出一块,矿池获得奖励,并和所有矿工按照他们做 出贡献的“份额”数的比例分配。矿池对任何矿工开放,无论大小、专业或业余。一个矿池的参与者中,有人只有一台小矿机,而有些人有一车库高端挖 矿硬件。有人只用几十度电挖矿,也有人会用一个数据中心消耗兆瓦级的电量。矿池如何衡量每个人的贡献,既能公平 分配奖励,又避免作弊的可能?答案是在设置一个较低难度的前提下,使用比特币的工作量证明算法来衡量每个矿工的 贡献。

因此,即使是池中最小的矿工也经常能分得奖励,这足以激励他们为矿池做出贡献。通过设置一个较低的取得份 额的难度,矿池可以计量出每个矿工完成的工作量。每当矿工发现一个小于矿池难度的区块头hash,就证明了它已经完 成了寻找结果所需的hash计算。更重要的是,这些为取得份额贡献而做的工作,能以一个统计学上可衡量的方法,整体 寻找一个比特币网络的目标散列值。成千上万的矿工尝试较小区间的hash值,最终可以找到符合比特币网络要求的结 果。

一个矿池会将矿池难度设置在保证一个单独的矿工能够频繁地找到一个符合矿池难度的区块头hash来赢取份 额。时不时的,某次尝试会产生一个符合比特币网络目标的区块头hash,产生一个有效块,然后整个矿池获胜。

总结:要理解矿池,举一个非常简单明了的例子:
矿池就相当于一个大矿主boss,他承包了一大块金矿,然后他将金矿切分成很多小份分给下面的小矿工(将nonce进行范围切分,然后分给矿机);
每一小片金矿下面有可能有大金块(挖矿奖励),很大概率上会有很多小金块(矿工的贡献);
然后每个矿工在自己的小片金矿上随机挖矿,有可能一下子挖到大金块,但很大概率是先挖到一堆小金块,然后就报告自己已经挖到的小金块的数量;
当这一个挖矿季度结束,挖到了大金块的话,就按照小金块的数量大家均分大金块,如果没有挖到大金块,就在下一个挖矿季度再接再厉。

托管矿池

大部分矿池是“托管的”,意思是有一个公司或者个人经营一个矿池服务器。矿池服务器的所有者叫矿池管理员,同时他 从矿工的收入中收取一个百分比的费用。矿池服务器运行专业软件以及协调池中矿工们活动的矿池采矿协议。矿池服务器同时也连接到一个或更多比特币完全节 点并直接访问一个块链数据库的完整副本。这使得矿池服务器可以代替矿池中的矿工验证区块和交易,缓解他们运行一 个完整节点的负担。

对于池中的矿工,这是一个重要的考量,因为一个完整节点要求一个拥有最少100-150GB的永久储存空间(磁盘)和最少2GB到4GB内存(RAM)的专用计算机。

此外,运行一个完整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导致的任何宕机都会伤害到矿工的利润。对于很多矿工来说,不需要跑一个完整节点就能采矿,也是加入托管矿池的一大好处。

矿工连接到矿池服务器使用一个采矿协议比如Stratum(STM)或者 GetBlockTemplate(GBT)。STM和GBT协议都创建包含候选区块头模板的区块模板。矿池服务器通过打包交易,添加coinbase交易(和额外的随机值空间),计算MERKLE根, 并连接到上一个块hash来建立一个候选区块。这个候选区块的头部作为模板分发给每个矿工。矿工用这个区块模板在低于比特币网络的难度下采矿,并发送成功的结果返回矿池服务器赚取份额。

P2P矿池

托管矿池存在管理人作弊的可能,管理人可以利用矿池进行双重支付或使区块无效。中 心化的矿池服务器代表着单点故障。如果因为拒绝服务攻击服务器挂了或者被减慢,池中矿工就不能采矿。

在2011年, 为了解决由中心化造成的这些问题,提出和实施了一个新的矿池挖矿方法。P2Pool是一个点对点的矿池,没有中心管理 人。P2Pool通过将矿池服务器的功能去中心化,实现一个并行的类似区块链的系统,名叫份额链(share chain)。

一个份额链是一个难度低 于比特币区块链的区块链系统。份额链允许池中矿工在一个去中心化的池中合作,以每30秒一个份额区块的速度在份额 链上采矿,并获得份额。份额链上的区块记录了贡献工作的矿工的份额,并且继承了之前份额区块上的份额记录。当一 个份额区块上还实现了比特币网络的难度目标时,它将被广播并包含到比特币的区块链上,并奖励所有已经在份额链区 块中取得份额的池中矿工。

本质上说,比起用一个矿池服务器记录矿工的份额和奖励,份额链允许所有矿工通过类似比特币区块链系统的去中心化的共识机制跟踪所有份额。P2Pool采矿方式比在矿池中采矿要复杂的多,因为它要求矿工运行空间、内存、带宽充足的专用计算机来支持一个比特 币的完整节点和P2Pool节点软件。P2Pool矿工连接他们的采矿硬件到本地P2Pool节点,它通过发送区块模板到矿机来 模拟一个矿池服务器的功能。在P2Pool中,单独的矿工创建自己的候选区块,打包交易,非常类似于solo矿工,但是他 们在份额链上合作采矿。

P2Pool是一种比单独挖矿有更细粒度收入优势的混合方法。但是不需要像托管矿池那样给管理 人太多权力。即使P2Pool减少了采矿池运营商的中心化程度,但也可能容易受到份额链本身的51%的攻击。 P2Pool的广泛采用并不能解决比特币本身的51%攻击问题。 相反,作为多样化采矿生态系统的一部分,P2Pool整体使得比特币更加强大。

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