挖矿从入门到精通（四）

入门——挖矿基础知识

上期介绍了POW挖矿的整个逻辑过程，但如今挖矿行业有两大主体：矿池和矿工，两者究竟是何关系？又是通过什么方式合作完成整个挖矿过程的？挑Sir带给你答案！

POW挖矿过程

矿池与矿工之间的通讯协议为基于JSON-RPC 2.0的stratum协议，接下来挑Sir将通过解析一个stratum协议来介绍矿池和矿工如何合作完成挖矿。

stratum协议

准备工作

在矿池与矿工连接之前，矿池需要完成的工作有：

从未确定交易池中选择待打包交易

得出区块结构中的区块大小，区块交易数与交易列表以及区块头中的常量Version，Bits，PrevBlock。

根据待打包交易构造coinbase交易，将coinbase交易进行hex转码并分为 Coinb1，ExtraNonce1，ExtraNonce2，Coinb2。

将其他代打包交易进行预处理，形成merkle_branch，merkle_branch可直接与coinbase交易构造MerkleRoot。

备注：

从未确定交易池中选择交易，通常尽可能多的优先选择手续费高的交易

由于coinbase交易没有输入方，输入字段有可随意修改的区域，故stratum协议将coinbase交易进行分割，将不可修改部分设定为Coinb1和Coinb2，将可修改部分设定为ExtraNonce1，ExtraNonce2，其中ExtraNonce1由矿池加入标记字段，ExtraNonce2交由矿工遍历，以解决Nonce与Time搜索空间小的问题。

形成的merkle_branch在下发给矿工时，与将所有交易全部下发给矿工的方式相比大大减小了传输量。

准备工作可以保证给矿工的任务准确下发，下面解析矿工连接矿池的步骤。

矿机连接

1.矿机发送请求

矿机使用mining.subscribe方法，向矿池提出请求

2. 矿池回应请求

矿池使用mining.notify方法回应请求，返回订阅号，ExtraNonce1，ExtraNonce2_Size，难度。

其中，订阅号作为标记，ExtraNonce1为矿池修改的coinbase可修改字段，ExtraNonce2_Size为交由ExtraNonce2的字节数，难度为矿池根据矿机算力下发，远小于全网难度。

3. 矿机登陆矿池

矿机使用mining.authorize方法登陆矿池。

4.矿池返回登陆结果

矿池使用server.result方法返回登陆成功提示。

5.矿池分配任务

矿池使用mining.notify方法分配任务，返回job_id，PrevBlock，Coinb1，Coinb2，merkle_branch，Time，Bits，Version,clean_jobs。

其中job_id作为标记，PrevBlock，Bits，Version为区块头组成部分，Coinb1，Coinb2为coinbase组成部分，merkle_branch为生成MerkleRoot的必要字段，Clean_jobs为任务停止标示，当当前区块已被爆出，矿池可以将这一项设为ture，矿机将中止任务 。

至此，矿机接收到了构造一个区块头需要的所有信息，在Nonce，Time，ExtraNonce2三个可变量内进行随机取值后构造区块头，进行hash运算并与难度验证，当找到符合条件的一组值时，进行任务提交。

比特币区块结构，点击查看“【挖矿从入门到精通】【入门篇】POW挖矿逻辑过程”

6.矿机提交share

当矿机发现满足下发难度的一组值时，以mining.submit方法进行任务提交，返回用户名，job_id，ExtraNonce2，Time，Nonce。

7.矿池确认任务

当收到任务提交时，矿池将矿机提交的值进行验证，若符合下发难度条件，则返回ture。这时，称矿机提交了一个share。矿池同时会使用矿机提交的值与全网难度条件进行验证。若符合全网难度条件，则广播，矿池成功爆块。

8.难度调整

矿池会随时使用mining.set_difficulty方法调节下发给矿机的难度。

总结一下

矿机向矿池提交share，矿池根据一定时间内提交的share数反推出矿机算力数值，并计算收益。

正是stratum协议保证了矿池与矿机之间任务发放与share提交等信息传输，使矿池与矿工能够低信息传输量，高效率地合作完成整个挖矿过程。但是根据stratum协议，矿池可以自由控制打包的交易和区块版本，矿池权力过大，在这种模式下比特币网络安全性受到威胁。

近期Slush Pool 背后的公司 Braiins 准备发布 Stratum V2，可以有效解决stratum协议的安全性问题，挑Sir将在近期对stratum V2协议进行解析，敬请期待。

挑Sir碎念

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