挖矿 - 比特币开发指南

挖矿 - 比特币开发指南

原文链接: https://bitcoin.org/en/developer-guide#operating-modes

翻译： terryc007

版本：1.0

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比特币开发指南

1. 区块链

2. 交易

3.合约

4.钱包

5.支付处理

6.工作模式

7.P2P网络

8.挖矿

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挖矿就是把新的区块加到区块链上，这使得很难去修改交易记录。目前有两种挖矿方式：

• 单独挖矿(Solo)： 矿工自己生成新区块，独自从区块奖励，交易费用获取收入，这使得他可以获得大额的支付（支付时间长）。

• 矿池挖矿(Pooled)： 矿池里的矿工通常一起挖矿，每个矿工根据其在矿池中贡献的算力来平分收益，每个矿工会收到小额的支付（支付时间短）。

单独挖矿

如下图所示，solo挖矿通常使用bitcoind从比特币网络获取新的交易。他们的挖矿软件定期的使用getblocktemplate PRC轮询bitcoind来获取新的交易，并返回新的交易列表，以及coinbase交易被发送到的公钥。

挖矿软件使用区块模板构建一个区块，并创建一个区块头。然后它发送带有难度目标阀值的，80字节区块头到挖矿硬件（比如ASIC）。挖矿硬件为区块头nonce尝试各种可能的值，并生成相应的哈希。

如果没有任何哈希低于设置的目标阀值，挖矿硬件会从挖矿软件那里获取一个带有新的默克尔根的，更新过的区块头。新的区块头是通过在coinbase交易的coinbase字段加入额外的nonce数据来产生的。

另一方面，如果找到一个哈希值低于目标阀值，挖矿硬件会把成功的nonce区块头返回给挖矿软件。挖矿软件把区块头跟区块组合起来，然后把完成的区块发送给bitcoind，bitcoind再把区块广播到比特币网络。

矿池挖矿

矿池挖矿的流程跟solo挖矿流程类似，如下图所示，矿池运营者基于每个矿工完成的工作量来给他们支付。矿池使用bitcoind从比特币网络获取新的交易。使用下面会讲到的方法，每个矿工的挖矿软件会连接到矿池，并从矿池哪里获取它所需要的信息来构建区块头。

在矿池挖矿中，矿池会会把目标阀值设的比比特币网络难度低一些。这了会导致挖矿硬件会返回很多区块头，但这些区块头的哈希值是不合格的，并不能加入到区块链，但是他们的哈希值却符合矿池设置的目标阀值， 这可以用来证明（平均上）矿工的确是完成了一定比例的哈希计算。

然后矿工给矿池发送一些信息，矿池用它来验证他们生成的区块头的哈希值是否低于目标阀值，并且验证与区块头默克根字段相关的交易，他们所在的区块是否有效。（这通常意味着coinbase交易必须支付给矿池）

矿工发送给矿池的信息被称为share，因为它证明矿工完成了一部分工作。偶尔，矿池收到的shares也会低于比特币网络目标阀值 — 矿池会把这些区块发送到比特币网络，以便它们可以被加入到区块链。

从挖矿而获得区块奖励，交易费用需要支付给矿池。然后矿池了会基于每个矿工生成shares的多少，给每个矿工支付收益。比如，如果矿池目标阀值低于网络目标阀值的1/100, 那么要成功挖出一个区块，平均需要生成100份share，因此矿池可以给每个share支付1/100的收益。 基于基本的share系统，不同的矿池使会使用不同的分布式系统。

区块原型

在solo跟矿池挖矿这两种方式中，挖矿软件需要获取一些必要的信息来构建区块头。本节讲述的信息如何传输，使用，都是线性的。 而在实际实现中，会使用并发线程，队列让ASIC哈希计算器保持满负荷工作。

getwork RPC

在比特币内核，矿工使用最简单，易用的方法getwork PRC来构建区块头，不过这个方法目前已经废弃掉。因为一个区块头只包含4字节的nonce，对应约4G哈希算力，但是现代的矿机需要每秒发起上百个getwork请求。Solo矿工还可以用比特币内核v0.9.5或更低版本来挖矿，但是目前大部分矿池不鼓励或者不允许使用。

getblocktemplate RPC

getblocktemplateRPC是比特币内核中一个改进的方法。它给挖矿软件提供了很多信息：

1. 用于支付矿池而构建一个coinbase交易或solo矿机的bitcoind钱包，所需要的信息。

2. bitcoind上所有交易的dump或者矿池交易加入到区块中的交易，这就允许挖矿软件可以对交易进行检查，有选择的加入一些交易，删除一些不需要的交易。

3. 其他用于为下一个区块构建一个区块头所需要的信息： 区块版本号，之前区块哈希值，bits（目标阀值）

4. 矿池当前的目标阀值，用于接收shares。（对于solo矿工而言，这是网络目标阀值）

挖矿软件使用收到的交易，加上一个nonce在coinbase 额外nonce字段上，然后把所有的交易转化默克尔树，并派生出用在区块头的默克尔根。不管何时，只要额外nonce字段有修改，挖矿软件会重新构建默克数中必要的部分，更新区块头中的时间，默克根字段。

像所有的bitcoind RPCs，getblocktemplate 都是通过HTTP发送。 为确保矿工能获取到最近的工作，大部分矿工使用HTTP longpoll，让getblocktemplate请求一直运行。这样了，任何在P2P网络的矿工一发布一个新的区块，或者矿池想发送更多的交易给挖矿软件，矿池就可以给矿工推送一个新的getblocktemplate 消息.

Stratum

Stratum挖矿协议是另外一个被广泛使用的挖矿方式。 Stratum专注于给矿工提供最少必要的信息，让矿工自己来构建区块头。

1. 用于构建coinbase交易来支付矿池，所需信息。

2. 部分默克尔树。 当coinbase交易更新了一个新的额外nonce，通过部分默克尔树重算哈希，来创建新的默克根。

3. 其他必须的，非默克尔根信息，用来构建下一个区块的区块头。

4. 矿池当前目标阀值，用来接收shares

挖矿软件使用收到的coinbase交易，添加一个nonce到coinbase额外交易noce字段，对coinbase交易进行哈希，把这哈希结果添加到默克尔树接收到部分。根据需要对默克尔树哈希计算来创建默克根，并把它加入到收到的区块头。不管什么时候，只要额外nonce字段发生改变，挖矿软件会更新，重新对coinbase交易哈希，重建默克根，并更新区块头的默克根字段。

不像getblocktemplate, 使用Stratum的矿工，是不能检查，添加交易到他们目前正在挖的区块中。 也不像getblocktemplate那样，Stratum协议直接使用双向TCP socket， 因此当一个新的区块广播到P2P网络时，矿工不必使用HTTP longpoll来确保时刻能收到矿池发来的更新。

资源： BFGMiner GPLv3 和 EloipoolAGPLv3 是目前在矿工，矿池中，被广泛使用的挖矿软件。 libblkmaker C 库 和 python-blkmaker 都是基于MIT licensed, 实现了GetBlockTemplate功能的代码库。

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声明：

文中带有[?]的地方，表示我对此翻译明显感觉不太对的，后续会不断修正。

有些地方可能会翻译的不好，不地道，甚至错误，如果有发现，还请留言，指出，以便我好修正，谢谢！