矿池基础知识（1）

讲到矿池肯定得先说挖矿，那么离不开比特币的挖矿

作为数字货币的始祖比特币，有必要去调研下比特币挖矿的源码，主要在miner.cpp、miner.h部分；

大致流程为（可能不正确）：

构建新区块，整合交易，字段填充，while循环在缓存区计算双SHA256结果nNounceFound，判断是否小于hashTarget，不断增加随机数nNounce，符合条件就是工作量证明，执行区块验证checkWork，验证的过程也是复杂的。

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矿池就是通过专用的挖矿协议来协调数量庞大的矿工，所以其系统也需要高并发-分布式，并且做好性能优化。

（可以看 http://licstar.net/archives/category/程序设计/矿池 构建山寨币矿池的故事）

发展趋势： CPU挖矿→GPU挖矿→FPGA挖矿→ASIC挖矿→大规模集群挖矿；

算力：拥有的矿机每秒能做多少次hash碰撞。 ASIC（3.5THash/s），所以集群的话在此基础上乘X；

挖矿收益：产生的比特币*币价-矿机成本-电费-维护费及人工成本-矿场折旧费等

挖到多少个区块的概率符合泊松分布，对于个体矿工投入很多资源成本最后收益仍为负数，需要矿池保证稳定收益；

矿池是一个全自动的开采平台，即矿机接入矿池——提供算力——获得收益。

share：设置一些低难度目标的工作量来量化矿工的贡献。

 

分配方式是关键：

• PPLNS（ Pay Per Last N Shares ）：运气成分重要、收益忽高忽低，分配的滞后性
• PPS（ Pay-Per-Share ）：支持立即取现，减少矿工的风险，估算每天固定的收益，矿池会收取较高的手续费
• RBPPS：和PPS 一样的原理,但是排除了死块的奖励
• PROP：和实际SOLO挖矿一模一样。但是是等真正区块被确认了才结算各自share对应的收益。

开源情况：

• btcpool（比特大陆）：https://github.com/btccom/btcpool
• PHP-MPOS：https://github.com/MPOS/php-mpos
• node-open-mining-portal：https://github.com/zone117x/node-open-mining-portal
• Powerpool：https://github.com/sigwo/powerpool

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以下来自于 http://www.51dev.com/qukuailian/763

矿池挖矿原理

　　矿工通过getblocktemplate协议与节点交互，或矿池采用stratum协议与矿工交互，即为矿池的两种典型搭建模式。
 
　　与getwork相比，getblocktemplate协议让矿工自行构造区块，因此使得节点与挖矿完全分离。矿工拿到一系列数据后，开始挖矿：
　　1、构建coinbase交易。
　　2、coinbase交易放在交易列表之前，构建hashMerkleRoot。因coinbase、以及交易次序均可调整，因此hashMerkleRoot空间可以认为无限大。因此getblocktemplate协议也使矿工获得了巨大的搜索空间。
　　3、构建区块头。
　　4、挖矿，即矿工可以在nNonce、nTime、hashMerkleRoot提供的搜索空间中涉及任意的挖矿策略。
　　5、上交数据，如果挖矿成功即提交给节点，由节点验证并广播。
 
　　getblocktemplate协议的问题：
　　1、矿工通过HTTP方式调用RPC接口向节点申请挖矿数据，因此网络中最新区块变动无法告知矿工，造成算力浪费。
　　2、每次调用getblocktemplate，节点都会返回1.5M左右数据，因频繁交互将因此增加大量成本。
　　Stratum协议将解决上述问题。
 

Stratum协议

　　Stratum协议，采用主动分配任务的方式，也即矿池任何时候都可以给矿工分派任务。对于矿工，如收到新任务，将无条件转向新任务。另外矿工也可以向矿池申请新任务。
 
　　最核心问题为，如何使得矿工获得更大的搜索空间。如果仅矿工仅可改变nNonce和nTime，交互数据少但搜索空间不足。如果允许矿工构造coinbase，搜索空间大但代价是需要将所有交易交给矿工，因此对矿池带宽要求较高。
 
　　Stratum协议巧妙解决了这个问题。即：基于Merkler树的原理，无需将全部交易发给矿工，只需将构造hashMerkleroot所需的少数几个节点交给矿工即可。同时将构造coinbase所需信息交给矿工，矿工可基于少数信息构造hashMerkleroot。照此方式，如果包含N笔交易，仅需将log2(N)个hash值交给矿工。因此可大大降低交互的数据量。
 
　　矿池的核心即给矿工分派任务，统计工作量并分发收益。矿池可以将区块难度分成更小的任务发给矿工，矿工完成任务提交矿池。如果全网区块难度要求前70位为0，那么矿池可以给矿工分派难度为前30位0的任务，矿池再判断是否碰巧前70位都为0。

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理解：

自行构建区块是很重要的，可以提升矿工的搜索空间，比如getblocktemplate协议，但是存在获取传输的数据量大，需要区块交易数据。

Stratum协议的好处就是修改为主动分配，快速告知矿工。同时保证矿工自己构建块，可以修改nNonce、nTime、hashMerkleRoot（只需给logN的hash值就可以构建root，因此最主要的只是修改了coinbase而已，而其它交易不用修改）。