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一、比特币矿池的协议stratum

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getblocktemplate协议诞生于2012年中叶，此时矿池已经出现。矿池采用getblocktemplate协议与节点客户端交互，采用stratum协议与矿工交互，这是最典型的矿池搭建模式。

与getwork相比，getblocktemplate协议最大的不同点是：getblocktemplate协议让矿工自行构造区块。如此一来，节点和挖矿完全分离。对于getwork来说，区块链是黑暗的，getwork对区块链一无所知，他只知道修改data字段的4个字节。对于getblocktemplate来说，整个区块链是透明的，getblocktemplate掌握区块链上与挖矿有关的所有信息，包括待确认交易池，getblocktemplate可以自己选择包含进区块的交易。

挖矿有两种方式，一种叫SOLO挖矿，另一种是去矿池挖矿。前文所述的在节点客户端直接启动CPU挖矿，以及依靠getwork+cgminer驱动显卡直接连接节点客户端挖矿，都是SOLO挖矿，SOLO好比自己独资买彩票，不轻易中奖，中奖则收益全部归自己所有。去矿池挖矿好比合买彩票，大家一起出钱，能买一堆彩票，中奖后按出资比率分配收益。理论上，矿机可以借助getblocktemplate协议链接节点客户端SOLO挖矿，但其实早已没有矿工会那么做，在写这篇文章时，比特币全网算力1600P+，而当前最先进的矿机算力10T左右，如此算来，单台矿机SOLO挖到一个块的概率不到16万分之一，矿工（人）投入真金白银购买矿机、交付电费，不会做风险那么高的投资，显然投入矿池抱团挖矿以降低风险，获得稳定收益更加适合。因此矿池的出现是必然，也不可消除，无论是否破坏系统的去中心化原则。

矿池的核心工作是给矿工分配任务，统计工作量并分发收益。矿池将区块难度分成很多难度更小的任务下发给矿工计算，矿工完成一个任务后将工作量提交给矿池，叫提交一个share。假如全网区块难度要求Hash运算结果的前70个比特位都是0，那么矿池给矿工分配的任务可能只要求前30位是0（根据矿工算力调节），矿工完成指定难度任务后上交share，矿池再检测在满足前30位为0的基础上，看看是否碰巧前70位都是0。

矿池会根据每个矿工的算力情况分配不同难度的任务，矿池是如何判断矿工算力大小以分配合适的任务难度呢？调节思路和比特币区块难度一样，矿池需要借助矿工的share率，矿池希望给每个矿工分配的任务都足够让矿工运算一定时间，比如说1秒，如果矿工在一秒之内完成了几次任务，说明矿池当前给到的难度低了，需要调高，反之。如此下来，经过一段时间调节，矿池能给矿工分配合理难度，并计算出矿工的算力。

矿池通过getblocktemplate协议与网络节点交互，以获得区块链的最新信息，通过stratum协议与矿工交互。此外，为了让之前用getwork协议挖矿的软件也可以连接到矿池挖矿，矿池一般也支持getwork协议，通过阶层挖矿代理机制实现（Stratum mining proxy）。须知在矿池刚出现时，显卡挖矿还是主力，getwork用起来非常方便，另外早期的FPGA矿机有些是用getwork实现的，stratum与矿池采用TCP方式通信，数据使用JSON封装格式。

先来说一下getblocktemplate遗留下来的几个问题：

矿工驱动：在getblocktemplate协议里，依然是由矿工主动通过HTTP方式调用RPC接口向节点申请挖矿数据，这就意味着，网络最新区块的变动无法及时告知矿工，造成算力损失。

数据负载：如上所述，如今正常的一次getblocktemplate调用节点都会反馈回1.5M左右的数据，其中主要数据是交易列表，矿工与矿池需频繁交互数据，显然不能每次分配工作都要给矿工附带那么多信息。再者巨大的内存需求将大大影响矿机性能，增加成本。

Stratum协议彻底解决了以上问题。

Stratum协议采用主动分配任务的方式，也就是说，矿池任何时候都可以给矿工指派新任务，对于矿工来说，如果收到矿池指派的新任务，应立即无条件转向新任务；矿工也可以主动跟矿池申请新任务。

现在最核心的问题是如何让矿工获得更大的搜索空间，如果参照getwork协议，仅仅给矿工可以改变nNonce和nTime字段，则交互的数据量很少，但这点搜索空间肯定是不够的。想增加搜索空间，只能在hashMerkleroot下功夫，如果让矿工自己构造coinbase，那么搜索空间的问题将迎刃而解，但代价是必要要把区块包含的所有交易都交给矿工，矿工才能构造交易列表的Merkleroot，这对于矿工来说压力更大，对于矿池带宽要求也更高。

Stratum协议巧妙解决了这个问题，成功实现既可以给矿工增加足够的搜索空间，又只需要交互很少的数据量，这也是Stratum协议最具创新的地方。

再来回顾一下区块头的6个字段80字节，这个很关键，nVersion，nBits，hashPrevBlock这3个字段是固定的，nNonce，nTime这两个字段是矿工现在就可以改变的。增加搜索空间只能从hashMerkleroot下手，这个绕不过去。Stratum协议让矿工自己构造coinbase交易，coinbase的scriptSig字段有很多字节可以让矿工自由填充，而coinbase的改动意味着hashMerkleroot的改变。从coinbase构造hashMerkleroot无需全部交易，

如上图所示，假如区块将包含13笔交易，矿池先对这13笔交易进行处理，最后只要把图中的4个黑点（Hash值）交付给矿工，同时将构造coinbase需要的信息交付给矿工，矿工就可以自己构造hashMerkleroot（图中的绿点都是矿工自行计算获得，两两合并Hash时，规定下一个黑点代表的hash值总是放在右边）

。按照这种方式，假如区块包含N笔交易，矿池可以浓缩成log2(N)个hash值交付给矿工，这大大降低了矿池和矿工交互的数据量。

Stratum协议严格规定了矿工和矿池交互的接口数据结构和交互逻辑，具体如下：

1.矿工订阅任务

启动挖矿机器，使用mining.subscribe方法链接矿池

返回数据很重要，矿工需本地记录，在整个挖矿过程中都用到，其中：

Extranonce1，和 Extranonce2对于挖矿很重要，增加的搜索空间就在这里，现在，我们至少有了8个字节的搜索空间，即nNonce的4个字节，以及 Extranonce2的4个字节。

2.矿池授权

在矿池注册一个账号，添加矿工，矿池允许每个账号任意添加矿工数，并取不同名字以区分。矿工使用mining.authorize方法申请授权，只有被矿池授权的矿工才能收到矿池指派任务。

3.矿池分配任务

以上每个字段信息都是必不可少，其中：

有了以上信息，再加上之前拿到的Extranonce1和Extranonce2_size，就可以挖矿了。

4.挖矿

1)构造coinbase交易

用到的信息包括Coinb1, Extranonce1, Extranonce2_size以及Coinb2，构造很简单：

为啥可以这样，因为矿池帮矿工做了很多工作，矿池已经构建了coinbase交易，系列化后在指定位置分割成coinb1和coinb2，coinb1和coinb2包含指定信息，比如coinb1包含区块高度，coinb2包含了矿工的收益地址和收益额等信息，但是这些信息对于矿工来说无关紧要，矿工挖矿的地方只是Extranonce2的4个字节。另外Extranonce1是矿池写入区块的指定信息，一般来说，每个矿池会写入自己矿池的信息，比如矿池名字或者域名，我们就是根据这个信息统计每个矿池在全网的算力比重。

2)构建Merkleroot

利用coinbase和merkle_branch，按照上图方式构造hashMerkleroot字段。

3)构建区块头

填充余下的5个字段，现在，矿池可以在nNonce和Extranonce2里搜索进行挖矿，如果嫌搜索空间还不够，只要增加Extranonce2_size为多几个字节就可轻而易举解决。

5.矿工提交工作量

当矿工找到一个符合难度的shares时，提交给矿池，提交的信息量很少，都是必不可少的字段：

矿池拿到以上5个字段后，首先根据任务号ID找出之前分配任务前存储的信息（主要是构建的coinbase交易以及包含的交易列表等），然后重构区块，再验证shares难度，对于符合难度要求的shares，再检测是否符合全网难度。

6.矿池给矿工调节难度

矿池记录每个矿工的难度，并根据shares率不断调节以指定合适难度。矿池可以随时通过mining.set_difficulty方法给矿工发消息另其改变难度。

如上，Stratum协议核心理念基本解析清楚，在getblocktemplate协议和Stratum协议的配合下，矿池终于可以大声的对矿工说，让算力来的更猛烈些吧。

二、比特币矿池有什么差别

主要是获得的比特币分配模式不同：根据运营模式，常见的比特币矿池有如下几种：PPLNS、PPS、DGM、P2Pool等

PPLNS：（最纯正的组队挖矿）全称Pay Per Last N Shares，意思是说“根据过去的N个股份来支付收益”，这意味着，所有的矿工一旦发现了一个区块，大家将根据每个人自己贡献的股份数量占比来分配区块中的货币。(share就是股份的意思)

在PPLNS模式下，运气成份非常重要，如果矿池一天能够发现很多个区块，那么大家的分红也会非常多，如果矿池一天下来都没有能够发现区块，那么大家也就没有任何收益。

PPS：Pay-Per-Share方式---该方式为立即为每一个share支付报酬。该支出来源于矿池现有的比特币资金，因此可以立即取现，而不用等待区块生成完毕或者确认。这样可以避免矿池运营者幕后操纵。这中方法减少了矿工的风险，但将风险转移给了矿池的运营者。运营者可以收取手续费来弥补这些风险可能造成的损失。

为了解决PPLNS那种有时候收益很高，有时候没有收益的情况，PPS采用了新的算法。PPS根据你的算力在矿池中的占比，并估算了矿池每天可以获得的矿产，给你每天基本固定的收益。

怎么样，有没有感觉这就是一个稳定的工作？实际上，PPS模式的矿池为了避免亏本风险，往往会收取7%-8%的高额手续费。

DGM：Double Geometric Method.双几何制.结合了 PPLNS和几何奖励类型,使得矿池运营者能规避一部分风险.矿池运营者在短期内收取部分挖出的货币,然后在之後以正规化过的值返还给矿工，像电容充放电,运气好每 block少给你点,运气差多给你点。

175btc：175btc的挖矿节点工作在类似比特币区块链的一种shares链上。由于没有中心，所以也不会受到DoS攻击。和其他现有的矿池技术都不一样---每个节点工作的区块，都包括支付给前期shares的所有者以及该节点自己的比特币。99%的奖励（50BTC+交易费用）会平均分给矿工，另外0.5%会奖励给生成区块的人。

比特币之家网有详细的介绍。

三、比特币为什么暴跌

原因1：BCH分叉引发踩踏。梳理比特币价格时间线不难发现，此次币价下跌始于BCH分叉前夜。BCH（比特币现金）是市值排名第四的数字货币，由控制着比特币大量算力的矿机巨头公司比特大陆于2017年8月从比特币原链分叉而来（可以理解为复制了一个“山寨”的比特币）。最近，控制着BCH大量算力的Craig Steven Wright（简称CSW）想再次分裂BCH，CSW阵营与比特大陆阵营自11月16日开始打起了算力战，争夺BCH的主导权。这场对决也被看成是CSW与吴忌寒（比特大陆创始人）之间的对决，而CSW是个自称“中本聪”的澳洲人，所以被戏称为“澳本聪”。为了赢下算力战，澳本聪和吴忌寒动用自己的财力把很多原本用于挖BTC（比特币）的算力切换到了BCH之上，这直接导致了BTC整体算力的减少，也间接导致了比特币价格的下跌。“此次下跌的根源是熊市信心丧失，导火索是BCH分叉中BSV一方不顾经济利益，烧钱攻击BCH主链，使人对去中心化密码货币的抗攻击能力产生怀疑。”重庆工商大学区块链经济研究中心主任刘昌用对区块链Truth（ID：chaintruth）表示。奇点咨询创始人郑迪在11月15日分析称，算力战导致BTC网络最近10天的算力下降了10%左右，挖1个BTC的完全成本也相应下降10%至5000美元（4毛电费）~4000美元（3毛电费）左右。在这样的成本基础上，大矿工们完有动力在期货市场上提前把BTC抛掉锁定利润。这可能是为什么期货市场的BTC一度跌到4900美元的原因，如果没有一定的利润空间，比特币的供应商（矿工）也不会有意愿以低于现货市场的价格在期货市场上提前抛出（未来的）比特币。在整个算力战期间，BTC挖矿算力在持续下降。“高峰时期，整个比特币网络有60EH算力，大跌以前也有52EH，然后快速下降到45~47EH，现在只有40EH左右。”郑迪对区块链Truth表示。在郑迪看来，后面的算力下降是因为币价持续下降，部分矿工无法覆盖成本导致边际算力退出，而算力的退出导致币价继续下跌，就此形成了恶性循环。“很多人认为成本决定价格，比特币成本跌了10%，价格跟随下跌是应该的。”郑迪分析道。这样看来，币价下跌和算力战脱不开关系。11月19日和11月20日，币信创始人星空接连在朋友圈发文，直指BTC此轮暴跌和BCH分叉有关。星空在朋友圈发表状态泛城控股董事长陈伟星也坚定地认为BCH分叉是比特币大跌的主要原因，他对区块链Truth表示：“小寒（指吴忌寒）和澳本聪瞎搞，引起了市场的担心。很多人不理解比特币，算力就成了大家都看得懂的指标，BCH算力战导致BTC算力变少，就会引起恐慌和抛售。”区块链专家洪蜀宁则告诉区块链Truth，比特币价格大跌是因为算力战双方有人为了筹资大量抛售比特币，另外缩小BTC和BCH的价格差有利于算力战双方控制算力流动。这可真是——神仙打架、百姓遭殃！不过，也有人持不同观点。莱比特矿池创始人江卓尔反驳道：“本次‘和平挖矿竞赛’中，双方截止目前（11月20日晚），累计共烧掉3000万元，不足1000个BTC。”他认为，CSW声称的“算力战烧钱卖BTC导致价格下跌”站不住脚，总共耗资不到1000个BTC，就把盘面砸穿了？（注：据火币Pro显示比特币现流通量为1673.82万个）

原因2：OKEx期货火上浇油在江卓尔看来，本次比特币下跌直接原因是交易所OKEx的期货系统出错，导致大量自动量化程序砸盘现货，引爆一直存在的熊市恐慌情绪。11月14日下午5点，OKEx平台上BCH期货合约提前交割，交易价格并不是按照现货价格执行，而是按照每个合约的最后一笔成交价来算。当时BCH现货指数500美金，而期货是408美金。OKEx在公众号解释提前交割的原因有分析人士指出，传统商品期货，交割时候基本不存在折价，因为可以拿多头仓位进行实物交割，如果有折价也会被磨平，而上交易所的估值期货，到交割时候会按照编制的一揽子股票指数的收盘价加权平均，基本交割时候不会出现折价和溢价，期货市场没有说是按照最后一笔成交价结算交割的。OKEx的决定直接导致不少投资人亏损。因此有分析人士指出，11月14日晚上以太坊、莱特币、EOS等主流币期货出现了流动性买盘枯竭，全是恐慌卖单，以太坊最深跌到了141美元，而当时现货还在180美元。同时，江卓尔表示根本原因则是熊市横久必跌。他坚持认为，以BTC的体量，被一个不足BTC市值7%的币（BCH）造成这么大的影响是说不过去的。几天前，五家数字加密货币投资基金因在OKEx期货交易中遭遇了不公平待遇而共同声讨OKEx，其中一家已经向香港证监会提交了投诉。有报道称，在OKEx异常期间，市场累计爆仓单超过了4亿美金。

原因3：监管形势严峻。在矿场主大头（化名）看来，这次币价下跌，算力战不是主要原因。“你想想，吴忌寒的机器咋卖？砸到底了，矿工收不回成本，机器也卖不出去了。”大头对区块链Truth表示。币印联合创始人兼COO朱砝认为大跌和算力战根本没关系。“原本根本就没必要打什么算力战，社区有分歧，硬分叉就行了。所谓算力战只是双方感情用事非要分个场面上的高下，或者只是市场宣传的噱头罢了。”朱砝对区块链Truth表示。他告诉区块链Truth，大跌的很大一个原因是美国要打击ICO。据《华尔街日报》11月16日报道，近期，美国证券交易委员会（以下简称“SEC”）在官网上发布一则公告，表示对与CarrierEQ Inc.(Airfox)和Paragon Coin Inc.两家ICO项目方进行民事处分。内容包括：一、必须按购买时的代币估值，以美元形式退回给投资者；二、代币须以合法证券注册；三、向委员会每年至少报告一次；四、25万美元的罚款。同一天，SEC同时发布了《关于数字资产证券发行与交易的声明》，具体定义了“数字资产”、“交易所”、“经营实体”等概念。在该声明中，ICO代币被视为未注册的证券。反规定的加密货币创始人进行民事处罚。有分析人士指出，美国为典型的判例法国家，首次判决将影响此后相关案件的判罚方向和尺度，本次判决结果明显、态度明确，影响了投资者对于加密货币的信心。而华盛顿律师事务所Stepehn Palley认为，本次判决中涉及的相关测试可能适用于过去两年中95％的ICO项目。中国银行法学研究会理事肖飒告诉区块链Truth：严格来讲不能说民事判决的出现，就代表了监管机构对某种行为进行了更严格的监管；只能说判例与未来的“集团诉讼”，可能会影响到监管机构的政策制定，比如说州或联邦的立法。从另外一个角度可以认为，这样的民事诉讼判决，会使得加密货币的项目方因为判例的约束会更加谨慎。另有报道显示，美国监管机构正在调查，去年比特币创纪录的上涨是否是市场操纵的结果。这次调查的焦点是——交易员是否使用了一种存在争议的加密货币Tether来推动比特币价格上涨。Tether的创始人称，这种加密货币（USDT）由美元以1:1的比例提供支持。今年6月，德克萨斯大学金融学教授约翰?格里芬（John Griffin）和研究生阿明?沙姆斯（Amin Shams）发表了一项研究，称比特币涨幅中至少有一半是由于共谋的价格操纵。在这篇66页的论文中，作者解释说，在比特币价格下跌的关键时刻，有人用Tether来大量购买比特币，这有助于“稳定和操纵”比特币的价格。种种迹象表明，主流国家对于虚拟货币的监管正越来越严格，这或许也是人们短期看衰比特币的原因之一。