小明学习笔记 | 一文看懂矿池是干嘛的

神鱼曾经总结过，矿池实际上是分配给每个人的任务。然而，我想知道更多的细节，那就是矿工在做什么？矿池如何分配任务？

本文举了一个例子来解释采矿过程：矿池将区块难度分为许多难度较小的任务，并将结果提交给矿池，称为 share。假设全网难度要求 n 值为 100，即前 100 的比例为 0。矿池可以向矿工分配任务，要求前 30 位于 0，然后从提交的所有任务中找出前 100 位于 0 的目标值。

谢瑞告诉我，理论上，矿池可以分配矿工任务：

首先，矿池只是一个节点，矿工是包装和交易的。矿池将向矿工提供任务的完整信息，包装和交易，然后广播。矿工知道完整的信息，但需要填写更多的东西，签名也由矿工签名。

第二个矿池节点直接打包，给矿工结果的中间状态或不完整的信息，矿工填写他想填写的东西。块的最终组合由矿池组成。矿工 nounce 发给矿池，签名是矿池。

唯一不会改变的是访问这个矿池的数据同步。

看阅读了以上两种方法后，显然大多数商业运营矿池都会选择第二种，采矿收入的分配是根据签名进行的。如果我既是矿工，也是矿主，两者之间没有区别，你可以选择第一个。

看上面提到的 nounce 值，你可能有点困惑，这就是我们常说的 PoW 碰撞过程中的随机数将在下面解释。

根据《精通比特币》一书，挖掘的目标是找到一个使区块头哈希值小于难度目标的 nonce。前提是选定的交易已经确定。说到这里，我们需要学习比特币的区块头结构。

表格来自《精通比特币》

在区块头中，挖掘节点基本上可以改变两件事：交易和 nounce。由于采矿的目标是使区块头哈希值小于目标，整个步骤基本上是决定你想要打包的交易并形成相应的 merkle tree 根-猜一个 nounce - 把 nounce 把哈希放在块头里——知道它是否小于目标哈希值，也就是说，它比目标难。

So，基本上，你选择的交易和 nounce，都无助于你“预知”最后的哈希值大小（nounce 值很大，区块头哈希不一定会变大变小)，你只能猜每一步。其他人可能会猜一次，你猜了数万次，你唯一能做的就是比其他人同时猜更多次，这是采矿机器在做的——集中精力做一件事。

说到矿机，我问有没有抗 ASIC 算法吗？ 谢锐一般认为本质上没有抗 ASIC，但是不同的算法会使制造 ASIC 矿机成本较高。

任何 PoW 货币将有一套采矿算法/软件，ASIC 芯片将软件烧成电路。最早的芯片是专用的，比如收音机的芯片只能做收音机的东西。FPGA(Field Programmable Gate Array) 是一个可编程阵列，在硅芯片上施加电压，一个门可以变成一个非门。这种芯片应用更广泛，首先是成本比ASIC高；而且为了做得更通用，还是有冗余，没有 ASIC 高效。所以现在大家都会在电脑上设计FPGA设计，然后烧 ASIC。如此类推，GPU 甚至 CPU 可以做更多的计算类型。如果你想知道 FPGA 为什么比 ？CPU 和 GPU 更高效，请参考本文。

为什么会有冗余？假设性的例子(不准确但有助于理解)，如 5 5 ，FPGA 可能没有 5 的概念，会变成 1 1 1 1 1 1 1，ASIC可直接计算 5 5。这让我想起王嘉平接受 Odaily《星球日报》在接受采访时说：在计算机领域，灵活性/通用性和效率往往存在冲突。

“ASIC 最强的是并行计算 ，FPGA稍差一点。本质上没有抵抗ASIC，只能让它反推的每一步都比较困难，比如要求把东西放在内存里，比如要算方差，要把每一个数据都放在内存里，GPU 到 FPGA 到 ASIC，（ASIC）显存芯片可能是 GPU 100 倍。(要不要开发某种货币 ？AISIC 矿机)只看成本和收入。一般来说，可以理解为开发以太坊 ASIC 矿机比研发比特币 ASIC 矿机更难，同时开发的芯片与普通 相比CPU/GPU 效果没有明显改善。比特币可能增加了几千倍，以太可能增加了几倍到几十倍，效果不值得。

类似的分析也可以在公共数据中看到，比如耳朵财经的段落:

“Ethereum使用了Ethash算法，前身Dagger算法（Vitailk目的是抵制发明)ASIC矿机。如何抵制ASIC采矿机呢？将采矿与内存带宽捆绑，即降低其它硬件的运行优势，从而实现采矿设备平等的理念。

Ethash算法没有阻挡ASIC矿机的出现只是延迟了出现的时间。

绑定内存带宽意味着可以通过提高内存带宽速度来提高计算能力，或者降低相同内存带宽速度的功耗，但目前内存带宽价格过高ETH价格过低，从成本上考虑，ASIC矿机相较GPU来得不够划算。

Litecoin使用密码学家和程序员Colin Percival论文于2009年发表Stronger Key Derivation via Sequential Memory-hard Functions上所发明的scrypt算法。原理和Ethash相似之处在于提高挖掘过程中内存的使用成本和延迟ASIC矿机的出现。

2014年，Zeusminer专门针对研发scrypt算法的ASIC矿机。这也说明没有办法通过绑定某个硬件(如内存)来提高挖掘的使用成本ASIC矿机。”

现在大部分都叫抗 ASIC 采矿算法将内存和计算捆绑在一起。

以太中文网也整理了不同 PoW 算法部署 ASIC 开采效率提高倍数：

SHA256 约1000倍

Scrypt和NeoScrypt 约1000倍

X11和X16R 约1000倍

Equihash 约100倍

Cuckoo Cycle 约100倍

CryptoNight 约50倍

Ethash 约2倍

最后，简要介绍了矿池的收入分配模式。事实上，有很多文章解释了这一点。矿池有两种分布模式：

第一种是实际的块情况：在时间周期内，矿池挖多少块，根据计算能力比例分配矿山收入。

这种方法的时间周期一般根据挖块的时间分配收入，即两次挖块时间内的计算能力分布比；也可以每天结算。如果你的矿池爆了几块，当天的收入会很高。如果矿池一天不挖任何块，今天大家都没有收入。这叫 PPLNS（Pay Per Last N Shares）。

第二种是根据理论价值分货币：在时间周期内（通常是一天），理论上，矿池可以获得多少收入，根据计算能力比例给矿工钱，与上一种相比是稳定的。

借用本文文章中的一个例子:如果某个 10分钟内为某个矿池提供 1 T 计算能力，当时矿池计算能力为 100 T，全网算力 1000 T，平均比特币网络每 10 分钟出一块，出一块奖励 12.5 个 BTC，矿池占全网总算能力的十分之一，矿池收益预期为 1.25 个 BTC，你的计算能力占矿池计算能力的百分之一，无论矿池是否挖块，你的收入都是理论收入 1.25 BTC。这种称为 PPS(Pay Per Share)。由于 PPS 模式下，矿池承担风险，成本比例较高。

到目前为止，矿池的基础知识几乎是科普的。突然想起最近(我是年前采访的……）看这篇文章，我看到以太坊的空块率要高得多。顺便问一下，为什么矿池要挖空块。答案是节省时间：挖空块的好处不需要同步数据或下载，而且上传速度更快但在短时间内）太多的块会增加难度。

如果你想知道更以参考科普入门 |    什么是空块？矿工为什么要挖空块？ 这篇文章:

“挖空块技术唯一的优势就在于，因为空块只有一条信息，空块矿工省去了‘打包’大量信息的时间。这使得空块矿工挖完这个区块，直接就可以开始下一个区块的挖矿。

如果是大矿甚至矿池级别的硬件，这个操作只节省了几秒钟，但毫不夸张地说，大矿池几秒钟的计算能力，几百万秒钟。

一般来说，矿池不喜欢挖空块。毕竟节省那些时间，不值得收入的 6%~8% 啊。

最后是区块链网络维护的问题。如果大量块变成空块，需要传递的信息无法流通，也会造成区块链网络的大堵塞。堵塞导致区块链网络性能下降，可能会降低数字货币价格。

目前，以太坊的空块率越来越高，这可能与即将到来的采矿收入下降有关。我想利用一个块奖励三个以太坊，迅速挖出更多的村庄。

我是Odaily《星球日报》编辑卢晓明探索真正的区块链，请添加爆料和交流lohiuming，请注明姓名、单位、职位和原因。

第一期学习的是虚拟机（小明学习笔记 |    一文了解区块链跨链机制。），第二阶段是跨链（小明学习笔记 |    一文了解区块链虚拟机），第三期小明学习笔记 |    一文理解互联网TCP/IP协议》，第四期是《小明学习笔记 |    一文理解可以验证随机函数VRF》，第五期是《小明学习笔记 |    看不懂 BCH 算力战怎么结束？点击这里》

参考文章：

FPGA与CPU、GPU、ASIC的区别，FPGA云计算中的应用方案

ASIC终结者：X16R算法异军突起

优化显卡性能，抵制ASIC，ProgPoW什么是算法？

了解加密货币挖掘的现状和秘密

科普入门 |    什么是空块？矿工为什么要挖空块？

矿池PPS模式和PPLNS哪种模式的采矿收入最高？