比特币挖矿协议的过去与未来:Stravum V2 简介

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本文介绍了比特币矿池协议的历史,重点阐述了 Stratum V2 协议的优势及其在提高安全性、数据传输效率和挖矿去中心化方面的作用,并对比了 Stratum V2、Stratum V1 和 BetterHash 三种协议的特点,强调 Stratum V2 通过赋予矿工选择交易的权力,从而促进挖矿行业更加去中心化。

作者:Braiins

来源: https://braiins.com/blog/past-and-future-of-bitcoin-mining-protocols-stratum-v2-overview

在这篇博文中,我们将了解比特币矿池网络连接协议的历史沿革,以理解为了 Stratum V2 正在塑造比特币挖矿的未来。“Stratum V2” 是下一代的矿池协议,它产生自当前的 Stratum V2 和 Betterhash 协议。它提高了安全性,让数据传输更为高效,也降低了挖矿基础设施的门槛。此外,它让加入矿池的矿工可以自己选择要挖掘的交易,从而提升了挖矿的去中心化。

![Stratum V2](../images/past-and-future-of-bitcoin-mining-protocols-stratum-v2-overview/Stratum V2.webp)

矿池和挖矿协议的历史

最初,矿工必须通过运行全节点来连接到比特币协议并与之交互。

为了标准化矿工与比特币协议之间的沟通,一种开源的 “getwork” 协议被用作快速且简单的解决方案,帮助彼此独立的矿工开始挖矿。Getwork 协议使用 HTTP 协议作为跟比特币协议连接的方法。但是,HTTP 一般用在网页上,对于协调对等节点来挖掘比特币并不理想。 因此,随着挖矿变得更加流行,其低效之处也即逐渐暴露出来

到了 2012 年,随着挖矿行业发生了巨大变化、网络哈希率迅速增长,getwork 的低效率已经成了大问题。它让可观数量的网络带宽发生在矿工之间,而且,服务端(也即矿池)为了支持日渐增多的矿工,要花费数量高不可攀的带宽。

这时候,事情已经很显然了:getwrok 协议不是一个能够扩容的解决方案

入池挖矿越来越流行,getwork 协议的局限性也就越来越明显。这让 Marek “Slush” Palatinus —— 他在 2010 年创建了 Slush 矿池 —— 开发了 stratum 协议(Stratum V1)用于矿池和矿工的沟通。从此,Stratum V1 就一直是矿池挖矿的标准协议,尽管比特币网络和挖矿行业产生了巨大的增长( ~ 10 TH/s 增长到 600 EH/s)。(译者注:这里的 “H/s” 是 “每秒哈希次数” 的意思,是度量挖矿算力(哈希率)的单位。)

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矿池协议的现状

Stratum (V1) 以及对它的批评

Stratum V1 被批评一开始是秘密开发的,然后才摆到台面上,因为没有用正式的 BIP 来描述其实现。但是,可以说 Stratum V1 跟比特币的协议和实现都无关 —— 它只是一个定制化的池化挖矿插件,所以不应该要求一个正式的 BIP

另一个争议的源头是,就在 Stratum V1 开发期间,社区花了几个月时间来开发一种叫做 “ getblocktemplate(BIP22)” 的开源协议,以取代 getwork 协议。就在 Stratum V1 发布的几乎同一时间,getblocktemplate 协议的直接采用开始停滞。不过,应该指出的是,Stratum 的服务端在背后也使用了 getblocktemplate 协议,只是围绕它添加了许多的优化。

不幸的是,使用 getblocktemplate 协议有一个重大的缺点,就是矿工会失去构造自己的区块模板(也即在自己挖掘的区块中选择包含哪些交易)的能力。虽然这完全不影响矿工的经济激励,因为矿工总是被激励在自己的区块中打包手续费最高的交易,但它确实带来了一个漏洞 —— 矿池运营者可能被劫持。这就是为什么我们要在 Stratum V2 中重新引入 矿工构造自己的区块 的能力。

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Slush 在 2012 年发布了 Stratum 协议,只需简单浏览帖子,你会发现很多这样的批评。

最后,还有安全性问题。正如 Ruben Recabarren 在自己的论文《 Stratum:比特币矿池协议及其加强》中指出的, Stratum V1 无法抵御可能的中间人攻击。虽然没有 “哈希率劫持” 的显著案例曝出,在不为人知的地方,依然有可能发生,因此,比特币挖矿行业迁移到更加安全的协议就变得更加重要。 防范哈希率劫持 是 Stratum V2 的另一个关键特性。 Stratum V1 在自己的实现中做了出色的工作,但比特币网络还在持续增长,新的开发也一直在社区中涌现

Matt Corallo 的 BetterHash 提议

在比特币历史上的绝大部分时间,矿池运营者都控制着在他们挖掘的区块中要包含哪些交易。矿池给矿工提供任务(分发任务),而矿工提交符合要求的工作量证明。 这让矿工在一定程度上依赖于矿池的诚实和公平

为了解决矿池中心化问题,Chaincode Labs 的工程师(现在供职于 Spiral)Matt Corallo 提出了一种新的挖矿协议。 Matt 在 2018 年提出 Betterhash,作为更新挖矿协议的尝试。

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- Matt Corallo 因为 Stratum V2 和 BetterHash 而知名。他也曾在 Blockstream、Chaincode Labs 和 Square 担任开发工作。 -

BetterHash 挖矿协议取代了 getblocktemplate 协议,并为矿工带来了一系列的品质改进。最大的改进之一是,矿工可以构造自己的区块模板、矿池可以采用这样的模板来分发任务

BetterHash 的初衷是,通过让矿工自己挑选交易、而不是只能接受来自矿池的区块模板,将权力还给矿工。通过提醒矿工,矿池可能会在不经济的区块构造中审查交易,这提供流去中心化。

但是,BetterHash 有一些故障,使得矿池很难实现它,所以最终也没有迈过规范阶段。

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对比挖矿协议:Stratum V1、BetterHash、Stratum V2

Stratum V2 是 BetterHash 和 Stratum V1 的改进版,主要在效率、安全性和矿工自主性上有所改进。它减少了带宽用量,加速了挖矿沟通,并引入了更健壮的安全性来防范中间人攻击。此外,它给了矿工更大的交易挑选控制权,这是在 Stratum V1 有限、在 BetterHash 中得到一定程度提升的东西。这些强化让 Stratum V2 成为了更优化、更安全也更去中心化的挖矿解决方案

Stratum V2 Stratum V1 BetterHash
矿工低开销 :white_check_mark: :white_check_mark:
矿池低开销 :white_check_mark:
协议容易更新 :white_check_mark: :white_check_mark:
容易延展 :white_check_mark: :white_check_mark:
哈希率劫持防范 :white_check_mark: :white_check_mark:
自定义任务选择 :white_check_mark: :white_check_mark:
专设任务挑选协议 :white_check_mark:
带有固件实现 :white_check_mark: :white_check_mark:
空块消除 :white_check_mark:
瞬时后端切换 :white_check_mark:

Stratum V2 :矿池协议的最终胜出者

SV2 有利于矿工、矿池和其他所有人

Stratum V2 由 Braiions 的创始人 Pavel Moravec 和 Jan Čapek 在 2019 年推出,也结合了 Matt Corallo 和其他行业专家的努力。

Youtube 视频

它既是最初的用于比特币挖矿的 Stratum 协议的升级版本,也是 BetterHash 的进化。

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这套新协议提供了多种好处: 它让挖矿变得更加安全、让数据可以更高效率地收发,还降低了对高负载的挖矿设备的需要。此外,Stratum V2 还给了矿工选择要在自己挖掘的区块中打包哪些交易的权力,帮助分散决策权和比特币挖矿的去中心化。

Youtube 视频

得益于这些升级, Stratum V2 简化了挖矿作业,提高了安全性,并鼓励一个更加分散、去中心化的挖矿业态

SV2 开源参考实现

一些矿池,比如 Braiins Pool,正在积极使用这一协议来优化挖矿体验,并且,Stratum V2 的开发在近年也一直在继续。在 2024 年 3 月,一群开发者 发布了正式的 SRI(Stratum V2 参考实现)v1.0 版本,这推动了协议上的开发工作,并增加了额外的特性,使之超越了 Braiins 的创始人和 Matt Corallo 所制定的规范。

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我们相信,SV2 拥有光明的未来,并且有潜能引领挖矿行业的革新。 敬请期待下一篇博客!

**贡献和实现 Stratum V2 **

SV2 运动日益壮大,几家知名的公司也加入了。详情请看这个网页: https://stratumprotocol.org/

(完)

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