Ethereum stratum mining protocol v1.0.0

2023年3月30日 451次阅读

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I. Introduction 简介
II. Concept 概念
III. Specifications (RFC) 规范(RFC)
IV. Real world scenario 真实场景
V. Planned improvements 增强计划
VI. Contact 联系方式

I. 简介

以太坊没有正式的stratum协议。它只支持GetWork，这是一个非常耗资源的问题，因为矿工需要不断的投票来获得可能的新工作。因此，GetWork会影响到矿工和矿池的性能。由于需要更专业的以太坊挖矿，出现了几个专为以太坊的“stratum”版本。这些“stratums”利用了服务器端(矿池端)的GetWork来获取工作，如果创建此类协议时采取仔细考虑因素和预防措施，这将是很好的。但这并没有完成。这些协议有以下问题:

每个矿工/工人都没有唯一的数据。Extranonce被忽略(但仍然被发送)。每一个矿工都获取seedhash(每30k块都是相同的)和headerhash(每个块都改变)。然后矿工使用这两个值和自己的Nonce来生成哈希。矿工可能在做重复的工作(如果他们选择了相同的Nonce)。
难度冗余。难度在mining.notify消息中作为已命名目标的第三个参数被发送。这是不需要的，因为矿工们可以通过自己的困难来计算目标哈希。
整体数据冗余。有几个字段不需要通过网络发送。首先, 如果未使用extranonce，则不必发送。其次,每隔30k个块更换一次seedhash，就没有必要每次挖矿都发送。第三,正如在第2条中指出的 – 当使用set_difficulty时, 在mining.notify中的目标是多余的。第四,mining.submit实际上只需要发送一次。矿池需要验证Nonce的有效性，并将计算哈希和混合哈希(mixhash)。如果删除所有提及的冗余，可以很容易地减少50%以上的带宽使用。
与原有slush的stratum规范相比，有一些不一致的地方。其中一个是ids。Ids应该增加，以便矿池能够跟踪接收到的数据。另一件事是HEX标记’0x’从每个字符串字段开始。这也是多余的，如果不使用的话，我们将节省一些带宽。
没有规范，只有有实现的解决方案项目。这通常会导致几个类似的协议版本;到底发生了什么。

我们的目标是建立一个可靠的、无冗余的、刀枪不入的以太坊stratum挖矿协议, 它没有前面指出的这些问题。

II. 概念

以太坊的GetWork给我们3个值:

{ ... "result":[
"0x645cf20198c2f3861e947d4f67e3ab63b7b2e24dcc9095bd9123e7b33371f6cc",
"0xabad8f99f3918bf903c6a909d9bbc0fdfa5a2f4b9cb1196175ec825c6610126c",
"0x0000000394427b08175efa9a9eb59b9123e2969bf19bf272b20787ed022fbe6c"
]}

第一个值是headerhash,第二个是seedhash, 第三个是目标。 Seedhash用于识别DAG文件, headerhash和64为Nonce由我们的矿机给我们的哈希选择出, 如果低于提供的目标，则提供块/共享。

由于Nonce的宽度为64位(8字节)，并且考虑到非常糟糕的可能情况，以太坊在5分钟内没有发现一个块，8个字节的Nonce能够提升矿机的速度到:

    (2^64 / 300) / 1G ~ 61,489,147 GH/s

这是一个非常大的数字，所以我们可以很容易地考虑为我们的stratum协议拿走一些字节。

---------------------------------------
| Bytes | Max supported hashing speed |
|   8   |        ~61,489,147.000 GH/s |
|   7   |           ~240,192.000 GH/s |
|   6   |               ~938.000 GH/s |
|   5   |                 ~3.665 GH/s |
|   4   |                 ~0.014 GH/s |
---------------------------------------

只有4个字节的Nonce不是一个选项，因为我们已经有了能够达到14 MH/s以上的矿工。5个字节的Nonce宽度允许最大速度为3.665 GH/s，在相当长的时间内是足够的，即使ASICs到达。

矿工需要在矿池中得到seedhash、headerhash、难度和部分nonce(被称为extranonce)。矿工选择了它自己的第二部分(称为minernonce)。Extranonce与minernonce连接，它提供64位的Ethereum nonce。

III. 规范(RFC)

在矿工到矿池建立TCP连接之后，就会发生握手。矿工首先发送数据:

{
  "id": 1,
  "method": "mining.subscribe",
  "params": [
    "MinerName/1.0.0", "EthereumStratum/1.0.0"
  ]
}

第一个参数是矿工名称和版本(正如标准stratum协议)。第二个参数必须是“Ethereum Stratum/Version”，版本是根据该文档的版本使用的EthereumStratum矿工的版本。如果矿池不支持此版本，它可以终止连接或返回错误。
注意，矿工可以迭代ids，可以从任何数字开始。从矿工到矿池的每条消息都需要有唯一的id给矿工以正确读取响应，因为矿池可能不以FIFO方式处理矿工的消息。

服务器回复:

{
  "id": 1,
  "result": [
    [
      "mining.notify",
      "ae6812eb4cd7735a302a8a9dd95cf71f",
      "EthereumStratum/1.0.0"
    ],
    "080c"
  ],
  "error": null
}

响应几乎与标准stratum协议具有以下差异;结果数组的第一个参数的第三个参数为“EthereumStratum/Version”;如果矿池没有报告此参数或版本与矿工支持的不同，矿工可以预期兼容性问题，并终止连接。结果数组的第二个参数是由矿池设置的extranonce(在十六进制中)。没有第三个参数，因为没有extranonce2(正如标准stratum)。Extranonce可能最大3字节。

矿工应在初次握手时授权;这与标准stratum协议相同，在这里将不会详细解释。

在第一份任务(工作)提供之前，矿池必须通过发送设置难度:

{
  "id": null,
  "method": "mining.set_difficulty",
  "params": [
    0.5
  ]
}

参数数组的第一项是双重数据类型的难度。难度和目标之间的转换与比特币一样;难度1转化为HEX的目标:

00000000ffff0000000000000000000000000000000000000000000000000000

如果矿池在第一份工作之前没有设置难度，那么矿工就可以假定难度是1。

当难度发生变化时，矿工们开始为每一份到达的NEXT任务使用新的难度。

如果矿工已经订阅extranonce通知(详细解释在这里:https://www.nicehash.com/?p=software#devs),然后矿池可能会改变矿工的extranonce通过发送:

{
  "id": null,
  "method": "mining.set_extranonce",
  "params": [
    "af4c"
  ]
}

新的extranonce对于所有在矿池中发送的NEXT任务都有效。

矿池通过发送以下数据通知矿工工作(工作):

{
  "id": null,
  "method": "mining.notify",
  "params": [
    "bf0488aa",
    "abad8f99f3918bf903c6a909d9bbc0fdfa5a2f4b9cb1196175ec825c6610126c",
    "645cf20198c2f3861e947d4f67e3ab63b7b2e24dcc9095bd9123e7b33371f6cc",
    true
  ]
}

参数数组的第一个参数是任务ID(必须是任意大小的十六进制数)。第二个参数是seedhash。每一个任务都发送一个seedhash来支持尽可能多的矿池，这可能会很快地在货币之间交换。第三个参数是headerhash。最后一个参数是boolean cleanjobs。如果设为true，那么矿工需要清理任务队列，并立即开始从事新提供的任务，因为所有旧的任务分享都将导致陈旧的分享错误。

矿工使用seedhash识别DAG，然后试着带着headerhash,extranonce和自己的minernonce寻找低于目标的分享(这是由提供的难度而产生的)。

当发现低于目标的分享时，矿工将其提交给矿池:

{
  "id": 244,
  "method": "mining.submit",
  "params": [
    "username",
    "bf0488aa",
    "6a909d9bbc0f"
  ]
}

参数数组的第二个参数是任务ID，第三个参数是minernonce。注意在上面的例子中，minernonce是6个字节，因为提供的extranonce是2个字节。如果矿池提供3字节的extranonce，那么minernonce必须是5字节。

对于每一个提交的工作，矿池需要返回标准stratum响应:

{
  "id": 244,
  "result": true,
  "error": null
}

或者如果分享不被接受(标准stratum响应):

{
  "id": 244,
  "result": false,
  "error": [
    -1,
    "Job not found",
    NULL
  ]
}

IV. 真实场景

矿工连接矿池并发送:

{
  "id": 1,
  "method": "mining.subscribe",
  "params": [
    "EthereumMiner/1.0.0", "EthereumStratum/1.0.0"
  ]
}

矿池响应:

{
  "id": 1,
  "result": [
    [
      "mining.notify",
      "ae6812eb4cd7735a302a8a9dd95cf71f",
      "EthereumStratum/1.0.0"
    ],
    "a2eea0"
  ],
  "error": null
}

矿工然后认证:

{
  "id": 2,
  "method": "mining.authorize",
  "params": [
    "test",
    "password"
  ]
}

矿池确认:

{
  "id": 2,
  "result": true,
  "error": null
}\n

矿池发送难度:

{
  "id": null,
  "method": "mining.set_difficulty",
  "params": [
    1.0
  ]
}\n

然后任务:

{
  "id": null,
  "method": "mining.notify",
  "params": [
    "bf0488aa",
    "abad8f99f3918bf903c6a909d9bbc0fdfa5a2f4b9cb1196175ec825c6610126c",
    "fc12eb20c58158071c956316cdcd12a22dd8bf126ac4aee559f0ffe4df11f279",
    true
  ]
}\n

过了一段时间，矿工找到了分享并提交:

{
  "id": 3,
  "method": "mining.submit",
  "params": [
    "test",
    "bf0488aa",
    "cfae7df760"
  ]
}\n

矿池响应:

{
  "id": 3,
  "result": true,
  "error": null
}\n

分享是有效考虑数据:

seedhash=abad8f99f3918bf903c6a909d9bbc0fdfa5a2f4b9cb1196175ec825c6610126c
headerhash=fc12eb20c58158071c956316cdcd12a22dd8bf126ac4aee559f0ffe4df11f279
nonce=a2eea0cfae7df760

结果是难度的1.863, 大于1.0.

V. 增强计划

以太坊有RPC方法eth_getBlockByNumber，它可以返回一些尚未被挖掘的下块数据。数据中有下一个块号(块高度)。这个数字可以代替seedhash;然后，每个矿工都将计算自己的seedhash，因此带宽的使用将会减少更多。
有一些改造eth_getBlockTemplate方法的计划。当这种情况发生时，这种stratum协议可能与标准stratum非常相似。

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