Mining Pool

安娜有一台矿机。她每天都要支付电费，但独自挖矿时，可能很久都找不到自己的区块。如果她找到被网络接受的区块，就能获得该区块的奖励；在此之前，这份挖矿工作没有收入。等得久也不意味着即将成功。在条件不变时，每次新的尝试仍有相同的成功概率。 加入矿池后，她的机器与其他机器一起工作。即使某个区块不是她找到的，矿池也能按测得的贡献和约定的报酬模型给她付钱。安娜放弃独享自己区块全部收入的机会，换取较小、通常更稳定的收入。这不会降低网络难度，也不会凭空增加奖励。矿池通常还会收取费用。收入能否覆盖电费和设备成本，是另一个问题。 [6] [7]

矿池看不到安娜机器的每一次计算，却需要确认它确实在工作，并估算它的贡献。因此，矿池设置了比 Bitcoin 网络更容易满足的条件。满足这一条件的结果叫作 Mining Share，简称 share。这样，即使没有找到区块，机器也能经常提交可验证的结果。 矿池根据被接受的 shares 及其难度，统计估算工作量，而不是精确数出所有尝试。如果两台设备的 share 难度不同，就不能直接比较提交次数。普通 share 不会产生 Bitcoin 区块，也不会确认一笔付款。只有少数同时满足网络条件的结果，才允许提交区块；该区块还必须通过其他检查。因此，share 是给矿池看的工作证明，不是机器刚刚制造出来的一小块比特币。 [7] [9]

安娜把同一台机器接入不同矿池，可能会看到不同的收入变化。原因之一就是报酬计算模型。PPS，即 Pay Per Share，会根据被接受的 share 的难度，记入预先确定的期望价值。安娜不必等矿池幸运地找到区块：区块发现数量的随机波动风险由运营方承担。但这既不保证运营方一定有能力付款，也不等于固定时薪。share 数量和挖矿条件仍会变化。 FPPS，即 Full Pay Per Share，通常在新发行比特币的预期份额之外，加上估算的交易手续费收入。PPLNS，即 Pay Per Last N Shares，则按照某个近期窗口内的工作量，分配实际找到的区块收入。因此，报酬更受矿池近期运气的影响。窗口由矿池规则定义，并不一定就是过去一小时。 仅看缩写不足以比较矿池。费用、估算方法、窗口大小，以及如何处理未留在主历史中的 Stale Block，都很重要。报酬模型决定应得金额及其计算方式；什么时候转入钱包，则由另一套付款规则决定。 [7] [8]

安娜看到账号余额不断增加。但在钱进入自己的钱包之前，她仍依赖矿池正确记账并实际付款。因此，需要了解付款时间、是否有最低金额、费用以及收款地址。不同服务的规则不同；自动记入报酬不代表立即转账。 还要关注运行情况：被接受或拒绝的 shares、称为 Share Difficulty 的难度、服务器可用性和备用连接。Firmware 是控制矿机的软件，必须能与矿池配合。将较长时期的矿池记录与自己的运行日志、实际收款相比较，有助于发现差异。找到的区块可以在区块链上核查，但区块链不能展示矿池全部内部账目。能否更换矿池，以及谁选择交易，同样值得关注。 [8] [9]

如果结果送达之前任务已经改变，矿池可能不再计入这份结果。这里的延迟是设备与矿池通信所需的时间。 Share 可能因为过期（stale）、重复、格式错误或不符合分派的任务而被拒绝。矿工与矿池之间的较高延迟、缓慢的任务更新和网络中断会增加无效工作。Stale shares 的比例反映矿工与矿池连接的运行效率，并不等同于区块链上的 Stale Block。 [9]

区块奖励记录在特殊的第一笔交易中，称为 Coinbase Transaction。它的输出规定金额以及日后花费这些资金的条件。因此，奖励可以分配给一个或多个收款方。 Block Template 是包含所选交易的区块草案。 传统矿池通常由运营者构建 Block Template，并决定 coinbase 输出的收款方。矿工主要在分配的任务中尝试不同数值，寻找满足网络条件的结果。这赋予矿池影响交易选择的能力，却不能强迫节点接受无效区块；每个 Full Node 都独立验证区块。Full Node 是按照比特币规则验证区块和交易的程序。 [6] [10]

除了收入金额，还要看谁决定哪些付款进入区块。排除某些交易可能延迟它们的确认。 矿池集中很重要，因为少数协调者可能影响交易纳入、软件部署和短期 Hashrate 分布。Hashrate 是每秒进行的挖矿计算次数。但矿池的 Hashrate 不等于对挖矿设备的所有权：ASIC 是专用矿机，其运营者可以将设备连接到其他矿池。如果更换矿池的成本、合同或固件限制这种能力，风险就会增加。 [6] [10]

Stratum 规定矿机与矿池怎样通信。加密保护传输中的消息，身份认证帮助核实通信对方。 Stratum V1 用于分派挖矿工作，模板控制权通常留在矿池。Stratum V2 更清晰地分离角色，并支持加密和经过身份认证的通信。可选的 Job Declaration Protocol 允许矿工提交自行选择交易的模板，前提是矿工和矿池都支持所需组件。Stratum V2 的 Mining Protocol 可以在没有此功能的情况下运行，因此仅有 Stratum V2 标识并不保证独立的交易选择。 [10]

想进一步了解技术，可以先认识几个词：Block Template 是拟议的区块内容。Worker 标识接入的矿机，或用于记录其工作的账号；区块头是区块关键信息的简短记录。 挖矿任务来自 Block Template 或等效的候选区块构造。BIP22 描述 getblocktemplate，BIP23 描述其矿池挖矿扩展。矿池协议向 worker 传递所需字段、coinbase 交易数据和搜索空间。ASIC Miner 尝试不同的区块头，并计算其哈希，也就是数字指纹。要满足 Proof of Work（工作量证明），这个哈希必须小于或等于网络规定的阈值，称为 target。区块还必须符合比特币的其他规则。 [1] [2] [5]

技术细节：target 是一个数值上限，挖矿计算得到的哈希不能超过它；恰好相等也符合条件。VarDiff 表示可变的 share 难度。 矿池设置较易满足的 share 目标，以足够频繁地收到结果用于测量。比特币网络目标远难于满足。只满足矿池目标的 share 被接受后，按矿池的报酬规则计入；若同一哈希也满足网络目标，就可以提交候选区块。VarDiff 改变 share 的难度及其提交频率，不改变比特币的共识 Difficulty。 [9]