这是小明学习条记第六期，如果有其他有趣问题，欢迎投稿和提问。
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回顾过往，小明学习条记已经从周更变成月更，这一篇间隔上一篇可以说是季更了。由于我现在的事情紧张是编辑了，以是一样平常是带着出去采访和写稿，很少自己单独写稿，以是学习条记的更新估计也是绵绵无绝期。
这期要分享的是矿池，首先要感谢 xDAG 的核心开拓者谢锐，同时他也是 xDAG 官方挖矿软件的设计者，年前给我科普了很多这方面的知识。
我最早理解这个行业是在 2017 年采访 ViaBTC微比特，当时杨海坡总结，矿池就像矿工的同盟，把大家聚起来挖矿。这个确实已经是矿池非常实质而且普通的阐明。
我们都知道，随着比特币而出身的 PoW 共识机制，其挖矿的过程实质便是在做随机数碰撞，谁猜中者这个随机数谁就可以得到记账权、成为这轮的出块人。由于是乱猜，以是单位韶光内猜的次数越多，猜中的概率就越大。
随着专业矿机等设备涌现，比特币、莱特币等币种全网挖矿算力增加，大部分的矿工靠自己solo挖矿已经很难挖到币，矿池应运而生。矿池就像一个同盟，把这些零散的矿工乃至是矿场凑集起来一起挖矿，按算力占比给矿工收益，这样既可以增加挖到币的概率、也可以稳定矿工的收入，同时矿池供应的技能也有利于降落挖矿效率。
矿池究竟把什么任务给到矿工？
神鱼也曾经总结，矿池实在便是在分派任务给大家算。不过，我想知道得更细节，便是矿工们究竟在算什么？矿池又是怎么分配任务的呢？
《浅谈矿池和矿场（矿池篇）》这篇文章举了个例子解释挖矿的过程：“矿池将区块难度分成很多难度更小的任务下发给矿工打算，矿工完成一个任务后将结果提交给矿池，叫提交一个 share。假设全网难度哀求 n 的值为 100，即前 100 个比特位为 0，矿池可能会给矿工分配一个任务，哀求前 30 位为 0，然后再从所有提交的任务中，探求有没有凑巧前 100 位为 0 的目标值。”
谢锐见告我，理论上，矿池给矿工分配任务的办法可以有两种：
第一种，矿池只是一个节点，打包交易的还是矿工。矿池会把任务的完全信息给到到矿工，矿工打包交易、然后广播。矿工知道完全信息，但是须要填的东西比较多，署名也是矿工签的。
第二种矿池节点直接打包，给到矿工的是结果的中间状态，或者说非完全信息，矿工填完他要填的东西。块末了的组合由矿池来做。矿工把 nounce 发给矿池，署名是矿池。
“唯一不会变的是，你接入这个矿池的数据同步办法。”
看完上面两种办法，显然大部分商业运营矿池会选择第二种，挖矿收益的分配便是按照署名。如果我既是矿工也是矿池主，两种没有差异，大可选择第一种。
看到上面说的 nounce 值，你大概会有点懵逼，这实在便是我们常说的 PoW 过程中要碰撞的那个随机数，下面还会阐明。
根据《精通比特币》一书，挖矿的目标是找到一个使区块头哈希值小于难度目标的 nonce。条件是选取的交易已经确定，说到这里，我们就须要来学习一下比特币的区块头构造。
表格来自《精通比特币》
在区块头里面，基本上挖矿节点能改变的东西就两个：交易和 nounce。既然挖矿的目标是让区块头哈希值小于目标，全体步骤基本上是：决定你要打包的交易并形成对应 merkle tree 根——乱猜一个 nounce —— 把 nounce 放到区块头里面哈希一下——才知道有没有小于目标哈希值，即大于目标难度。
So，基本上你所选的交易和 nounce，都无助于你“预知”末了的哈希值大小（nounce 值大，区块头哈希不一定就变大变小），你每一步都只能乱猜。别人一次可能就猜中了，你猜了几万次都还没有中，你唯一能做的便是比别人在同一韶光里面猜更多次，这便是矿机在做的事情——把自己所有的精力都集中起来做一件事。
再说说矿机的抗 AISC 属性
说到矿机，我问真的存在抗 ASIC 的算法吗？ 谢锐总体认为实质上没有抗 ASIC，不过不同的算法会让制造 ASIC 矿机的本钱更高。
任何 PoW 币种都会有一套挖矿算法/软件，ASIC 芯片便是把这个软件烧成电路。最早的芯片都是专用的，比如收音机的芯片只能做收音机的东西。FPGA(Field Programmable Gate Array) 则是可编程阵列，在硅芯片上施加电压，一个与门就可以变成非门。这类芯片运用范围更广，首先上头本钱比ASIC高；而且为了做得更通用，还是有冗余，没有 ASIC 高效。以是现在大家会在电脑上设计、在FPGA上设计，然后烧 ASIC。如此类推，GPU 乃至 CPU 能做的打算类型就更多了。如果想知道 FPGA 详细为什么比 CPU 和 GPU 更高效，可以参考这篇文章。
为什么会有冗余？举个假设性的例子（不准确但有助理解），比如 5+5 ，FPGA 可能没有 5 这个观点，就要变成 1+1+1+1+1，ASIC就可以直接算 5+5。这让我想起王嘉平接管 Odaily星球日报采访时说过一句话：在打算机领域，灵巧性/通用和高效每每是冲突的。
“ASIC 最强的便是并行打算 ，FPGA轻微差一点。实在实质上没有抗ASIC，只能让它反推的每一步更难，比如哀求把东西放在内存里算，比如须要算方差，须要把每个数据都放进内存，GPU 到 FPGA 到 ASIC，（ASIC）须要的显存芯片可能是 GPU 的 100 倍。（要不要研发某个币种的 AISIC 矿机）只算作本和收益。”普通来说，可以理解为研发一台挖以太坊的 ASIC 矿机比研发比特币 ASIC 矿机更难，而且同样韶光下研发出来的芯片，比拟起普通 CPU/GPU 效果提升不明显。比特币可能是提升了成千上万倍，以太可能提升了几倍到几十倍，效果划不来。
类似的剖析也可在公开资料看到，比如耳朵财经的这段话：
“Ethereum利用了Ethash算法，前身为Dagger算法（Vitailk发明），其目的是为了抵制ASIC矿机。如何抵制ASIC矿机呢？通过将挖矿和内存带宽相捆绑，即降落其他硬件的运算上风，从而达到挖矿设备平等这一理念。
Ethash算法没有阻挡ASIC矿机的涌现，只是拖延了涌现的韶光。
绑定内存带宽意味着可以通过提高内存带宽速率来提高算力，或者在相同内存带宽速率低落低功耗，只不过目前内存带宽价格过高以及ETH价格过低，从本钱上考虑，ASIC矿机相较GPU来得不足划算。
Litecoin利用的是密码学家兼程序员Colin Percival于2009年揭橥的论文Stronger Key Derivation via Sequential Memory-hard Functions上所发明的scrypt算法。事理和Ethash较为相似，都是提高挖矿时内存的利用本钱，延缓ASIC矿机的涌现。
2014年，Zeusminer研发出了专门针对scrypt算法的ASIC矿机。这也解释通过绑定某一硬件（如内存）从而抬高挖取的利用本钱是没有办法完备杜绝ASIC矿机。”
现在大部分号称抗 ASIC 的挖矿算法，都是将内存和打算捆绑。
以太中文网还整理了一下不同 PoW 算法支配 ASIC 之后挖矿效率增长倍数：
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
矿池的收益分配模式
末了大略提下矿池的收益分配模式，实在这个已经有很多文章阐明过。矿池的分配模式大类有两种：
第一种是实际出块情形分币：韶光周期内，矿池挖到多少块，就按照算力比例分配所得挖矿收益。
这种办法的韶光周期一样平常按挖出块的韶光为止，即两次挖到块的韶光之内的算力分布比例分配收益；也可以每天结算，如果你所在的矿池爆了好几个块，当天的收益就很高，如果矿池一天都没有挖到什么块，那么所有人本日都没有收益。这称为 PPLNS（Pay Per Last N Shares）。
第二种即按理论值分币：韶光周期内（一样平常是一天），理论上矿池能得到多少收益，按照算力比例给矿工分钱，比较上一种稳定。
借用这篇文章里的一个例子：如果在某 10 分钟，你为某矿池供应了 1 T 算力，当时该矿池算力共为 100 T，全网算力 1000 T，比特币网络均匀每 10 分钟出一个块，出块褒奖为 12.5 个 BTC，矿池占全网总算力的十分之一，矿池收益期望值为 1.25 个 BTC，你的算力占矿池算力的百分之一，无论矿池是否挖到区块，你的收益都是理论收益 1.25 BTC。这种称为 PPS(Pay Per Share)。由于 PPS 模式下，矿池承担风险，以是用度的比率会更高。
行文至此矿池的基本知识科普得差不多了。溘然想起最近（我是在年前采访的……）看文章看到以太坊的空块率多了很多，我又顺便问了一下矿池为什么要挖空块，得到的回答是省韶光：“挖空块的好处，不用同步数据，也不用下载，而且上传更快，（不过短韶光内）出块太多会提升难度。”
想知道得更详细，可以参考《科普入门 | 空块是什么？为什么矿工要挖空块？ 》这篇文章：
“挖空块技能唯一的上风就在于，由于空块只有一条信息，空块矿工省去了‘打包’大量信息的韶光。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。
如果是大矿场乃至矿池级别的硬件，这一操作提及来只是节省了几秒钟的韶光，不过大矿池几秒钟韶光的算力，秒秒钟几百万高下真是一点也不夸年夜啊。
一样平常情形下，矿池是不喜好挖到空块的。毕竟节省那点韶光，也值不到收益的 6%~8% 啊。
末了便是区块链网络掩护的问题了，如果大量的区块变成空块的话，须要通报的信息流利不了，也会造成区块链网络的大堵塞，堵塞带来的区块链网络性能低落是有可能降落数字货币价格的。
目前以太坊的空块率变高，可能是和即将到来的挖矿收益降落有关的，想着趁一个区块还褒奖三个以太坊赶紧多挖点屯着。”
我是Odaily星球日报编辑卢晓明，探索真实区块链，爆料、互换请加lohiuming，烦请备注姓名、单位、职务和事由。
之前第一期学习的是虚拟机（《小明学习条记 | 一文看懂区块链跨链机制》），第二期是跨链（《小明学习条记 | 一文看懂区块链虚拟机》），第三期《小明学习条记 | 一文看懂互联网TCP/IP协议》，第四期是《小明学习条记 | 一文看懂可验证随机函数VRF》，第五期是《小明学习条记 | 看不懂 BCH 算力大战怎么才结束？点这里》
参考文章：
FPGA与CPU、GPU、ASIC的差异，FPGA在云打算中的运用方案
ASIC闭幕者：X16R算法的异军突起
优化显卡性能，抵制ASIC，ProgPoW算法到底是什么
一文读懂加密货币挖矿业现状和秘密
科普入门 | 空块是什么？为什么矿工要挖空块？
矿池PPS模式和PPLNS模式哪个挖矿收益最高？
