矿池详解
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导语
什么是矿池?
矿池的运行机制
Pay-Per-Share (PPS)矿池
Pay-Per-Last-N-Shares (PPLNS)矿池
矿池是否会对去中心化造成威胁?
总结
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矿池详解

矿池详解

中阶
Published Apr 22, 2020Updated Sep 23, 2021
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导语

挖矿工作量证明型区块链安全保障措施的重要组成。无需中央机构的介入,参与者计算特定属性的哈希值,即可保障加密货币网络的安全。
2009年,比特币首次问世时,所有人都可以使用普通计算机和矿工竞争,推算下一个区块的有效哈希值。当时的挖矿难度较低,网络中的哈希率也不高,不需要专业硬件便可将新区块加入区块链

因此每秒计算出最高哈希的计算机能够挖出更多的区块,而这导致了生态系统的重大转变。矿工开始想尽一切办法,争先恐后地抢夺竞争优势。

遍历CPU、GPU、FPGA等各种硬件后,比特币矿工最终选择了专用集成电路(ASIC)。在这些挖矿设备上,您不能浏览币安学院,也不能登录Twitter发布猫咪照。

顾名思义,专用集成电路(ASIC)只能执行单一任务:计算哈希值。这些设备专为特殊用途打造,性能极其强大,逐渐取代了其他类型的比特币挖矿硬件。


什么是矿池?

但硬件性能再出色,也无法解决一切问题。即便运行多部高性能的专用集成电路(ASIC),也不过是比特币挖矿大军中的“沧海一粟”。即使重金打造硬件设备,耗费巨大电力,挖出新区块的概率依然非常渺茫,
也无法保证何时获得区块奖励,或许根本就是颗粒无收。如果您想要的是持续获得收入,那么进入矿池或许运气会更好一些。

假设您和其他9位参与者分别拥有全网0.1%的哈希算力,这意味着您有望从平均每1000个区块中挖出1个区块。据估计,每天挖出的区块为144个,那么您大约一个星期就能挖出1个区块。根据自身的资金能力,以及在硬件和电力上的投资,这种“独立挖矿”的方式或许是可行策略。

然而,如果收入不足以盈利呢?那么您可以和上面说的9位矿工通力合作。所有人的哈希算力相加,就拥有了全网1%的哈希率。如此一来,机会提升到“百里挑一”,每天就能挖出1到2个新区块。然后,合作矿工平分所得奖励。

简而言之,我们刚才描述的就是一种“矿池”。矿池为矿工带来相对稳定的收入,目前已得到广泛应用。


矿池的运行机制

矿池一般通过协调员组织矿工挖矿。协调员监督矿工使用不同的数值寻找随机数,确保其不会将哈希算力空耗在创建相同的区块上。协调员还负责为参与的矿工分发奖励并支付费用。目前,有多种不同方式可以计算每位矿工的工作量及相应的奖励。


Pay-Per-Share (PPS)矿池

Pay-Per-Share (PPS)是最常见的奖励分配机制。在这种机制中,矿工提交的每个“份额”(share)都对应固定金额的奖励。

“份额”用于记录矿工贡献的哈希算力。每个“份额”对应的报酬相对较低,但会随时间推移而逐渐增加。请注意,这里的“份额”并不是网络中的有效哈希值,而只是符合矿池所设置匹配条件的哈希值。

在PPS机制中,无论矿池是否产出区块,矿工都能获得奖励。然而,矿池运营者需要承担风险,因此会收取一定费用。这笔费用可以提前向矿工收取,也可从后续的区块奖励中扣除。


Pay-Per-Last-N-Shares (PPLNS)矿池

Pay-Per-Last-N-Shares (PPLNS)是另一种热门的分配机制。与PPS不同,PPLNS只在矿池挖到新区块时才奖励矿工。矿池挖出新区块后,该机制将核实此前所提交“份额”的N值(N值根据矿池情况而有所不同)。矿工提交的“份额”除以N,再乘以区块奖励,最后扣除矿池运营者的分成,即得到矿工的报酬。

我们举例说明:如果当前区块奖励是12.5枚比特币(假设没有交易费用),运营者收取20%的服务费,矿工最终获得10枚比特币的奖励。如果N为100万,而矿工贡献了5万“份额”,则矿工的报酬为区块奖励的5%(也就是0.5枚比特币)。

虽然市场中类似的机制层出不穷,但最常见的还是以上两种。请注意,虽然我们一直在讨论比特币,但最热门的Pow型加密货币都有矿池,典型示例包括:Zcash、门罗币、古灵币(Grin)和渡鸦币(Ravencoin)等。



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矿池是否会对去中心化造成威胁?

读到这篇文章,读者脑中也许会敲响警钟。比特币之所以强大,难道不是因为单一实体无法轻易掌控区块链吗?假设有人控制了绝大多数的哈希算力,情况又会如何?
这些问题值得探究。如果单一实体掌控了网络中51%的哈希算力,就能发起51%攻击。得逞后,攻击者会删除交易并撤销已完成的交易。这种攻击会让加密货币生态系统变得满目疮痍。

矿池是否会增加51%攻击的风险?答案是:可能会,但概率很低。


2020年4月16日,按矿池划分的24小时哈希率明细。资料来源:coindance.com


从理论来说,排名前四的矿池有可能串通一气,劫持网络。然而,这项操作并没有多大意义。假设攻击成功,比特币的价格会因系统遭到破坏而一落千丈。最终结果就是矿池挖出的代币贬值。

此外,矿池不一定配备挖矿设备。实体会将设备指向协调员的服务器,但服务器可自由迁移到其他矿池。对于矿工和矿池运营者而言,保持生态系统的去中心化才是重中之重。只有挖矿持续盈利,众人才能分得一杯羹。

在某些情况下,矿池的增长规模的确令人担忧。矿池(及参与的矿工)一般会采取措施降低哈希率。


总结

随着第一个矿池的引入,加密货币挖矿市场的格局就已经彻底颠覆。希望获得长期稳定收入的矿工成为受益者。随着各种新机制不断问世,每个人都将找到最适合自己的方式。
在理想情况下,比特币挖矿的去中心化程度会不断加深。以目前程度来看,只能称之为“充分去中心化”。在任何情况下,没有任何人能够长期从单一矿池中获得绝大多数的哈希率。参与者应该会预防这种威胁,毕竟比特币是由用户运营的,而非矿工。