以太坊 stratum 协议原理

参照比特币的 stratum 协议和 NiceHash 的 stratum 协议规范编写了一版以太坊版本的 stratum 协议说明。

stratum 协议是目前最常用的矿机和矿池之间的 TCP 通讯协议。

一、挖矿的网络架构

以太坊是一个去中心化的网络架构，通过安装 Mist 客户端的节点来转发新交易和新区块。而矿机、矿池也同时形成了另一个网络，我们称之为矿工网络。

矿工网络分成矿机、矿池、钱包等几个主要部分，有时矿池软件与钱包安装在一起，可合称为矿池。

矿机与矿池软件之间的通讯协议是 stratum，而矿池软件与钱包之间的通讯是 bitcoinrpc 接口。

stratum 是 JSON 为数据格式。

二、stratum 协议

1。任务订阅

矿机启动，首先以 mining.subscribe 方法向矿池连接，用来订阅工作。

矿池以 mining.notify 返回订阅号、ExtraNonce1 和 ExtraNonce2_size。

Client：

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

Server：

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

其中：

ae6812eb4cd7735a302a8a9dd95cf71f 是 订阅号；

080c 是 extranonce，Extranonce 可能最大 3 字节；

2。矿机登录

矿机以 mining.authorize 方法，用某个帐号和密码登录到矿池，密码可空，矿池返回 true 登录成功。该方法必须是在初始化连接之后马上进行，否则矿机得不到矿池任务。

Client：

{ "params": ["miner1", "password"], "id": 2, "method": "mining.authorize" }

Server：

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

3。难度调整

难度调整由矿池下发给矿机，以 mining.set_difficulty 方法调整难度，params 中是难度值。Server：

{ "id": null, "method": "mining.set_difficulty", "params": [2] }

矿机会在下一个任务时采用新难度，矿池有时会马上下发一个新任务并且把清理任务设为 true，以便矿机马上以新难度工作。

4。任务分配

该命令由矿池定期发给矿机，当矿机以 mining.subscribe 方法登记后，矿池应该马上以 mining.notify 返回该任务。

Server：

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

任务 ID：bf0488aa；

seedhash：abad8f99f3918bf903c6a909d9bbc0fdfa5a2f4b9cb1196175ec825c6610126c。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。

headerhash：645cf20198c2f3861e947d4f67e3ab63b7b2e24dcc9095bd9123e7b33371f6cc。

boolean cleanjobs：true。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。如果是 false 则等当前任务结束才开始新任务。

5。结果提交

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

矿机找到合法 share 时，就以”mining.submit“方法向矿池提交任务。矿池返回 true 即提交成功，如果失败则 error 中有具体原因。

Client：

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

任务 ID：bf0488aa

minernonce：6a909d9bbc0f。注意 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

Server：

接受结果：

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

不被接受：

  {
    "id": 244,
    "result": false,
    "error": [

      -1,
      "Job not found",
      NULL
    ]
  }

三、一般通讯过程

一般的矿机与矿池通讯过程就如下所示：

sequenceDiagram
矿机->> 矿池: mining.subscribe
Note left of 矿机: 矿机任务订阅
矿池->> 矿机: mining.notify
Note right of 矿池: 回复当前EthereumStratum/Version和extranonce
矿机->> 矿池: mining.authorize
Note left of 矿机: 矿机认证
矿池->> 矿机: 返回认证结果
矿池->> 矿机: mining.set_difficulty
Note right of 矿池: 矿池更新难度
矿池->> 矿机: mining.set_extranonce
Note right of 矿池: 矿池更新extranonce
矿池->> 矿机: mining.notify
Note right of 矿池: 通知矿工工作
矿机->> 矿池: mining.submit
Note left of 矿机: 矿机提交任务对应的minernonce
矿池->> 矿机: 是否接收share

矿机与矿池通讯过程