與獨立挖礦相比，為了獲得更可靠的收入來源，今天大多數比特幣礦工通過選擇接入礦池進行比特幣挖礦。而幾乎所有采礦池使用的開源“Stratum”比特幣挖礦協議，該礦池協議由Slush Pool設計，并在近七年前首次公布。

現在，Slush Pool背后的公司Braiins準備發布Stratum V2：第二代Stratum挖礦協議。這家位于布拉格的礦業公司兩年前開始研究它，認為它已經在幾個關鍵方面改進了第一個Stratum協議（現在稱為“Stratum V1”），使新版本明顯更好。

“它解決了歷史上的技術和安全問題，它通常效率更高，它允許一些高級用例，如工作狀態選擇或更方便的礦池管理，”Braiins聯合首席執行官Pavel Moravec告訴比特幣雜志。“這真的應該在幾年前就完成’’

傳統的Stratum V1協議

作為簡要回顧，Stratum V1是起初合并挖礦的工作方式。

首先，一個哈希用戶（礦池的用戶，有時也簡稱為“礦工”）將他們的礦機（通常是具有ASIC芯片的專用機器）連接到比特幣礦池。或者，更具體地說，他們將礦機連接到由礦池操作員操作的計算機。

然后，比特幣礦機從礦池池操作員請求部分“區塊模板”。這個部分區塊模板本質上是一個不完整的比特幣塊，沒有使其具有有效的工作證明。重要的是，此區塊中的交易由礦池池操作員選擇。交易本身實際上并沒有發送給哈希運算;事實上，所有交易都是只有Merkle路徑 生成了一系列哈希值。

最重要的是，礦池操作員可以選擇包含哪個“版本位”。這可能與激活軟叉協議升級有關。

然后，哈希計算者在部分區塊模板上開始散列計算，希望其中一個散列將產生有效的區塊頭，滿足比特幣網絡的工作量證明要求。如果哈希計算者找到了有效的區塊頭，則將其返回給礦池操作員，后者將其添加到塊的剩余部分并將其廣播到比特幣網絡。然后，礦池運營商根據每個礦機的工作量，在池中的所有參與者之間分配塊獎勵。（這是通過讓哈希運算者也發送“幾乎有效”的區塊頭來證明已經執行了的哈希工作。）

因此，Stratum V1為礦池操作員提供了相對強大的地位。他們不僅負責分發獎勵，還決定哪些交易包含在一個區塊中，以及包含哪個版本位。如果他們想要，礦池運營商可以決定審查某些交易，或阻止某些協議升級。

Stratum V2協議的靈感來自BetterHash

靈感來自BetterHash，去年由Chaincode Labs工程師和比特幣核心貢獻者Matt Corallo提出的提案，Stratum V2可選擇將Stratum V1協議置于其區塊頭上。而不是讓礦池操作員向嵌套器發送（部分）區塊模板，而是可以選擇將區塊模板發送到礦池操作員。這種“工作選擇”允許哈希運算者自己選擇交易并選擇區塊版本。

為了完成這項工作，Braiins（在Corallo的幫助下）必須解決一些BetterHash更實際的問題。最重要的是，礦工可能會在無效的區塊模板上進行挖掘（例如，因為它包含無效的事務）。即使礦工能夠找到有效的散列值，區塊本身仍然是無效的，因此，沒有幫助池 - 而相同的礦工仍將受益于其他礦工發現的有效區塊。

該問題的一個解決方案是礦池操作員在讓他進入礦池之前首先檢查哈希區塊模板是否有效。但是在一個大型的公共池中，這一步也會遇到技術困難。

“想象一下，當在比特幣網絡上找到一個新塊時，會發生什么，并且池中的每個礦工都想開始處理新的區塊模板，”Moravec解釋道。 “他們每個人都可以有一個稍微不同的內存池版本［未經證實的交易］，并且可能有不同的交易選擇規則。..。..他們都希望立即開始挖礦。讓他們都將他們的區塊模板發送到礦池中以供批準，這基本上是在網絡爆塊之后的第第一秒DDOS服務。該機制需要擴展才能在實踐中發揮作用。”

Braiins通過讓礦池操作員異步檢查新區塊模板的有效性來解決了這個問題。一旦哈希提交了一個區塊模板，他就可以立即開始哈希模板。在此期間，礦池操作員開始檢查所有區塊模板。

Moravec補充道，“如果后來發現阻止區塊模板無效，則可以相應調整挖礦者的獎勵。因此，他有動力研究適當的區塊并及時提供所有數據。然而，他可以毫不拖延地繼續處理他的模板。”

新挖礦協議的安全性，效率和靈活性

除了交易選擇的變化，Stratum V2還將包含更多改進，其中一些可能至少對許多礦工來說同樣重要。

在Stratum V1中，沒有加密數據驗證，以確保礦機真正與礦池操作員的計算機以及池操作員的計算機單獨連接。這為中間人攻擊打開了大門：例如，攻擊者可以攔截礦機和礦池操作員之間的通信，并使其在攻擊者提供的區塊上工作。攻擊者可以將此區塊支付的塊獎勵發送到他們自己的地址之一，有效地“劫持”了礦機的哈希計算能力。

Stratum V2通過讓礦池操作員對部分區塊模板進行加密簽名來對抗此攻擊。如果一個礦工知道挖礦池操作符的公鑰，他們可以檢查部分塊模板是否帶有有效簽名，因此實際上是由礦池操作員提供的。

Stratum V2也比它的前輩更有效。在通過JSON進行Stratum V1通信的情況下，Stratum V2通信以二進制代碼完成。 Moravec認為，結合一些消除協議級別數據的數據，這將把礦池操作員之間共享的數據減少一半到三分之二，從而使通信更快，更便宜。

此外，Stratum V2具有用于“多路復用”的內置機制。這意味著礦工可以在同一連接上具有獨立的通信通道，允許其機器共享關于溫度，芯片電壓或其電源行為的數據，例如。挖礦池可以根據此信息提供額外服務，或者礦機可以與其他服務或服務器共享。

Stratum V2還允許礦池“猜測”下一個塊將是什么。每次找到新塊時，挖礦池需要花費一些時間來確定哪個交易包含在該塊中，因此哪些交易不能包含在下一個塊中。今天，許多礦池開始挖掘空塊：它們在幾秒鐘內根本不包括任何交易，以確保它們不包括雙重花費（這會使區塊無效）。

使用Stratum V2，礦池操作員（或者如果他們是選擇交易的那些，則可以根據所有未經證實的交易，對將包括哪些交易進行有根據的猜測）。在開始的第一秒，他們可以開始挖掘他們認為可能是有效的下一個區塊。特別是當每個區塊交易補貼變成區塊獎勵的一小部分，當最終被費用費用取代時，這種小的效率提升可能會使礦工受益。

未來的改進

最后，Braiins團隊表示還會有一些尚未公布的改進措施。雖然該公司有一個運行原型，但協議規范尚未最終確定。

“我們現在希望收集人們的反饋意見，以便在內部完成提案，然后將發布比特幣挖礦協議改進提案。我想這將引發另一輪討論。..。..與此同時，我們將把Stratum V2部署到Slush Pool，并將其作為Braiins OS測試版的一部分發布，以獲得真實的體驗，“Moravec說。 “我們正在盡快實施它，以便讓所有人盡快參與其中。”