《嵌⼊式软硬件梳理》-9.2.3、挖矿协议stratum
2.3 挖矿协议stratum
2.3.1 stratum简介
2012年底，Stratum协议是为了扩展⽀持矿池挖矿⽽编写的挖矿协议，并替换了废弃的getwork协议。挖矿服务技术最初是在Slush's
pool's⽹站被公告出来。没过多久，BTCGuild提供了可替代的“备忘单”形式的⽂档。
2.3.2 stratum挖矿过程
【01】矿机（client）使⽤subscribe⽅法连接矿池（rver）
{“id”: 1, “method”: “mining.subscribe”, “params”: []}\n //申请链接，参数可以不填
{“id”: 1, “result”: [ [ ["mining.t_difficulty", "mining.t_difficulty"], ["ify", "ify"]], “08000002″, 4], “error”: null}\n //返回数据
矿池返回的数据，需要矿⼯记录在本地，在整个挖矿过程中都要⽤到，其中：
生日快乐怎么回复别人1）mining.t_difficulty:⽤于矿池去设置矿机当前提交任务的最⼤难度值；
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2）ify:⽤于矿池去发送任务给矿机进⾏运算；
3）08000002：Extranonce1,⽤于构造coinba = {cionb1，Extranonce1，Extranonce2，coinb2};//拼接
4）4 ：Extranonce2_size，即Extranonce2的长度，4字节。
注：Extranonce1和Extranonce2对于挖矿很重要，⽤于增加搜索空间，现在，可有8个字节的搜索空间，即nNonce+Extranonce2；Extranonce1是矿池发过来的固定值，即在本次任务中是固定的。
【02】矿机（client）使⽤authorize⽅法向矿池（rver）授权挖矿
在矿池注册⼀个账号，添加矿⼯，矿池允许每个账号任意添加矿⼯数，并取不同名字以区分。并且每个账号对应⼀个钱包地址，⽤于矿池（rver）分配收益。女士英语
{“id”: 2,“params”: ["ur_name", "password"], “method”: “mining.authorize”}\n
{“error”: null, “id”: 2, “result”: true}\n
后勤工作计划
注：有些矿池不⽤注册账号也能挖矿，⽐如（F2Pool），那么在授权时，ur_name直接替换成钱包地址，password可以不填写。细
⼼的朋友可能发现，为什么"id"号会发⽣变化，其实这个ID号是⽤于【矿机】区别来⾃【矿池】的应答消息的，因为【矿池】的应答消息结
构有些很相似，那么【矿机】如何区别这些消息是对应哪个发送消息的应答。例如【矿池】返回两个消息应答，⼀个应答消息中的result为
true，另⼀个应答消息中的result为fal，且两个应答消息的结构⼀致，那么【矿机】接收到这两个应答后如何区别是哪个发送消息的应
答，那么这个ID号就是来⼲这件事情的。然⽽，如何消息是【矿池】主动发给【矿机】的，⽐如mining.t_difficulty和ify两
个⽅法，他们的ID号为NULL。
【03】矿池（rver）使⽤notify⽅法分配任务给矿机（client）
{“params”: ["bf", "4d16b6f85af6e2198f44ae2a6de67f78487ae5611b77c6c0440b921e00000000",
"01000000010000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000ffffffff20020862062f503253482f04b8864e5008",千张皮怎么做好吃
"072f736c7573682f000000000100f2052a010*********a914d23fcdf86f7e756a64a7a9688ef9903327048ed988ac00000000", ["76cffd68bba7ea661512b68ec64
“00000002″, “1c2ac4af”, “504e86b9″, fal], “id”: null, “method”: “ify”}
以上每个字段信息都是必不可少，其中：
1）bf: 任务号ID，每⼀次任务都有唯⼀的标识符。
2）4d16b6f85af6e2198f44ae2a6de67f78487ae5611b77c6c0440b921e00000000：前⼀个区块的HASH值。
3）ffffffff20020862062f503253482f04b8864e5008: coinb1，构造coinba的⾸部分数据。
4）756a64a7a9688ef9903327048ed988ac00000000: coinb2，构造coinba的尾部分数据。
5）["87820cbd02016","b2ffef2016"]: merkle_branch，交易列表。
6）00000002：区块版本号，nVersion。
7）1c2ac4af: 区块当前难度nBits，这个难度是全⽹总难度。
8）504e86b9: 当前时间戳，nTime。
9）fal:【Clean Jobs（清除⼯作标志）】；如果这个变量为true，矿⼯应该退出当前⼯作，⽴即开始新的⼯作；如果为Fal，矿⼯仍然可以继续当前的挖矿⼯作，但是应该在当前nonce范围结束后开始⼀个新的⼯作。
注：有了这个信息，再加上之前得到的Extranonce1和Extranonce2_size，就可以计算挖矿了。
【04】矿机（client）开始挖矿
1）构造coinba信息
为什么要构造coinba信息，是因为矿机需要扩展随机数，Extranonce2，来构造属于矿机⾃⼰的merkleroot，请看下图：
其中红⾊的点即为coinba（256bits），构造它是为了与其它交易列表进⾏HASH运算，⿊⾊的点为矿池分配任务中的交易列表，并与coinba进⾏hash得到最终merkleroot。
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构造coinba = {coinb1 ， Extranonce1 ， Extranonce2 ， coinb2};//拼接
注：为啥可以这样，因为矿池帮矿⼯做了很多⼯作，矿池已经构建了coinba交易，系列化后在指定位置分割成coinb1和
coinb2，coinb1和coinb2包含指定信息，⽐如coinb1包含区块⾼度，coinb2包含了矿⼯的收益地址和
连词成句收益额等信息，但是这些信息对于矿⼯来说⽆关紧要，矿⼯挖矿的地⽅只是Extranonce2的4个字节。另外Extranonce1是矿池写⼊区块的指定信息，⼀般来说，每个矿池会写⼊⾃⼰矿池的信息，⽐如矿池名字或者域名，根据这个信息统计每个矿池的全⽹的算⼒⽐重。
2）构建merkleroot
利⽤coinba和merkle_branch两两配对成512bit，如果coinba与merkle_branch数量之和不是偶数，那么最后⼀个
merkle_branch与它⾃⾝进⾏合并得到512bits，然后把配对完成后的512bits的各个块进⾏SHA-256（SHA-256（））运算，得到上⼀层的结果，然后重复上⾯的过程，继续配对计算，最终得到merkle root(256bits)。
3）构建区块头
填充余下的5个字段，现在，矿池可以在nNonce和Extranonce2⾥搜索进⾏挖矿，如果嫌搜索空间还不够，只要增加
Extranonce2_size为多⼏个字节就可以轻⽽易举的解决。
【05】矿机（client）使⽤submit⽅法向矿池（rver）提交⼯作量
当矿⼯找到⼀个符合难度的shares时，提交给矿池，提交信息量很少，都是必不可少的字段：
{“params”: ["ur_name", "bf", "00000001", "504e86ed", "b2957c02"], “id”: 3, “method”: “mining.submit”}
{“error”: null, “id”: ,3, “result”: true}
1）00000001： Etranonce2的值。
李姓名人2）504e86ed ：nTime的值。
3）b2957c02 ：nNonce的值。
注：矿池拿到以上5个字段后，⾸先根据任务号ID找出之前分配任务前存储的信息，然后重构区块，再验证shares难度，对于符合难度要求的shares，在检测是否符合全⽹难度。
【06】矿池（rver）使⽤t_diffculty⽅法给矿机（client）调整难度值
矿池记录每个矿⼯的难度，并根据shares率不断调节以指定适合难度。格式如下：
{ “id”: null, “method”: “mining.t_difficulty”, “params”: [32768]}
如上，其中，params[32768]便是新难度值，这个难度值是什么意思呢，以上这条信息是F2pool矿池⽐特币发给矿机的难度（时间2018/07/09），这个数字的意思是派给矿机的任务难度是1个单位⽐特币难度值的32768倍，⼀个单位的⽐特币难度值是对少呢，答案是：0x1d00ffff，转化为256bits是0x00000000ffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffff；转化过程使⽤⼀个公式：data = (0x1d00ffff & 0x00ffffff) * 256**(0x1d - 3)；其中**是指数操作；那么32768倍的⽐特币难度单位的值是多少呢，答案是：（0x00000000ffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffff）/32768。
上述挖矿算法我已⽤C++写出来，由于我的电脑的算⼒太低，⽆法提交矿池发给我的任务难度，因此最后⼀个提交过程⽆法验证成功，测试提交，矿池会返回fal。矿池从联机发第⼀个任务后，如果3秒内，矿机没有提交结果，矿池会再发⼀个任务，连续发送三个任务都没有提交的，则矿池认为矿机断开连接，需要重新连接。
