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.

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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

image.png