文章出于：http://wangxiaoming.com/blog/2016/07/11/e18/

挖礦簡介

挖礦這個(gè)詞源于對(duì)加密貨幣與黃金的類比。黃金或貴金屬很稀有，電子代幣也是，增加總量的唯一方法就是挖礦。以太坊也是這樣，發(fā)行的唯一辦法就是挖礦。但是不像其他例子，挖礦也是通過在區(qū)塊鏈中創(chuàng)建、驗(yàn)證、發(fā)行和傳播區(qū)塊來保護(hù)網(wǎng)絡(luò)的方法。

• 挖以太幣=保護(hù)網(wǎng)絡(luò)=驗(yàn)證計(jì)算

什么是挖礦？

以太坊，和所有區(qū)塊鏈技術(shù)一樣，使用激勵(lì)驅(qū)動(dòng)的安全模式。共識(shí)基于選擇具有最高總難度的區(qū)塊。礦工創(chuàng)造區(qū)塊，其他人檢測有效性。區(qū)塊只有在包含特定難度的工作量時(shí)才有效，還有其他合格性條件。請注意到以太坊Serenity里程碑，可能就會(huì)被取代（參考權(quán)益證明模型）。

以太坊區(qū)塊鏈在很多方面與比特幣區(qū)塊鏈類似，但也有些不同。在區(qū)塊鏈架構(gòu)方面，以太坊和比特幣之間最主要的的區(qū)別是，不像比特幣，以太坊區(qū)塊不僅包含交易列表也包含最近狀態(tài)（merkle patricia特里結(jié)構(gòu)的根散表編碼在狀態(tài)中更精確）除此之外，另外兩個(gè)值，區(qū)塊數(shù)和難度，也儲(chǔ)存在區(qū)塊中。

使用的工作量證明算法叫Ethash（Dagger-Hashimoto算法的改良版本），包括找到算法的隨機(jī)數(shù)輸入以使結(jié)果低于特定的難度閾值。工作量證明算法的意義在于，要找到這樣一個(gè)隨機(jī)數(shù)，沒有比列舉可能性更好的策略，而解決方法的驗(yàn)證瑣碎又廉價(jià)。由于輸出有均勻分布（是散表功能應(yīng)用的結(jié)果），我們可以保證，平均而言，需要找到這樣一個(gè)隨機(jī)數(shù)的時(shí)間取決于難度閾值。這使得只通過操縱難度來控制找到新區(qū)塊的時(shí)間成為可能。

正如協(xié)議中所描述的，難度動(dòng)態(tài)調(diào)整的方式是每15秒整個(gè)網(wǎng)絡(luò)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)區(qū)塊。我們說網(wǎng)絡(luò)用15秒?yún)^(qū)塊時(shí)間生產(chǎn)一個(gè)區(qū)塊鏈。這個(gè)"心跳"基本上主要強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)狀態(tài)同步，保證不可能維持一個(gè)分叉（允許double spend）或被惡意分子重寫歷史，除非攻擊者有半數(shù)以上的網(wǎng)絡(luò)挖礦能力（即所謂的51%攻擊）。

任何參與到網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)都可能是礦工，預(yù)期的挖礦收益和他們的（相對(duì)）挖礦能力或者說成正比，比如被網(wǎng)絡(luò)總散表率標(biāo)準(zhǔn)化的，每秒嘗試的隨機(jī)數(shù)數(shù)量。

Ethash工作量證明是內(nèi)存難解的，這使它能抵抗ASIC。內(nèi)存難解性由工作量證明算法實(shí)現(xiàn)，需要選擇依靠隨機(jī)數(shù)和區(qū)塊標(biāo)題的固定資源的子集合。這個(gè)資源（幾十億字節(jié)大小的數(shù)據(jù)）叫做DAG。每3000個(gè)區(qū)塊的DAG完全不同，125小時(shí)的窗口叫做epoch（大約5.2天），需要一點(diǎn)時(shí)間來生成。由于DAG只由區(qū)塊高度決定，它可以被事先生成，如果沒有被事先生成，客戶端需要等到進(jìn)程最后來生產(chǎn)區(qū)塊。如果客戶端沒有預(yù)生成并提前緩存DAG，網(wǎng)絡(luò)可能會(huì)在每個(gè)epoch過渡經(jīng)歷大規(guī)模區(qū)塊延遲。注意不必要生成DAG以驗(yàn)證工作量證明，它可以在低CPU和小內(nèi)存的狀態(tài)下被驗(yàn)證。

在特殊情況下，從零開始創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)的時(shí)候，只有在為現(xiàn)存epoch創(chuàng)建DAG的時(shí)候才會(huì)開始挖礦。

挖礦獎(jiǎng)勵(lì)

獲獎(jiǎng)區(qū)塊的成功工作量證明礦工會(huì)獲得：

• "獲勝"區(qū)塊的靜態(tài)區(qū)塊獎(jiǎng)，包含5.0（5個(gè)）以太幣
• 區(qū)塊內(nèi)支出的gas成本 — 一定數(shù)量的以太幣，取決于當(dāng)前gas價(jià)格
• 叔伯塊的額外獎(jiǎng)勵(lì)，形式是每個(gè)叔伯塊包含額外的1/32

在區(qū)塊中執(zhí)行所有交易所消費(fèi)的、由獲勝礦工提交的gas都由每個(gè)交易的發(fā)送者支付。已發(fā)生的gas成本歸到礦工賬戶作為共識(shí)協(xié)議的一部分。隨著時(shí)間變化，這會(huì)使數(shù)據(jù)區(qū)塊獎(jiǎng)變得矮小。

叔伯塊是穩(wěn)定的區(qū)塊，比如說，和包含先前區(qū)塊（最多回6個(gè)區(qū)塊）的父區(qū)塊。有效的叔伯塊會(huì)受到獎(jiǎng)勵(lì)以中和網(wǎng)絡(luò)滯后給挖礦獎(jiǎng)勵(lì)帶來的影響，因而提升安全性（這叫做GHOST協(xié)議）。叔伯塊由成功工作量證明礦工形成的區(qū)塊中所包含的叔伯塊接收7/8的數(shù)據(jù)區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)（=4.375以太幣）。每個(gè)區(qū)塊最多允許2個(gè)叔伯塊。

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挖礦的成功取決于設(shè)定的區(qū)塊難度。區(qū)塊難度動(dòng)態(tài)調(diào)整每個(gè)區(qū)塊，以規(guī)定網(wǎng)絡(luò)散列能力來創(chuàng)造12秒?yún)^(qū)塊時(shí)間。找到區(qū)塊的機(jī)會(huì)因此由與難度相關(guān)的散列率產(chǎn)生。

Ethash DAG

Ethash將DAG（有向非循環(huán)圖）用于工作量證明算法，這是為每個(gè)epoch生成，例如，每3000個(gè)區(qū)塊（125個(gè)小時(shí)，大約5.2天）。DAG要花很長時(shí)間生成。如果客戶端只是按需要生成它，那么在找到新epoch第一個(gè)區(qū)塊之前，每個(gè)epoch過渡都要等待很長時(shí)間。然而，DAG只取決于區(qū)塊數(shù)量，所以可以預(yù)先計(jì)算來避免在每個(gè)epoch過渡過長的等待時(shí)間。Geth和ethminer執(zhí)行自動(dòng)的DAG生成，每次維持2個(gè)DAG以便epoch過渡流暢。挖礦從控制臺(tái)操控的時(shí)候，自動(dòng)DAG生成會(huì)被打開和關(guān)閉。如果geth用—mine選項(xiàng)啟動(dòng)的時(shí)候，也會(huì)默認(rèn)打開。注意客戶端分享DAG資源，如果你運(yùn)行任何客戶端的多個(gè)實(shí)例，確保自動(dòng)的DAG生成只在一個(gè)實(shí)例中打開。

為任意epoch生成DAG：

geth makedag <block number> <outputdir>

實(shí)例geth makedag 360000 ~/.ethash.。請注意ethash為DAG使用~/.ethash (Mac/Linux) 或~/AppData/Ethash (Windows)，這樣它可以在不同的客戶端實(shí)現(xiàn)以及多個(gè)運(yùn)行實(shí)例中分享。

算法

我們的算法，Ethash（之前被稱為Dagger-Hashimoto），是基于一個(gè)大的、瞬時(shí)的、任意生成的、形成DAG（Dagger-part）的資料組規(guī)定，嘗試解決它一個(gè)特定的約束，部分通過區(qū)塊標(biāo)題散列來決定。

它被設(shè)計(jì)用于在一個(gè)只有慢CPU的環(huán)境中來散列快速驗(yàn)證時(shí)間，但在被提供大量高帶寬內(nèi)存時(shí)，為挖礦提供大量的加速。大量內(nèi)存需求意味著大規(guī)模礦工獲得相對(duì)少的超線性利益。高帶寬需求意味著從堆在很多超速處理單元、分享同樣內(nèi)存的加速在每個(gè)單獨(dú)的單元給出很少的利益（譯者注：通過阻止專用芯片共享內(nèi)存的方式，降低礦機(jī)的作用）。

沒有節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證的利益因而阻礙中心化，這在挖礦中很重要。

外部挖礦應(yīng)用和以太坊工作規(guī)定和報(bào)送的后臺(tái)程序之間的交流通過JSON-RPC API發(fā)生。提供兩個(gè)RPC功能；eth_getWork和eth_submitWork。

這些被正式記錄在JSON-RPC API維基百科文章的礦工條目下。

為了挖礦你需要一個(gè)完全同步的、能夠挖礦的以太坊客戶端和至少一個(gè)以太坊賬戶。這個(gè)賬戶用于發(fā)送挖礦獎(jiǎng)勵(lì)，通常被稱為貨幣基或以太基。查看這個(gè)說明的"創(chuàng)建帳戶"章節(jié)，學(xué)習(xí)如何創(chuàng)建帳戶。

警告：開始挖礦前，確保區(qū)塊鏈和主鏈完全同步，否則就不能在主鏈上挖礦。