以太坊stratum协议原理

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本文目录

1. 一文了解以太坊矿机及挖矿原理
2. 【深度知识】以太坊数据序列化RLP编码/解码原理
3. 以太坊stratum协议原理

一文了解以太坊矿机及挖矿原理

在以前的文章中，我们分别了解了比特币挖矿和以太坊挖矿的区别。本文重点介绍以太坊挖矿及矿机部分。

以太坊是一个开源的有智能合约功能的公共区块链平台，通过其专用加密货币ETH提供去中心化的以太虚拟机来处理点对点合约。目前ETH的挖矿主要是通过显卡矿机，所谓显卡矿机，其实就是类似家用台式机，只不过每台机器里面有6-10张显卡，并且没有显示器（如图）。

图：显卡矿机

之所以以太坊没有发展出类似于BTC一样的ASIC矿机，主要是由于ETH的特殊挖矿机制决定的。

在ETH挖矿过程中，会产生一个DAG文件，该文件需要一直被调用，因此必须有专门的存储空间放置。这个对于存储空间的硬性需求会导致即使生产出来了ASIC芯片，也并不能大幅度降低单位算力的成本。简单来说，就是性价比很差。

以太坊的DAG大小自2016年6月份引入Dagger-Hashimoto算法时的1GB开始，以每年约520MB的速度增大到了现在的 3.7G，预计2020年底以太坊的DAG大小将增加至4G。届时，显存小于4G的显卡都将被陆续淘汰。

还需要介绍一点的是，由于显卡矿机的体积通常是比特币矿机的2-4倍，而消耗的电力却只有比特币矿机的1/2甚至更低，这就导致一般人不愿意修建专门的显卡矿机矿场（因为矿场主要赚取的是电费差价，同样面积的场地，可以放置的显卡数量少，消耗的电量更少）。即使有少量的显卡矿场，收取的电费成本通常也比比特币矿机矿场的高。

【深度知识】以太坊数据序列化RLP编码/解码原理

RLP(Recursive Length Prefix)，中文翻译过来叫递归长度前缀编码，它是以太坊序列化所采用的编码方式。RLP主要用于以太坊中数据的网络传输和持久化存储。

对象序列化方法有很多种，常见的像JSON编码，但是JSON有个明显的缺点：编码结果比较大。例如有如下的结构：

变量s序列化的结果是{“name”:”icattlecoder”,”sex”:”male”},字符串长度35，实际有效数据是icattlecoder和male，共计16个字节，我们可以看到JSON的序列化时引入了太多的冗余信息。假设以太坊采用JSON来序列化，那么本来50GB的区块链可能现在就要100GB，当然实际没这么简单。

所以，以太坊需要设计一种结果更小的编码方法。

RLP编码的定义只处理两类数据：一类是字符串（例如字节数组），一类是列表。字符串指的是一串二进制数据，列表是一个嵌套递归的结构，里面可以包含字符串和列表，例如[“cat”,[“puppy”,”cow”],”horse”,[[]],”pig”,[“”],”sheep”]就是一个复杂的列表。其他类型的数据需要转成以上的两类，转换的规则不是RLP编码定义的，可以根据自己的规则转换，例如struct可以转成列表，int可以转成二进制（属于字符串一类），以太坊中整数都以大端形式存储。

从RLP编码的名字可以看出它的特点：一个是递归，被编码的数据是递归的结构，编码算法也是递归进行处理的；二是长度前缀，也就是RLP编码都带有一个前缀，这个前缀是跟被编码数据的长度相关的，从下面的编码规则中可以看出这一点。

对于值在[0, 127]之间的单个字节，其编码是其本身。

例1：a的编码是97。

如果byte数组长度l<= 55，编码的结果是数组本身，再加上128+l作为前缀。

例2：空字符串编码是128，即128= 128+ 0。

例3：abc编码结果是131 97 98 99，其中131=128+len(“abc”)，97 98 99依次是a b c。

如果数组长度大于55，编码结果第一个是183加数组长度的编码的长度，然后是数组长度的本身的编码，最后是byte数组的编码。

请把上面的规则多读几篇，特别是数组长度的编码的长度。

例4：编码下面这段字符串：

The length of this sentence is more than 55 bytes, I know it because I pre-designed it

这段字符串共86个字节，而86的编码只需要一个字节，那就是它自己，因此，编码的结果如下：

184 86 84 104 101 32 108 101 110 103 116 104 32 111 102 32 116 104 105 115 32 115 101 110 116 101 110 99 101 32 105 115 32 109 111 114 101 32 116 104 97 110 32 53 53 32 98 121 116 101 115 44 32 73 32 107 110 111 119 32 105 116 32 98 101 99 97 117 115 101 32 73 32 112 114 101 45 100 101 115 105 103 110 101 100 32 105 116

其中前三个字节的计算方式如下：

184= 183+ 1，因为数组长度86编码后仅占用一个字节。

86即数组长度86

84是T的编码

例5：编码一个重复1024次”a”的字符串，其结果为：185 4 0 97 97 97 97 97 97…。

1024按 big endian编码为004 0，省略掉前面的零，长度为2，因此185= 183+ 2。

规则1~3定义了byte数组的编码方案，下面介绍列表的编码规则。在此之前，我们先定义列表长度是指子列表编码后的长度之和。

如果列表长度小于55，编码结果第一位是192加列表长度的编码的长度，然后依次连接各子列表的编码。

注意规则4本身是递归定义的。

例6：[“abc”,”def”]的编码结果是200 131 97 98 99 131 100 101 102。

其中abc的编码为131 97 98 99,def的编码为131 100 101 102。两个子字符串的编码后总长度是8，因此编码结果第一位计算得出：192+ 8= 200。

如果列表长度超过55，编码结果第一位是247加列表长度的编码长度，然后是列表长度本身的编码，最后依次连接各子列表的编码。

规则5本身也是递归定义的，和规则3相似。

例7：

[“The length of this sentence is more than 55 bytes,”,”I know it because I pre-designed it”]

的编码结果是:

248 88 179 84 104 101 32 108 101 110 103 116 104 32 111 102 32 116 104 105 115 32 115 101 110 116 101 110 99 101 32 105 115 32 109 111 114 101 32 116 104 97 110 32 53 53 32 98 121 116 101 115 44 32 163 73 32 107 110 111 119 32 105 116 32 98 101 99 97 117 115 101 32 73 32 112 114 101 45 100 101 115 105 103 110 101 100 32 105 116

其中前两个字节的计算方式如下：

248= 247+1

88= 86+ 2，在规则3的示例中，长度为86，而在此例中，由于有两个子字符串，每个子字符串本身的长度的编码各占1字节，因此总共占2字节。

第3个字节179依据规则2得出179= 128+ 51

第55个字节163同样依据规则2得出163= 128+ 35

例8：最后我们再来看个稍复杂点的例子以加深理解递归长度前缀，

[“abc”,[“The length of this sentence is more than 55 bytes,”,”I know it because I pre-designed it”]]

编码结果是：

248 94 131 97 98 99 248 88 179 84 104 101 32 108 101 110 103 116 104 32 111 102 32 116 104 105 115 32 115 101 110 116 101 110 99 101 32 105 115 32 109 111 114 101 32 116 104 97 110 32 53 53 32 98 121 116 101 115 44 32 163 73 32 107 110 111 119 32 105 116 32 98 101 99 97 117 115 101 32 73 32 112 114 101 45 100 101 115 105 103 110 101 100 32 105 116

列表第一项字符串abc根据规则2，编码结果为131 97 98 99,长度为4。

列表第二项也是一个列表项：

[“The length of this sentence is more than 55 bytes,”,”I know it because I pre-designed it”]

根据规则5，结果为

248 88 179 84 104 101 32 108 101 110 103 116 104 32 111 102 32 116 104 105 115 32 115 101 110 116 101 110 99 101 32 105 115 32 109 111 114 101 32 116 104 97 110 32 53 53 32 98 121 116 101 115 44 32 163 73 32 107 110 111 119 32 105 116 32 98 101 99 97 117 115 101 32 73 32 112 114 101 45 100 101 115 105 103 110 101 100 32 105 116

长度为90，因此，整个列表的编码结果第二位是90+ 4= 94,占用1个字节，第一位247+ 1= 248

以上5条就是RPL的全部编码规则。

各语言在具体实现RLP编码时，首先需要将对像映射成byte数组或列表两种形式。以go语言编码struct为例，会将其映射为列表，例如Student这个对象处理成列表[“icattlecoder”,”male”]

如果编码map类型，可以采用以下列表形式：

[[“”,””],[“”,””],[“”,””]]

解码时，首先根据编码结果第一个字节f的大小，执行以下的规则判断：

1.如果f∈ [0,128),那么它是一个字节本身。

2.如果f∈[128,184)，那么它是一个长度不超过55的byte数组，数组的长度为 l=f-128

3.如果f∈[184,192)，那么它是一个长度超过55的数组，长度本身的编码长度ll=f-183,然后从第二个字节开始读取长度为ll的bytes，按照BigEndian编码成整数l，l即为数组的长度。

4.如果f∈(192,247]，那么它是一个编码后总长度不超过55的列表，列表长度为l=f-192。递归使用规则1~4进行解码。

5.如果f∈(247,256]，那么它是编码后长度大于55的列表，其长度本身的编码长度ll=f-247,然后从第二个字节读取长度为ll的bytes,按BigEndian编码成整数l，l即为子列表长度。然后递归根据解码规则进行解码。

以上解释了什么叫递归长度前缀编码，这个名字本身很好的解释了编码规则。

（1）以太坊源码学习—RLP编码( )

（2）简单分析RLP编码原理

( )

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。

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.

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:

Server:

其中：

ae6812eb4cd7735a302a8a9dd95cf71f是订阅号；

080c是 extranonce，Extranonce可能最大3字节；

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:

Server:

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:

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。

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:

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。

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:

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:

一般的矿机与矿池通讯过程就如下所示：

文章分享结束，以太坊stratum协议原理和以太坊今年价格走势原理的答案你都知道了吗？欢迎再次光临本站哦！