矿池的概念和运行机制

引言

对于POW（工作量证明）区块链的安全性来说挖矿必不可少。也就是说矿工们通过对特定属性的散列进行计算来保证加密货币网络的安全。

在Bitcoin首次面世的那一年（2009年），挖矿的难度并不高，任何拥有电脑的人都可以参与到下一区块的哈希计算中。当时网络中的算力并不高，所以区块链的新区块添加并不需要特殊硬件。

也就意味着算力最高（单位时间哈希计算量）的计算机将有机会挖出更多的区块。而这也就促成了一种竞争生态系统。而矿工们也在尝试各种方式来获得竞争优势。

在遍历各种硬件（CPUs、GPUS、FPGAs）之后，Bitcoin矿工们选择了ASIC——特定应用集成电路。该挖矿设备并不能允许你浏览Binance Academy，也不能让你在Twitter上发布照片。

“特定应用”顾名思义，也就是说ASICs只能用来执行特定任务：计算哈希。并且这些设备也是专为此目的而构建设计的，所以使用其他硬件来进行Bitcoin挖矿就变得不常见了。

矿池简介

优秀的硬件设备给你带来的优势也仅是如此。或许你会运行多个高性能的ASICs，但也还是Bitcoin挖矿海洋中的一粟。在硬件和电力上花费的大量资金并不能保证你一定会获得挖出新区块的权利。

也并不能保证你何时会有机会获得区块奖励，又或许根本没机会得到。如果想要获得持续收入，那就需要你在矿池中不断努力，不断尝试，这样机会才有可能成功。

假设你和其他9个参与者每人拥有网络总算力的0.1%。也就意味着平均每1000个区块中你将有机会挖出1个区块。而据估计Bitcoin网络每天将产出144个区块，而你将挖出新区块的时间则可能就是一周。依据你的现金流以及在硬件和电力上的投资，“独立采矿”可能会是一种可行的策略。

然而，如果收入不足以盈利呢？那么你就需要与之前提到的9位矿工合作。这样结合所有人的算力，你们就会拥有整个网络1%的算力。也就意味着你们的机会提升到了“百里挑一”，如此每天就可能会挖出1-2个新区块。之后将所得的奖金将平分给所有的参与者。

简单来说，我们刚才就是描述了一个矿池。而目前也被广泛的应用，以此来保证成员的稳定收入。

矿池的运行机制

通常，矿池通过协调员来组织矿工。协调员通过nonce（随机数）来保证矿工们并没有浪费算力来创建相同区块。这些协调员还将负责奖励的分配与分发。目前存在几种方式来计算矿工的贡献率，且奖励也将根据该贡献率来分配。

PPS（Pay-Per-Share）矿池

PPS是一种最常见的支付机制。该系统中，你所贡献的每一个“share（股份）”都将收到固定的报酬。

Share是用来记录矿工贡献的哈希值。每一个share所获得的报酬是固定的，但随着时间推移会逐渐增加。但请注意，这里的share并不是网络中有效的哈希，而只是由矿池所设置的匹配条件。

在PPS中，无论是否产出新区块你都将会收到报酬。矿池运营者承担了相应的风险，因此会收取一定的费用（要么对矿工提前收取，要么从奖励中扣除）。

PPLNS（Pay-Per-Last-N-Shares）矿池

PPLNS是另一种常见的支付机制。不同于PPS，PPLNS只会在新区块生成时才会对矿工进行奖励。当矿池挖出新区块后，将会核查过去被提交的share总量N（N将会根据矿池变化）。之后将矿工所贡献的share除以N并乘以区块奖励来分配报酬（除去运营者的提成）。

举个例子来说。倘若该区块的奖励的12.5BTC（假设没有交易费用），运营商收取20%的服务费，则留给矿工们的奖励则为10BTC。如果其中的N为1,000,000，而你贡献了50,000share，则你的报酬将是区块奖励的5%（也就是0.5BTC）。

虽然市场中存在几种上述机制的变体，但最常见的还是这两种方式。我们经常讨论的Bitcoin，以及最常见的Pow加密货币（例如Zcash、Monero、Grin和Ravencoin等）都存在矿池。

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矿池会对去中心化造成威胁？

当你读到该标题时，脑海中是否会为之一震。Bitcoin之所以强大，难道不是因为区块链并没有单一实体控制？而如果有人控制了大部分的算力那又会怎样？

这些问题很现实也很真实。如果某个体获取了网络51%的哈希算力，则他们就会成功发动51%攻击。这将允许他们删除交易，又或者是撤销已完成交易。此种攻击会对加密货币生态系统造成难巨大的破坏。

那么矿池会增加51%攻击的风险么？答案是：可能会引起，但概率很低。

2020年4月16日，按矿池划分的24小时哈希率。来源：coindance.com

理论上来说，排名前四的矿池可能会串通来劫持网络。但该操作并没有什么意义。因为倘若他们成功的实施了一次攻击，那么Bitcoin的价格将由于系统遭到破坏而大幅下跌。则结果就是他们所获得的代币都将贬值。

并且矿池也并非一定需要挖矿设备。实体们可以将方向转到协调者服务器，来构建可自由迁移的矿池。对于矿工和矿池运营者来说，保持系统的去中心化才是重中之重。因为只有这样，才能保证矿业的持续收益性。

在某些情况下，矿池的规模的确会增长到令人担忧的程度。但那时矿池以及其中的矿工们会采取措施来降低哈希算力。

总结

随着第一个矿池的引入，加密货币的挖矿市场就已产生了永久性的改变。而这对于那些想要获得长期稳定收入的矿工们来说非常有益。且随着越来越多机制的出现，他们也逐渐找到了最适合自己的方式。

理想情况下，Bitcoin的挖矿将会更加去中心化。而目前我们只能称之为“充分去中心化”。在任何情况下，没有人能够长期从单一矿池中获得大部分哈希率。参与者们将会防止此类情况的发生。毕竟Bitcoin是由用户来运营的，而并非矿工。