如何利用階層Stratum V2協(xié)議來改善比特幣的去中心化

今年11月初，Slush Pool發(fā)布了階層協(xié)議V2（Stratum V2）的初始技術(shù)規(guī)范，它是關(guān)于一份關(guān)于如何改進礦工與礦池的共同合作，從而保護比特幣網(wǎng)絡(luò)安全的新挖礦協(xié)議。這個項目已經(jīng)進行了數(shù)年的開發(fā)，它對比特幣挖礦的未來可能會產(chǎn)生巨大影響。

為了幫助讓整個比特幣社區(qū)了解階層協(xié)議V2（Stratum V2）的重要性，Slush Pool的Jan Capek和Pavel Moravec與貢獻者Matt Corallo和Peter Todd一道，參加了Reddit比特幣板塊上的隨意問。部分有趣的討論話題包括：

如何激勵新挖礦協(xié)議被廣泛采用，以及可能的時間線。

V2協(xié)議與V1協(xié)議相比安全性改善的重要性。

階層協(xié)議V2（Stratum V2）如何改進比特幣挖礦行業(yè)中的去中心化這一關(guān)鍵方面。

我們在此對這些問題的答案進行了總結(jié)，請繼續(xù)閱讀。

專家簡介

階層協(xié)議V2（Stratum V2）的開發(fā)，由首腦-Braiins和Slush Pool的聯(lián)合創(chuàng)始人、聯(lián)合CEO Jan Capek和Pavel Moravec領(lǐng)導(dǎo)。首腦-Braiins公司成立于2010年，自2013年以來一直運營Slush Pool礦池。因此他們有能力設(shè)計V2協(xié)議，從而解決一些礦池和礦工使用原始協(xié)議時，遇到最大的問題。

Matt Corallo多年開發(fā)比特幣，他對比特幣核心，以及對比特幣生態(tài)圈中的無數(shù)項目做出了許多貢獻。他目前在Square Crypto工作，他們也慷慨地贊助了他到布拉格的差旅費用，讓他與我們一同制定V2協(xié)議的技術(shù)規(guī)范。

Peter Todd是另一位比特幣長期開發(fā)者，他對比特幣核心（Bitcoin Core）做出了了不起的貢獻。他是一名應(yīng)用密碼學(xué)顧問，簡單地說，他是一位安全專家，他用他寶貴的見識幫助V2協(xié)議建立抵御中間人攻擊的防御機制。

問：階層協(xié)議V2（Stratum V2）讓終端礦工在自己的區(qū)塊上進行挖礦，而不是挖由礦池提供的區(qū)塊。這會如何影響到挖礦的去中心化呢？這一特性的實際使用性能會有何不同？

Matt Corallo：它對挖礦的去中心化影響是巨大的。與致力于礦池的中心化不同，我們現(xiàn)在可以致力于實際礦工/礦場主人的中心化。您在Matt Corallo的提出的關(guān)于共識團體中心化（Consensus Group Centralization）的演講中可以找到以下的表格，說明它是如何改變哈希率的分配。

而關(guān)于性能方面，解釋會比較復(fù)雜。對礦工來講，當(dāng)有優(yōu)化好的客戶端和良好的互聯(lián)網(wǎng)連接時，從礦池接收工作可能會更快。但對礦池來講，必須通過大量工作來優(yōu)化好它的設(shè)置才會有更好的性能。

問：有哪些激勵機制讓礦工與礦池協(xié)商自己的交易集？

Pavel Moravec：目前礦池充當(dāng)?shù)氖且粋€超大礦工的身份，礦池控制整個挖礦網(wǎng)絡(luò)哈希率很大的一部分。這意味著礦池可以試圖阻止（即審查）一些交易進入?yún)^(qū)塊鏈，礦池也能顯著地影響比特幣改進提議（BIP）的激活過程，就像我們在2017年看到的SegWit信號那樣。

礦工協(xié)商自己的礦區(qū)可以防止這種礦池的權(quán)力集中，這就類似像是他們在單獨挖礦。與此同時，礦工仍可享受在礦池挖礦帶來的獎勵差異（Variance in payouts）減少的好處。

問：礦池是否對交易的有效性具有否決權(quán)？

Pavel Moravec：在V2協(xié)議中，礦池總是可以主動拒絕由礦工提出的完整區(qū)塊，但不能拒絕區(qū)塊中的單個交易。即完整區(qū)塊的驗證由礦池來做，礦池通過驗證，會拒絕任何包含無效交易的區(qū)塊。

階層協(xié)議V2（Stratum V2）如何改進比特幣礦工和礦池的安全？

問：V2協(xié)議使用加密有哪些主要優(yōu)勢？

Peter Todd：身份驗證非常重要。沒有它的話，攻擊者可以通過嘗試哈希算力重定向的中間人攻擊（MITM）方式，將算力定向到另外一個礦池從而簡單地竊取。因為相當(dāng)慢，公鑰簽名驗證并非是理想的，因此驗證每個消息的簽名會讓效率非常低。

現(xiàn)代的身份驗證加密方案正好能提供所需要的功能：兩方之間的驗證通道，其中一個較貴的簽名操作用于創(chuàng)建共密（Shared Secret），使用共密能夠讓對稱密鑰驗證方案快很多。現(xiàn)代的方法確實非?？?，且經(jīng)過了充分的研究，所以不太可能出現(xiàn)工程方面的意外。

在V1協(xié)議中，攻擊者可以在礦工收到工作分配前，竊取并且改變礦池發(fā)送的工作分配，然后再在礦工試圖向礦池提交工作時，攔截礦工提交的工作——這就讓礦工或礦池都可能無法發(fā)現(xiàn)！在V2中已經(jīng)能夠防止這種”哈希率劫持“的攻擊方式。

問：加密會增加多少項目成本？

Peter Todd：礦池到礦工的成本會增加約5%，這是微不足道的。而對于礦工到礦池的通信會增加16字節(jié)（超過50%），但在這里解釋背景很重要。因為即使通過了加密過程，V2的份額提交消息與V1相比短50%以上。此外，V2協(xié)議的傳輸?shù)目倲?shù)量也減少了，最終來看，加密并沒有造成更多的數(shù)據(jù)。

階層V2協(xié)議的采用

問：有哪些激勵機制讓大家升級到V2協(xié)議？

Jan Capek：對于礦工而言，升級到V2協(xié)議最大的激勵之一是帶寬效率的改進，這樣即使在不佳的互聯(lián)網(wǎng)連接條件下，也可以進行挖礦。與此同時，帶寬效率的改進也幫助改進了提交效率，從而又減少礦工哈希率的變量（這影響礦工在基于分數(shù)的獎勵系統(tǒng)中，例如PPLNS中的獎勵）。而在效率方面，礦池給礦工提前分配區(qū)塊的功能（與‘SetNewPrevHash’消息分開）應(yīng)該就能消除空區(qū)塊挖礦。最后，從基于JSON（即人類可讀的格式）的代碼轉(zhuǎn)變到完全二進制的（機器可讀）代碼庫，能顯著地減少傳輸數(shù)據(jù)的大小。

Matt Corallo：另一個不可低估的激勵是加密驗證。如果您現(xiàn)在挖礦，您的ISP很有可能會竊取您1%的哈希算力。而V2協(xié)議中的加密能夠解決這個問題。

問：新協(xié)議實施，部署和采用的時間表？

Jan Capek：在首腦-Braiins開源資料庫中有一份實施基準可參考，目前我們對它仍在進行更新以反映出技術(shù)規(guī)范的最新版本。我們估計最少需要3-5個月的時間來解決各種問題，然后才能大規(guī)模地進行部署。協(xié)議的實施則比較干脆，在直接支持實施到階層（Stratum）協(xié)議前，現(xiàn)在礦場就能用V1到V2的翻譯代理（JSON到二進制），礦池就能用V2到V1的代理，作為新協(xié)議采用的第一階段。

實施參考也是bOSminer礦機軟件的一部分，bOSminer是我們設(shè)計用來代替過時的CGMiner的新礦機軟件。