深度剖析挖矿逻辑与技术实现（二）

getwork的核心设计思想是：

区块由节点客户端构建，然后将区块头数据交给外部挖矿程序。 挖矿程序遍历nNonce进行挖矿，验证通过后返回给节点客户端。 节点客户端验证通过后向全网广播。

如前所述，区块头一共有80个字节。 由于没有待确认的区块链数据和交易池，nVersion、hashPrevBlock、nBits和hashMerkleRoot这4个字段必须由节点客户端提供共计72字节。 挖矿程序主要是增量遍历nNonce，必要时可以微调nTime字段。

对于显卡GPU，不用担心nNonce缺少4字节搜索空间，而且挖矿程序从节点客户端拿到一条数据后，不要工作太久，否则就是这个区块很可能已被其他矿工占用。 人挖，继续挖只能做无用功。 对于比特币来说，虽然它被设计为每 10 分钟出一个块，但一个好的策略应该是在几秒钟内重新向节点申请新的挖矿数据。

对于显卡来说，运行SHA256D的算力一般在200M~1G之间。 nNonce提供了4G的搜索空间，也就是说再好的显卡也能支持4秒左右。 调整一次nTime可以再挖4秒。 这一次绰绰有余。

节点提供RPC接口getwork，有一个可选参数。 如果没有参数，就是申请挖矿数据。 如果有参数，就是提交挖出的区块数据。

不带参数调用getwork，返回数据如下：

{

“中间状态”：“9226a024e0b77f61d49fd5ffdf828c6b5c4330c61ea2778c606a8e49d4ad8bd6”，

“data” :”00000002e9337bac28ee28a949d2140f9fb0a0ab740acfd739d7bcf67ca31c2301db858ad2ca54d92c8c1cded715922c4df2b07d9f10fa1a6cf3db7e949b320615761ed4581c76f21b12d87500000000000000800000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000080020000″,

“hash1”：“000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000

“目标”：“0000000000000000000000000000000000000000000000075d8120000000000”

}

数据字段

一共128字节（80个块头字节+48个完成字节），因为SHA256将输入数据分成固定长度的切片比特币挖矿要输入的数据，每个切片为64字节，输入总长度必须是64字节的整数倍，输入length一般不满足要求，按照一定的规则在metadata末尾完成数据。

其实对于挖矿来说，补全数据是固定的，这里不需要提供。 外部挖矿软件可以自行完成。 连nNonce字段都不需要提供，数据只需要提供至少前76个字节即可。 nTime字段也是必不可少的，外部挖矿程序需要参考节点提供的出块时间来调整nTime。

目标领域

即当前区块难度目标值，采用小端字节序，需要翻转后才能使用。

其实对于外部挖矿程序来说，data和target这两个字段就可以正常挖矿，但是getwork协议充分考虑了各种情况，尽量帮助外部挖矿程序做力所能及的事情，额外提供了两个字段，data字段返回完整补全数据也是基于这个思路。

中州油田

如上所述，SHA256 对输入数据进行拆分。 矿工拿到数据后，第一次分裂（前64字节）是固定的，midstate就是第一次分裂的计算结果。 该节点有助于计算 Out。

因此，借助midstate字段，外部挖矿程序仅用44字节的数据就可以正常挖矿：32字节的midstate + 第一个分片中剩余的12（76-64）字节的数据。

Hash1字段

比特币挖矿每次都需要连续执行两次 SHA256。 第一次执行的结果是32字节，需要补充32字节的数据，组成64字节作为第二次执行SHA256的输入。 hash1为补全数据，同理hash1也是固定的。

外部挖矿程序挖出合格区块后，再次调用getwork接口，将修改后的数据字段提交给节点客户端。 节点客户端返回的数据也必须是128字节。

每次外部调用不带参数的getwork，节点客户端都会构造一个新块。 在返回数据之前，新区块必须完全存储在内存中，并使用 hashMerkleRoot 作为唯一标识符。 节点使用一个Map来存储所有构造的Block，当下一个block已经被别人挖出后，立即清除Map。

getwork接收到一个参数后，首先从参数中提取出hashMerkleRoot，在Map中找到之前保存的区块，然后从参数中提取出nNonce和nTime填充到区块对应的字段中，即可对区块进行验证. 如果难度满足要求，说明已经挖出一个区块，节点向全网广播。

getwork协议是最早版本的挖矿协议，实现了节点与挖矿的分离。 经典的 GPU 挖矿驱动 cgminer、sgminer 和 cpuminer 都使用 getwork 协议进行挖矿。

Getwork + cgminer一直是非常经典的组合。 许多新算法上线后，很快就被移植到cgminer中。 即使是现在，除了 BTC 和 LTC 之外，许多其他山寨币仍在使用 getwork 协议进行挖矿。

矿机出现后，挖矿速度有了很大的提升，目前比特币矿机算力已经达到10T/s的水平。 而getwork只为外部挖矿程序提供了总共4G的32字节的搜索空间。 如果继续使用getwork协议，矿机需要频繁调用RPC接口比特币挖矿要输入的数据，显然是行不通的。

现在BTC和LTC节点都禁用了getwork协议，转而使用更新更高效的getblocktemplate协议。

获取块模板

getblocktemplate协议诞生于2012年年中，当时矿池已经出现。 矿池使用getblocktemplate协议与节点客户端交互，使用stratum协议与矿工交互。 这是最典型的矿池建设模式。

与getwork相比，getblocktemplate协议最大的不同在于getblocktemplate协议允许矿工自行构建区块。 这样，节点和挖矿就完全分离了。

对于getwork来说，区块链是黑暗的，getwork对区块链一无所知，他只知道修改data字段的4个字节。 对于getblocktemplate来说，整个区块链是透明的，getblocktemplate掌握了区块链上所有与挖矿相关的信息，包括需要确认的交易池，getblocktemplate可以选择包含在区块中的交易。

getblocktemplate开发出来之后，就不是一成不变的了。 客户端在后续的每个版本都进行了升级和改动，主要是增加了一些字段，但核心概念和核心字段没有变化。

目前比特币客户端返回的数据如下。 考虑到空间限制，交易字段（transactions）只保留一笔交易数据。 事实上，根据目前的实际情况，交易池中有数万笔交易需要实时确认。 满了（1M容量限制），再加上附加信息，所以每次调用getblocktemplate基本上返回1.5M左右的数据，和getwork的几百字节不一样。

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