HASH:如何實現比特幣挖礦的去中心化？

前言：因為礦池有中心化的趨勢，比特幣在去中心化方面常遭受詬病。當前的礦池有較大的杠桿力量，它可以決定哪些交易可以被打包，切換算力挖不同的分叉鏈等。本文作者StopAndDecrypt提出用新的協議BetterHash來代替目前的挖礦協議，它試圖把原來礦池的權力部分讓渡給了礦工。不過，它要真正實施，需要得到當前礦池的同意，這并非易事。本文由“藍狐筆記”社群“鑫鑫”翻譯。原文標題是：“BetterHash：用新哈希協議實現比特幣挖礦的去中心化”。

BetterHash是目前正在開發的替代挖礦協議的代號。開發完成后，需要有足夠多的礦工愿意切換到使用這些新協議的礦池，或者有一個既愿意服務于舊協議又愿意服務于新協議的現有礦池，而礦工們則逐漸做好切換的準備。在任何一種情況下，初始的切換都需要足夠多的礦工支持以實現盈利，否則利潤波動太大。

最終，礦工們需要理解他們為什么應該切換，并且需要有具備前瞻性思維的不想擁有當前礦池的控制權的礦池運營者。只有在正確理解和傳達當前系統的問題和風險時，這種情況才會發生。

免責聲明：這不是分叉，也不是共識規則的改變。

那么現在比特幣挖礦到底出了什么問題？

比特幣挖礦存在代表權問題。比特幣礦池不是比特幣礦工，但礦池會過度地為他們發出信號。礦池運行節點，構建區塊，選擇交易，并可以決定將所有礦工的哈希算力用于哪個分叉。這就產生了一些激勵問題，并且使一些相當不受歡迎的杠桿成為可能。

BetterHash的目標是通過將這些責任交還給各個礦工來解決這一問題，并為了網絡的更大利益而剝奪礦池的影響力。有了BetterHash，礦工們就可以控制自己的哈希算力，而礦池只會協調他們并分配獎勵。

礦池哈希算力分布，對比SlushPool投射到每個礦池的的礦工分布

本文旨在強調在當前挖礦環境下礦池可以實施的濫用類型，它以犧牲礦工的最大利益為代價。礦池也可能被黑客攻擊，然后由攻擊者使用礦池實施該行為。在我們開始之前，讓我們簡單地回顧一下現狀和BetterHash協議即將帶來的結構性差異。

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目前，許多礦工甚至都不運行節點，只需要使用諸如Stratum之類的協議將他們的ASIC連接到一個礦池。礦池運行節點，選擇交易，創建一個待挖區塊，然后將該區塊發送給所有接入礦池的礦工，礦工開始對其進行哈希計算。一旦一個礦工成功地挖出了一個區塊，它就會被送回礦池中，然后輸出到比特幣網絡。

使用BetterHash，礦工將單獨運行自己的節點，選擇交易，創建一個區塊，然后開始挖礦。該區塊將被配置成支付給礦池，就像Stratum協議一樣，那些未成功的區塊將被礦工們用來證明他們一直在為該礦池挖礦。

通過更換創建待挖區塊模板的礦工，而不是礦池所有者，然后圍繞這個概念構建一個新的協議，BetterHash繞開了我們要討論的所有問題。

對于目前正在開發中的BetterHash協議的更多技術概述，看MattCorallo的演講應該就足夠了，不必理解本文討論的問題，因為從概念上講，BetterHash在客觀上是更好的，不需要一個完整的代碼實現來理解這有多重要。

值得注意的是，“BetterHash”不是最終確定的名字，正如MattCorallo中所提到的。

現狀

為了理解為什么切換到BetterHash如此重要，讓我們列舉出如果不使用BetterHash，當前礦工將會面臨的所有問題。

簡言之，你自己挖礦的回報率極有可能太不穩定，這就是為什么早在2010年礦池就已經存在的原因。批評者的矛頭會指向礦池的分布，并聲稱比特幣挖礦是中心化的，盡管反駁者聲稱，礦工們可以切換他們使用的礦池，

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但并不總是那么簡單。如果你是一名礦工，你的選擇僅限于少數幾個礦池，每個礦池都有你可能同意或不同意的服務條款。礦池太大，無法提供多種選擇。

最后，你別無選擇，只能選擇最適合你的礦池，如果大多數或所有的礦池都決定把你不喜歡或者不同意的一些事情變成規范，那么實際上你沒有選擇，只能接受，因為自己啟動礦池可能無法產生足夠穩定的收入流。現存的礦池相對來說比較大，每個礦池旗下都有很多礦工，礦池有能力控制礦工的哈希算力，做一些我們將逐一討論的有問題的事情。

礦池可以：

?決定哪些交易打包或者不打包進區塊

?被賄賂后在適當的條件下重組區塊鏈

?積壓交易內存池以提高費率

?未經礦工同意切換哈希算力用于挖競爭性分叉

?非誠實挖礦，他們這樣做應該是別有用心的

?使用礦工的哈希算力為提案提供支持

正如前面提到的，所有這些問題基本上都是因為構建比特幣區塊的是礦池而非礦工所直接導致的。伴隨著礦池的濫用，還有第三方對礦池的可用濫用。

礦池可能被黑客攻擊，然后黑客就可以潛在地進行這些操作，或者礦池可能遭受網絡層的攻擊，然后礦工們就要忙于查出問題或者切換到另一個礦池。有了BetterHash，攻擊礦池無法控制礦工的哈希算力，而針對礦池的網絡層攻擊不會對使用該礦池的礦工產生直接影響。

網絡層的攻擊和礦池濫用礦工的哈希算力同樣令人擔憂。攻擊者可以削減大量的哈希算力，或者根據需要進行切換。BGP攻擊很容易完成，至少可以說，從中恢復所需的時間和資源較大的，讓人擔憂的。

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毫無疑問，一個可以抵御這類問題的協議是很有價值的，但是針對前所未聞的潛在問題的解決方案并非總是能很好地表達其必要性。我想展示一些假想的場景和一些已經以某種方式發生的場景，以便更容易理解其必要性。讓我們仔細看看它們都是什么。

1：礦池決定哪些交易打包進區塊

在討論51%攻擊的可能性時，經常會提到一個問題，如果足夠多的礦池被說服將某個交易類型或者地址列入黑名單，即使是臨時的，那么盡管作為礦工的你對此毫不關心，你也已經參與其中了。這樣做的動機可能是脅迫，也可能只是經濟上的激勵，不管是礦池自己的，還是支付給礦池的外部激勵。

場景#1:審查某個服務的熱錢包

想象一下，受一家競爭性交易所指使，某家交易所的熱錢包被40%的礦池列入黑名單？它不會無限期地阻止錢包進行交易，但會明顯地減慢它們的交易處理速度。作為一個礦工，也許你認為這種行為對生態系統是不健康的，但你沒有其他選擇，因為你對礦池秘密進行的操作沒有發言權。

場景#2:審查保密交易類型

比特幣目前沒有保密交易，可能永遠不會有保密交易，但它有不同的交易類型。如果礦池有這么做的理由，那么理論上他們可以忽略這些交易，因而特定類型的交易積壓會加劇，使得費用提高，并可能降低使用這些特定交易的任何服務的速度。

2：礦池被賄賂并重組區塊鏈

跟上面的例子類似，礦池可以決定他們不希望特定版本的交易被包含在賬本中，然后嘗試執行該決定。這種情況幾乎不可能自發地或者事后進行協調，但如果礦池傾向于這一點，那么只需要少數幾個礦池構建軟件以準備接受賄賂，然后立即采取行動，而礦工們對此沒有任何發言權。

動態 | V神闡述如何進行ETH委托挖礦:V神回復網友提問“1.可以通過合約合租一個validator（平民化參與，共享投票身份）嗎？2.一個客戶端可以跑多個valifator (共享機器）嗎？”表示，“你開一個validator，需要設置兩個公鑰：簽名的公鑰和取款的公鑰。Phase 2后，不一定需要設置取款公鑰，也可以設置取款合約。簽名的私鑰能withdraw，withdraw完成后validator里面的資金都給取款合約的地址。所以你開新的validator到時候，可以先發比如1以太幣，設置取款合約，這個合約的規則是，誰deposit多少誰按照比例withdraw多少。一段時間后，你發withdraw的交易。現在因為獎勵這個validator的balance是33.6以太幣（加 5%），33.6以太幣給合約，合約的規則分配1.05給你，8.4, 10.5和13.65 給其他的參與者。簽名的私鑰是你的，誰能withdraw多少的規則是合約定的。別人能看一個還未activated的validator的withdraw合約的規則，如果他們覺得是合理的，則他們能發他們的幣給這個validator，這個是委托的方法。”[2019/10/22]

如果和礦工分享賄賂，礦工們可能會認為這符合他們的最佳利益，但是他們給礦工的份額較高的話，他們就沒有動力去做這件事。此外，在黑客攻擊的情況下，黑客可以反賄賂礦池，把水攪得更渾。

這是某個交易所遭到黑客攻擊后的一個建議——盡管礦池沒有為此做好準備——許多人用這個來討論比特幣挖礦是中心化的，而實際上只是因為礦池具有過高的杠桿甚至可能會被濫用。注意如果使用BetterHash，其中討論的內容都不重要，因為如果是礦工而非礦池構建區塊，這些問題都不可能存在。

3：礦池積壓交易以提高費率

礦池不僅可以阻止特定類型的交易，還可以選擇忽略低于特定費率的所有交易，從而提高每個人的交易成本。有些人認為這是一個微不足道的問題，因為較小的礦池將利用機會打包這些交易，因為對它們的獎勵更大，從長遠來看是獎勵弱勢群體。我不認為這是微不足道的，因為我們已經看到了這種行為的效果如何在舞臺上引導關于短期費用上漲的爭論。

聲音 | 復旦楊潔萌：Libra落地最大挑戰來自于如何應對監管:9月25日晚，第83期“金融學術前沿”報告會在復旦大學智庫樓106會議室舉行。復旦發展研究院金融研究中心（FDFRC）主任孫立堅教授研究團隊成員楊潔萌發布了題為“Libra烏托邦與中國法定數字貨幣的機遇”的報告。楊潔萌表示，Libra和傳統支付系統比，滿足不同參與方的訴求，幫助賬戶方做大支付、匯款，讓收款方降低交易成本，也讓傳統機構觀察、應對創新的手段。具體來說，具有三大優勢：1、低操作成本：區塊鏈取代人工對賬帶來效率提高，差錯減少；2、低交易成本：Libra體系內交易無需向中心化機構代理機構付費；3、低保證金降低成本：賬本實時同步加強機構間公信，減少保證金要求，降低保證金帶來的額外成本。Libra也依然面臨著四大風險：各國面臨的監管要求不同；反洗錢風險；資金安全和信息安全；監管政策不確定風險。因此，Libra雖然抱有非常美好的幻想，但離真正落地還有諸多挑戰，最大的挑戰來自于如何應對監管，還有包括隱私問題、擠兌風險問題等諸多問題，還處于烏托邦的階段。（復旦發展研究院微信公眾號）[2019/9/30]

收費市場遲早會存在，但將網絡限制在共識強制的限制之下，不應該成為少數人經營礦池的工具。雖然在礦池級別可能存在對抗這種行為的競爭，但我們仍然看到出于財務激勵選擇挖空區塊的礦池，以及某些只打包交易費用高于5聰/字節的交易的礦池的例子，即使仍有剩余空間可以容納積壓的交易。

這可能需要在礦池之間進行一些協調才能產生效果，但是如果激勵一致，那么協調就不難甚至不必要了，現在一小部分礦池運營者將擁有一個其他人都沒有的有價值的工具。

礦池也可以秘密地做到這一點。他們不需要創建“未填滿”的區塊，而是可以用看起來合法但未經廣播的交易來填充這些區塊，然后將這些交易重新收回去，從而引導個人、企業和費用評估者們相信新的“現行費率”是真實的。

一旦市場開始支付更高的價格，那么礦池就可以重新調整他們的惡意交易。在下面的圖片中，大小占底部50%的積壓交易僅占收集的礦工獎勵的～7%。獎勵與積壓交易的中位費率呈非線性關系，這對于任何想要嘗試這一點的大礦池來說都是一項有利可圖的事情。

https://www.reddit.com/r/Bitcoin/comments/7lwajx/spamming_the_network_unfortunately_doesnt_result/

4：礦池未經同意切換哈希算力

礦池可以通過多種方式選擇要擴展哪條鏈。礦池給礦工們提供一個區塊，實際上只需要說“挖這個塊”，礦工們就開始挖礦直到有人挖出這個區塊，然后礦池給他們提供下一個區塊。礦工們不會自己跟蹤不同的分叉，他們通常會假設礦池是誠實的，并且會挖你希望他們挖的代幣/分叉。

許多礦工沒有運行節點，因此他們不會驗證共識規則。當礦池決定它們也不驗證區塊，而是在無效區塊之上進行“SPV挖礦”時，就導致了“以前出現的問題”。作為一名礦工，你應該想知道你的時間和金錢沒有被你使用的礦池浪費掉。

一個場景：

你是一名礦工，是Pool_A的一部分。你會因為你提供給礦池的哈希算力而收到源源不斷的支付費用。你已經完成了計算和檢查，而且這永遠不會改變。

Pool_A的運營者決定使用你的哈希算力為另一個處于危險中的鏈提供“生命支持”。一個你不關心、可能不喜歡或認為是競爭者的鏈。礦池繼續為你的SHA256計算平臺支付“市場價格”的費用，但你的哈希算力并沒有用在你所認為的鏈上挖礦。

由于現在有一整個礦池在一條不同的鏈上挖礦，網絡的區塊生產速度減慢，獎勵減少——并且市場可能被愚弄，認為另一條鏈有比實際上更多的支持，這會降低你支持的鏈的潛在價值。作為一名礦工，這可能是你想要避免的一種情況。不幸的是，這種情況在現實生活中已經發生了：

https://www.reddit.com/r/btc/comments/9y5qpj/roger_ver_calvin_if_you_happen_to_watch_this/e9yj4fy/?context=10000

https://www.reddit.com/r/btc/comments/9x2ekv/all_poolbitcoincom_hashrate_to_mine_abc_chain_for/e9ozqes/

5：礦池使用礦工的哈希算力進行不誠實挖礦

考慮一下上面的場景，這是用來說明這將如何進行的一個最好的例子：礦池對礦工的意圖是“誠實的”，他們至少是“試圖”補償他們認為的財務負擔。他們讓礦工們抬起頭來，告訴他們如果他們不喜歡，那么就離開——并非總是這么簡單。如果他們不誠實怎么辦？

分配的哈希算力是礦池對世界發出的信號，但不一定是礦工們打算挖的。

如果一個礦池顯示他們正在挖兩條鏈，分別為80%和20%的黃色和綠色，而你正在通過他們挖綠色鏈，你怎么知道他們是誠實的，只有20%的礦工支持這條鏈？他們可以單獨告訴每一個礦工，他們是那20%，他們是唯一支持它的人，而事實上并不是。

礦工們將不得不通過其他渠道進行協調，累加他們的哈希算力以查明是否被欺騙。主要的問題是，許多礦工是私密的，許多人希望保持私密，并且應該保持私密。像這樣協調以避免被欺騙和操縱是一個不切實際的解決辦法。

這類謊言不僅允許完全利用所有礦工的聯合哈希算力，而且造假可能影響市場對每一條鏈的估值。任何重視比特幣網絡長期健康的人都希望避免這種情況。

6：礦池利用你的哈希算力支持某一提案

執行這種操作甚至不需要實際的鏈分叉。由于礦池在實際分叉之前代表他旗下的所有哈希算力發起了投票，像下面這樣的情況會導致80%的哈希算力支持或反對某個提議或分叉。

考慮到投票不是財務承諾，這樣做的風險很小。如果你想嘗試將市場轉向你想要的方向，只需要說服運行這些礦池的少數人臨時發出支持信號。如果它失敗了，就像我們見證過的NO2X，不會對礦池造成任何損失。不管結果如何，每個人的哈希算力仍然有效。

每列代表一個礦池。每列的頂部代表該礦池擁有的哈希算力，而底部則代表使用該礦池的其他礦工的種類。

沒有人確切知道所有礦池實際擁有的哈希算力百分比與使用礦池的其他礦工擁有的百分比，但額外的透明度無疑會有效地為沉默的大多數哈希算力帶來好處。

沒有人想要另一個NO2X場景，也沒有人能夠“決定”大多數人在他們真正不支持的情況下支持什么。如果幾年前BetterHash就已經存在，也許NO2X運動就沒必要發起了。

礦工們沒有為Segwit2X投票，是礦池投的。

結論：觀點很重要

我預計人們在閱讀本文時會有兩種不同的常見反應，它們都是我從少數讀者那里得到的。我認為重要的是要為讀者強調這一點并解決這個問題。

1.“我不知道礦池有這么大的能量。”

2.“這可以使礦池看起來比實際擁有更多的控制權。”

現在，對于“元考慮因素”，乍一看，人們可能會認為：

“第一個人可能對挖礦或者比特幣不太了解，第二個人已經接近了真相，可以充分了解細微差別并且更恰當地衡量這些場景。”

另一種可能的看法是：

“第一個人提供了一個新的、真實的視角來了解這個系統中的權力平衡，而第二個人已經存在了一段時間，對事情的運作方式和潛在威脅變得過于舒適和不敏感。”

這兩種初始反應都是合理的。這兩個元考慮因素也都是有效的。如果礦池沒有濫用系統當前設置的潛在可能，那么就無法驅動去開發更好的協議，你也不會閱讀本文。相反，如果礦池對比特幣構成了如此嚴重的威脅，那么到目前為止，它們已經以無法彌補的破壞性方式濫用了自己的權力。

除了這些兩極分化的觀點，我希望你的收獲是這樣的：

需要實現BetterHash，因為BetterHash客觀上比我們現在擁有的更好。不應該存在礦池濫用和網絡攻擊的可能，我們可以簡單地讓礦工運行他們自己的節點從而創建自己的區塊來緩解這些問題，并且使用一個更好的礦池協議，它圍繞簡單但根本的改變而構建。如果我們不提前解決我們知道如何解決的問題，總有可能出現嚴重的問題，所以讓我們來解決它吧。

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