区块链 - 以太坊矿工节点

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以太坊网络包含各种类型的节点。一些节点仅作为钱包运行，而另一些节点则充当轻客户端，少数节点则作为完整客户端运行，维护整个区块链。

其中，矿工节点尤为重要。挖矿是指通过共识机制选择新区块并将其添加到区块链中的方法。

通过挖矿过程，矿工会获得作为奖励的货币（以太币）。这些矿工节点，称为矿工，会获得以太币作为奖励，以鼓励他们验证和确认包含交易的区块。这种挖矿活动通过确保计算的准确性在保障网络安全方面发挥着至关重要的作用。

矿工节点的功能

矿工节点执行多个关键功能 -

• 它监控在以太坊网络中广播的交易，并选择要处理的交易。
• 它识别陈旧的叔块并将它们整合到区块链中。
• 它更新账户余额以反映从成功挖矿中获得的奖励。
• 最终，计算出一个有效的状态，并完成区块，代表所有状态转换的结果。

当前的挖矿方法使用工作量证明 (PoW)，类似于比特币。要使一个区块被认为有效，它不仅必须满足一般的连贯性标准，还必须包含与指定难度级别相对应的工作量证明。

以太坊的Casper

已创建一种称为Casper的新算法来取代以太坊中当前的工作量证明 (PoW) 算法。该系统在经济协议上运行，该协议要求节点在能够生成区块之前提供保证金。

在这种情况下，节点称为绑定验证者，提供保证金的过程称为绑定。

以太坊的共识机制

以太坊实现了该协议的简化版本，将计算投入最高的链指定为最终版本。

或者，可以识别最长的链，因为它反映了大量投入的挖矿工作。

GHOST 协议最初是为了解决与快速区块生成相关的挑战而提出的，快速区块生成通常会导致陈旧或孤立的区块。在 GHOST 框架中，陈旧的区块（称为叔块）被纳入计算以确定最长和最重的区块链。

随着区块链在共识机制的控制下添加新区块而发展，它可能会偶尔出现分裂，这种现象称为分叉。

以太坊的分叉

区块链中的分叉是指链分成两条独立路径。这种分裂可以有意或无意地发生。通常，硬分叉是由重大的协议升级引起的，而无意分叉可能是由软件错误引起的。

此外，分叉可以是临时的，其中链会发生分歧，直到它识别出最长和最重的链，最终导致一致性。当几乎同时生成两个区块时，就会发生这种临时分叉，导致链分裂，直到它解决到主链为止。

以太坊的Ethash

Ethash指的是以太坊使用的工作量证明 (PoW) 算法。最初作为Dagger-Hashimoto 算法引入，自最初实施以来，它发生了重大变化，发展成为现在称为 Ethash 的算法。

与比特币非常相似，挖矿的基本概念包括发现一个随机数，即nonce。当这个随机数与区块头组合并进行哈希运算时，它会生成一个值，该值必须小于当前网络的难度。

在以太坊的早期，难度级别相对较低，允许使用 CPU 和单个 GPU 进行有利可图的挖矿。

以太坊的Ethash DAG

Ethash 是一种内存密集型算法，这对专用硬件的实现提出了挑战。与比特币类似，比特币已经创建了 ASIC，导致挖矿集中化，而内存硬工作量证明算法则是针对此问题的对策。

以太坊使用 Ethash 来阻止开发用于挖矿的 ASIC。Ethash 的性质使得创建具有广泛且快速内存功能的 ASIC 不切实际。该算法需要从称为有向无环图 (DAG)的固定资源中选择子集，该资源由随机数和区块头确定。

DAG 是以伪随机方式生成的大型数据集。它在以太坊挖矿过程中生成的DAG 文件中表示为矩阵。Ethash 算法要求 DAG 格式化为 32 位无符号整数的二维数组。只有在挖矿节点的初始启动期间完全生成 DAG 后才能开始挖矿。此 DAG 充当 Ethash 算法的种子。根据当前规范，纪元持续时间设置为 30,000 个区块，大约相当于六天。

Ethash 如何工作？

Ethash 算法需要使用 DAG 文件。此文件每个纪元创建一次，每个纪元包含 30,000 个区块。随着区块链的扩展，DAG 的大小线性增加。

目前，DAG 大小约为3.5 GB（截至区块 9325164），纪元编号为310。

协议按以下方式运行 -

• 首先，使用 Keccak-256 哈希函数将前一个区块的头与 32 位随机随机数结合。
• 这种组合产生了一个称为混合的 128 位结构。
• 混合负责确定将从 DAG 中检索哪些数据。
• 从 DAG 中获取数据后，它将与当前混合“混合”以生成新的混合，然后使用该混合从 DAG 中获取更多数据。
• 最终，第 64 个混合经过摘要函数以产生 32 字节序列。
• 然后将此序列与难度目标进行比较。如果它低于目标，则认为随机数有效，并且工作量证明已成功完成，从而导致区块的挖矿。
• 如果它不满足目标，则算法将使用不同的随机数重新启动该过程。