Что такое Stratum и как он работает?

• Stratum позволил координировать тысячи майнеров в пулах с большей эффективностью, чем предыдущие протоколы.
• Stratum V2 включает в себя шифрование и двоичные сообщения для повышения безопасности и эффективности.
• Новые подходы направлены на снижение контроля пулов над формированием блоков.
• Другие предложения, такие как BetterHash и DATUM, исследуют более децентрализованные модели майнинга.
• Переход к Stratum V2 продвигается медленно из-за технических затрат и проблем совместимости.

Оглавление

• 1. Что такое Stratum в майнинге Bitcoin?
• 2. Как работает протокол Stratum?
• 3. Что такое Stratum V2 и какие улучшения он вносит?
• 4. Альтернативные протоколы Stratum в майнинге Bitcoin
• 5. Проблемы, внедрение и текущее состояние

Stratum стал важной частью технической инфраструктуры, поддерживающей современный майнинг Bitcoin. На протяжении многих лет этот протокол развивался вместе с индустрией майнинга, что привело к появлению новых версий и предложений, направленных на улучшение его работы.

1. Что такое Stratum в майнинге Bitcoin?

Stratum - это протокол связи, используемый в майнинге Bitcoin для координации работы между майнерами и майнинговыми пулами. Проще говоря, он определяет, как майнинговое оборудование получает задачи вычислений, выполняет процесс хеширования и отправляет результаты на сервер пула.

В современном майнинге большинство майнеров не работают индивидуально. Вместо этого они объединяются в майнинговые пулы, где тысячи устройств сотрудничают для нахождения блоков, а затем распределяют вознаграждение в соответствии с предоставленной вычислительной мощностью. Если вы хотите узнать больше о работе пулов, мы приглашаем вас прочитать нашу криптопедию.

Для того чтобы этот процесс работал скоординированно, необходим протокол, который управляет постоянным потоком информации между участниками. Stratum выполняет именно эту функцию.

Историческое происхождение Stratum: зачем был создан Stratum?

Протокол Stratum был представлен в 2012 году Мареком "Slush" Палатинусом, создателем Slush Pool (сейчас Braiins Pool), одного из первых пулов для майнинга Bitcoin. Его разработка была ответом на ограничения протокола, использовавшегося ранее в майнинге: getwork, метода, основанного на RPC-вызовах через HTTP, который вынуждал майнеров постоянно запрашивать новые задачи у сервера.

Этот подход создавал проблемы с задержкой, потреблением пропускной способности и масштабируемостью, особенно по мере быстрого роста майнинга и появления специализированных устройств, таких как ASIC.

Кроме того, рост пулов майнинга усугублял эти ограничения. С тысячами майнеров, подключенных к одному серверу, модель постоянных запросов getwork становилась все более неэффективной. Stratum был разработан для решения этих проблем, представив систему постоянного соединения и более эффективной коммуникации между пулом и майнерами.

Вместо того, чтобы майнеры постоянно обращались к серверу для получения работы, Stratum позволяет пулу отправлять новые задачи непосредственно майнерам, когда это необходимо, что значительно снижает сетевой трафик и повышает общую производительность майнинга.

На фотографии Марек "Slush" Палатинус, создатель Slush Pool и разработчик протокола Stratum. Источник: cdn.prod.website-files.com

2 Как работает протокол Stratum?

В общих чертах, Stratum работает, используя модель клиент-сервер через TCP, где майнеры выступают в качестве клиентов, а пулы - в качестве серверов. Через это постоянное соединение пул отправляет задачи майнинга на устройства, и они возвращают частичные результаты или допустимые решения.

Этот механизм позволяет тысячам или даже миллионам устройств одновременно работать над поиском блока, поддерживая постоянную связь с пулом для координации процесса майнинга.

Что такое модель клиент-сервер через TCP?

Это архитектура сети, в которой клиентская программа подключается к серверу для запроса услуг или обмена данными с использованием протокола TCP (Transmission Control Protocol). В этой схеме сервер остается активным, ожидая подключений, в то время как клиенты инициируют общение для отправки запросов и получения ответов. TCP обеспечивает доставку данных в упорядоченном, целостном и надежном виде, устанавливая постоянное соединение между двумя сторонами.

Подключение между майнерами и пулами

Как мы упоминали ранее, общение начинается, когда устройство майнинга устанавливает постоянное TCP-соединение с сервером пула, используя протокол Stratum. Это соединение обычно настраивается с использованием адреса следующего типа:

stratum+tcp://pool.example.com:3333

После установления соединения майнер проходит процесс аутентификации и регистрации в пуле, используя сообщения протокола, такие как mining.subscribe и mining.authorize. Эти сообщения позволяют пулу идентифицировать устройство майнинга (worker) и связать его активность с учетной записью или адресом оплаты.

После завершения этого процесса пул открывает сеанс майнинга, в котором назначает параметры, такие как сложность shares, которые майнер должен отправлять. Пулы обычно динамически корректируют эту сложность в зависимости от мощности устройства, чтобы избежать отправки слишком большого количества решений в секунду или, наоборот, слишком малого количества.

В этой модели общения:

• пул генерирует задачи для майнинга,
• майнеры выполняют вычисления хешей,
• а пул проверяет отправленные результаты.

Инфографика, иллюстрирующая работу протокола Stratum. Изображение сгенерировано с помощью ChatGPT.

Обмен задачами (jobs) и shares

После установления соединения пул начинает отправлять задачи для майнинга, известные как jobs. Job содержит необходимую информацию для того, чтобы майнер создал кандидатный блок и начал процесс поиска действительного хеша. Среди данных, которые обычно включаются, находятся:

• ссылка на хеш предыдущего блока,
• части заголовка блока,
• информация о транзакции coinbase,
• параметры сложности.

В технических терминах, job определяет пространство поиска хешей, которое майнер должен исследовать, изменяя такие поля, как nonce, timestamp или coinbase.

Во время выполнения вычислений хешей, устройство может находить результаты, которые соответствуют сложности, меньшей, чем необходимая для майнинга полного блока. Эти частичные результаты называются shares.

Когда майнер находит share, он отправляет его в пул с помощью сообщений, таких как mining.submit. Пул проверяет результат и регистрирует его как доказательство того, что майнер внес свой вклад вычислительной мощностью.

Shares выполняют две основные функции:

1. Они измеряют вклад майнера в пул, что позволяет рассчитывать вознаграждения.

2. Они позволяют обнаруживать потенциально валидные блоки, если хеш соответствует полной сложности сети.

Инфографика, объясняющая компоненты Job.

3 Что такое Stratum V2 и какие улучшения он вносит?

Stratum V2 - это новая версия протокола связи, используемого в майнинге Bitcoin, предназначенная для улучшения таких аспектов, как безопасность, эффективность передачи данных и децентрализация внутри майнинговых пулов.

Эта версия была разработана командой Braiins, а также другими исследователями и разработчиками из экосистемы майнинга, с целью решения нескольких ограничений, выявленных в Stratum V1.

Среди наиболее важных изменений - внедрение шифрования в процессе связи, более эффективный бинарный формат для сообщений и возможность для майнеров участвовать в выборе транзакций блока с помощью механизма, называемого job negotiation.

Эти улучшения направлены на оптимизацию связи между майнерами и пулами, а также на снижение некоторых рисков, связанных с централизацией майнинга в крупных пулах.

Почему был разработан Stratum V2?

Разработка Stratum V2 обусловлена рядом ограничений, выявленных в оригинальном протоколе Stratum, как с технической точки зрения, так и с точки зрения децентрализации процесса майнинга.

Одной из наиболее серьезных проблем была отсутствие безопасности в процессе связи. Stratum V1 не включает в себя встроенное шифрование, что может позволить атаки перехвата или манипуляции трафиком между майнером и пулом, если не используются дополнительные механизмы защиты.

Еще одной важной причиной была неэффективность использования сетевых ресурсов. Использование сообщений в формате JSON в Stratum V1 создает большую вычислительную нагрузку и потребление пропускной способности по сравнению с более компактными бинарными форматами. В крупномасштабных операциях майнинга эта неэффективность может привести к увеличению операционных расходов.

Кроме того, Stratum V1 предоставляет пулу полный контроль над формированием блока-кандидата, что означает, что майнеры не участвуют в выборе транзакций. Это вызвало дебаты о возможном концентрации власти в операторах пулов.

Stratum V2 пытается решить эти проблемы с помощью более эффективной архитектуры и механизмов, которые позволяют майнерам более активно участвовать в формировании блоков.

Сравнительная таблица, показывающая улучшения, реализованные в протоколе Stratum V2. Источник: изображение, сгенерированное ChatGPT.

4 Альтернативные протоколы Stratum для майнинга Bitcoin

Хотя протокол Stratum стал доминирующим стандартом для связи между майнерами и пулами, на протяжении многих лет появлялись альтернативные предложения, направленные на улучшение таких аспектов, как децентрализация формирования блоков, безопасность связи или оперативная эффективность пулов.

Среди наиболее обсуждаемых инициатив в техническом сообществе выделяются BetterHash и DATUM, два подхода, которые по-разному решают проблему централизации в майнинговых пулах. Эти предложения исследуют модели, в которых майнеры могут играть более активную роль в выборе транзакций и формировании блоков-кандидатов.

BetterHash

BetterHash — это предложение, представленное в 2018 году разработчиком Мэттом Коралло, основной целью которого является снижение контроля, который пулы оказывают на формирование блоков.

В традиционной модели пулов — основанной на Stratum V1 — оператор пула выбирает транзакции, которые будут включены в блок-кандидат, и распределяет эту работу между майнерами. BetterHash предлагает частично изменить эту логику: майнеры генерируют свои собственные блоки-кандидаты, а пул в основном выступает в качестве координатора платежей и агрегатора хешрейта.

Таким образом, майнеры сохраняют возможность решать, какие транзакции включать в блоки, что может снизить риски, связанные с цензурой транзакций или концентрацией власти в крупных пулах.

Предложение BetterHash впоследствии повлияло на разработку Stratum V2, особенно на его механизм job negotiation, который позволяет майнерам участвовать в создании блоков.

DATUM

DATUM (Decentralized Alternative Templates for Universal Mining) — это более новая архитектура, направленная на то, чтобы предоставить майнерам возможность создавать собственные шаблоны блоков, продолжая при этом участвовать в пуле.

Система была разработана командой, связанной с пулом OCEAN, с целью предоставить инфраструктуру, которая позволит майнерам иметь большую автономию в создании блоков, сохраняя при этом операционные преимущества майнинга в пуле, такие как распределение наград и снижение волатильности доходов.

В модели DATUM майнеры могут создавать собственные кандидаты блоков, используя свой собственный mempool, что снижает зависимость от шаблона, созданного оператором пула. Это также может повысить устойчивость системы к возможным сбоям или цензуре на уровне пула.

Дискуссия в техническом сообществе

Предложения, такие как BetterHash, Stratum V2 и DATUM, являются частью более широкой дискуссии в экосистеме Bitcoin о степени централизации, существующей в майнинге, особенно в отношении крупных пулов.

Хотя пулы позволяют майнерам снизить волатильность своих доходов, они также концентрируют важные решения, такие как выбор транзакций и создание блоков, что может создать теоретические риски цензуры или координации между операторами.

По этой причине несколько разработчиков исследовали механизмы, которые позволяют сохранять преимущества майнинга в пуле, не давая оператору абсолютный контроль над созданием блоков. BetterHash и функции переговоров о заданиях в Stratum V2 являются одними из наиболее известных попыток в этом направлении.

5. Проблемы, внедрение и текущее состояние

Хотя Stratum V2 был разработан для постепенной замены Stratum V1, его внедрение в сети Bitcoin было постепенным. Некоторые пулы и проекты уже внедрили или протестировали этот протокол в реальных условиях.

Braiins Pool был одним из первых, кто внедрил поддержку Stratum V2, в то время как более новые проекты, такие как DMND (Demand Pool), запустили пулы, основанные на эталонной реализации протокола (Stratum Reference Implementation или SRI). Эти инициативы направлены на предоставление майнерам большего контроля над формированием блоков и повышение децентрализации майнинга.

В 2025 году также было объявлено о запуске экспериментальных пулов, ориентированных на Stratum V2, которые позволяют майнерам создавать собственные "шаблоны блоков" (block templates), что является важным шагом к практическому внедрению протокола. Однако, несмотря на эти достижения, протокол по-прежнему сосуществует со Stratum V1 в значительной части инфраструктуры майнинга.

Совместимость с оборудованием

Одним из факторов, способствующих переходу на Stratum V2, является его совместимость с существующим майнинговым оборудованием. Во многих случаях, ASIC-устройства, могут использовать новый протокол с помощью обновлений прошивки или прокси-серверов, которые позволяют устройствам, разработанным для Stratum V1, взаимодействовать с пулами, поддерживающими новую версию.

Кроме того, некоторые производители оборудования начали внедрять поддержку Stratum V2 в новых моделях, что может ускорить его внедрение по мере появления новых поколений оборудования.

Перспективы внедрения

Несмотря на технические преимущества, внедрение Stratum V2 сталкивается с рядом проблем. Одной из основных является операционная и техническая стоимость обновления существующей инфраструктуры, поскольку как пулы, так и майнеры должны адаптировать программное обеспечение, прошивку и системы управления для поддержки нового протокола.

Также влияют экономические и оперативные факторы: многие пулы продолжают использовать Stratum V1 из-за его стабильности и широкой совместимости с уже развернутым оборудованием. В результате, переход на Stratum V2 происходит постепенно.

Тем не менее, различные разработчики и участники отрасли считают, что протокол является важным шагом к более эффективному, безопасному и децентрализованному майнингу, поэтому ожидается, что его внедрение будет постепенно увеличиваться в ближайшие годы.

Метки: Bitcoin (BTC) ASIC-майнинг