ビットコインマイニングは3.0時代の到来を告げるかもしれない、Stratum V2はマイナーに力を取り戻す

単独マイニングよりも安定した信頼性の高い収入源を得るために、今日のほとんどのビットコインマイナーは、マイニングプールを通じてマイニングすることを選択しています。これは、現在ほぼすべてのマイニングプールで使用されており、7年前にSlushPoolによって発表されたオープンソースの「Stratum」マイニングプロトコルを通じて実現されます。

現在、Slush Pool の背後にある企業である Braiins は、第 2 世代の Stratum プロトコル (Stratum V2) の計画を発表しました。プラハを拠点とするこのマイニング会社は 2 年前にこの研究作業を開始し、第 2 世代のプロトコルが第 1 世代の Stratum プロトコルよりもいくつかの重要な点で改善されていると考えています。

「これは、これまでの技術的およびセキュリティ上の問題を解決し、一般的に効率性が向上し、ジョブの選択や農場の管理の簡素化などの高度な使用例が可能になります」とブレインズの共同CEO、パベル・モラベック氏はビットコインマガジンに語った。 「本当に、これは何年も前にやるべきだった。」

第一世代Stratumマイニングプロトコルの原理

簡単に補足すると、まず、プールマイニングに Stratum V1 を使用する原理について説明します。

まず、マイニング プール ユーザー (単にマイナーと呼ばれることもあります) は、マイニング コンピューター (通常は ASIC チップを搭載した特殊なマシン) をマイニング プールに接続します。より具体的には、自分のコンピューターをマイニング プール オペレーターが操作するコンピューターに接続します。

次に、マイニング コンピューターは、マイニング プール オペレーターに部分的な「ブロック テンプレート」を要求します。この部分的なブロック テンプレートは、本質的には不完全な Bitcoin ブロックです。

重要なのは、このブロック内のトランザクションはマイニング プール オペレーターによって選択されることです。実際、トランザクション自体はマイナーに送信されず、代わりにすべてのトランザクションの Merkle パス (一連のハッシュ) が送信されます。

これに加えて、マイニングプールの運営者は、ソフトフォークプロトコルのアップグレードの有効化に関連する可能性のある「バージョンビット」を含めるかどうかを選択することもできます。

次に、マイナーは、ハッシュの 1 つがネットワークのプルーフ オブ ワーク要件を満たす有効なブロック ヘッダーを生成することを期待して、ブロック テンプレートの一部をハッシュし始めます。マイナーが有効なブロック ヘッダーをハッシュすると、そのヘッダーはマイニング プール オペレーターに返され、オペレーターはそれをブロックの残りの部分に追加して、ビットコイン ネットワークにブロードキャストします。マイニング プールのオペレーターは、プール内のマイナーが投入した作業負荷の割合に基づいて、各マイナーにブロック報酬を分配します。 （これは、マイナーが作業を実行したことを証明するほぼ有効なブロック ヘッダーをマイナーに送信させることによって測定されます）

したがって、第 1 世代の Stratum プロトコルの採用により、マイニング プール オペレーターはマイナーよりも大きな権限を持つことになります。報酬の割り当てだけでなく、ブロックにどのトランザクションを含めるか、どのバージョン ビットを含めるかを決定する責任も負います。マイニングプールの運営者は、希望に応じて、特定のトランザクションを検閲したり、特定のプロトコルのアップグレードをブロックしたりすることができます。

第2世代のStratumプロトコルはBetterhashに触発されている

昨年、Chaincode Labs のエンジニアであり Bitcoin Core 開発者でもある Matt Corallo 氏は、BetterHash と呼ばれる代替マイニング プロトコルを提案し、第 2 世代の Stratum プロトコルは BetterHash に触発されました。第 2 世代の Stratum プロトコルでは、プール オペレーターがブロック テンプレート (の一部) をプール内のマイナーに送信する代わりに、マイナーがブロック テンプレートをプール オペレーターに送信することを選択できます。この「ジョブ選択」により、マイナーは独自のトランザクションとブロックのバージョンを選択できます。

これを実現するために、Braiins は (Matt Corallo の協力を得て) BetterHash のいくつかの実際的な問題を解決する必要がありました。これらの中で最も重要なのは、マイナーが無効なブロック テンプレート (たとえば、無効なトランザクションが含まれている場合) でマイニングする可能性があることです。マイナーが有効なハッシュを見つけることができたとしても、ブロック自体は無効のままですが、同じマイナーは他のマイナーが見つけた有効なブロックから利益を得ることができます。

この問題の解決策の 1 つは、マイニング プールのオペレーターが、プールに入れる前に、マイナーのブロック テンプレートが有効かどうかをまず確認することです。しかし、大規模なパブリックマイニングプールでは、このステップでも技術的な困難に遭遇するでしょう。

「ビットコイン ネットワークで新しいブロックが発見され、マイニング プール内のすべてのマイナーが新しいブロック テンプレートの使用を開始したい場合に何が起こるか想像してみてください。」モラベック氏は説明した。 「それぞれがメモリプール（未確認トランザクション）のバージョンをわずかに異なっている可能性があり、トランザクションの選択ルールも異なる可能性があります...彼らは皆、すぐにマイニングを開始したいと考えています。彼ら全員がブロックテンプレートをマイニングプールに送信して承認を得ることは、基本的に、ネットワークによってブロックが発見された後の最初の1秒間にサービス拒否攻撃を行うことになります。このメカニズムは、実際に機能するように拡張する必要があります。」

Braiins は、マイニング プール オペレーターが新しいブロック テンプレートの有効性を非同期的にチェックすることでこの問題を解決します。マイナーがブロック テンプレートを送信すると、ハッシュ操作がすぐに開始されます。同時に、マイニングプールオペレーターはすべてのブロックテンプレートのチェックを開始します。

モラベック氏はこう付け加えた。

「ブロック テンプレートが後で無効であることが判明した場合、マイナーへの報酬はそれに応じて調整されます。したがって、マイナーは適切なブロックで作業し、すべてのデータをタイムリーに提供するインセンティブを持ちます。マイナーは遅滞なくテンプレートの作業を継続できます。」

安全性、効率性、柔軟性の向上

トランザクション選択の変更に加えて、第 2 世代の Stratum プロトコルにはさらに多くの改善が含まれ、そのいくつかは多くのマイナーにとって非常に重要になる可能性があります。

たとえば、Stratum プロトコルの第 1 世代では、マイナーのコンピューターがプール オペレーターのコンピューターに実際に接続されていることを確認するための暗号化データ検証がなかったため、中間者攻撃が可能になりました。たとえば、攻撃者はマイナーとプール オペレーター間の通信を傍受し、マイナーをだまして攻撃者が提供するブロックを処理させることができました。攻撃者は、このブロックのブロック報酬を自分のアドレスの 1 つに支払うことで、実質的にマイナーの計算能力を「ハイジャック」することができます。

第 2 世代の Stratum プロトコルは、マイニング プール オペレーターに一部のブロック テンプレートに暗号署名することを要求することで、この攻撃を防御します。マイナーがマイニングプールオペレータの公開鍵を知っていれば、一部のブロックテンプレートに有効な署名があるかどうかを確認し、それによってこれらのブロックテンプレートが実際にマイニングプールオペレータによって提供されているかどうかを判断できます。

第二に、第 2 世代の Stratum プロトコルの効率は第 1 世代よりも高くなります。その理由は、第 1 世代の Stratum プロトコル通信は人間が読めるテキスト (JSON) を介して行われるのに対し、第 2 世代の Stratum プロトコル通信はバイナリ (コンピューターが読めるコード) で行われるためです。モラベック氏は、プロトコル層自体でのデータ削減と組み合わせることで、マイニングプール運営者間で共有されるデータが 1/2～2/3 削減され、通信がより高速かつ安価になると述べた。

3 番目に、第 2 世代の Stratum プロトコルには、「多重化」メカニズムが組み込まれています。これは、マイナーが同じ接続上で独立した通信チャネルを持つことができることを意味し、マシン間で温度、チップ電圧、または電源の動作状況に関するデータを共有できるようになります。マイニング プールはこの情報に基づいて追加のサービスを提供したり、マイナーがこの情報を他のサービスやサーバーと共有したりできます。

4 番目に、第 2 世代の Stratum プロトコルでは、マイニング プールが次のブロックが何になるかを「推測」することもできます。新しいブロックが見つかるたびに、マイニング プールがどのトランザクションをブロックに含めるか、またどのトランザクションを次のブロックに含めることができないかを決定するのにしばらく時間がかかります。現在、多くのマイニング プールは、ブロックに二重支払いトランザクションが含まれていないことを確認するために、次のブロックをマイニングする前に数秒待機します (そうでない場合、ブロックは無効になります)。

第 2 世代の Stratum プロトコルを使用すると、マイニング プール オペレーター (または独自のトランザクションを選択するマイナー) は、すべての未確認トランザクションに基づいて、どのトランザクションが含まれるかを推測できます。最初の数秒で、有効な次のブロックと思われるもののマイニングを開始できます。この効率性の向上は、特にブロック補助金がブロック報酬のより小さな部分になり、最終的に取引手数料に置き換えられるため、マイナーに利益をもたらす可能性があります。

改善すべき点

最後に、Braiins チームは、第 2 世代の Stratum プロトコルにはまだ発表されていない改良がいくつかあると述べました。同社には稼働中のプロトタイプがあるものの、プロトコルの仕様はまだ確定していない。

「私たちは今、フィードバックを集め、社内で提案を最終決定し、ビットコイン改善提案（BIP）を公開したいと考えています。それがまた議論のきっかけになると思います…その間、私たちはStratumプロトコルの第2世代をSlushPoolに導入し、Brains OSのベータ版の一部としてリリースします。そして、誰もが参加できるようにできるだけ早く実装しています」とモラベック氏は語った。