比特幣挖礦原理
比特幣的區塊頭，共含6個字段，如下：
int32_t nVersion，4字節，版本號，一般固定不變，僅在升級時改變。
uint256 hashPrevBlock，32字節，前一個區塊的區塊頭哈希，由前一個區塊決定。
uint256 hashMerkleRoot，32字節，包含進區塊的所有交易構造的Merkle根，調整區塊中的交易次序、增刪交易、或修改Coinbase交易時改變。
uint32_t nTime，4字節，時間戳，後一個區塊時間略早於前一個區塊是被允許的，但必須在合理的時間區間，一般會直接使用機器當前時間戳。
uint32_t nBits，4字節，挖礦難度，由全網決定，每2016個區塊按算法重新調整。
uint32_t nNonce，4字節，隨機數，提供2^32種取值。即4,294,967,296。
其中nVersion、hashPrevBlock、nBits是固定的，其他hashMerkleRoot、nTime、nNonce爲可變的。
比特幣挖礦原理即，不斷變更區塊頭中的可變值，使得對區塊頭做雙重SHA256哈希，結果小於挖礦難度目標值。即：
SHA256D(BlockHeader) < F(nBits)
其中SHA256D(BlockHeader)即對區塊頭做雙重SHA256哈希，F(nBits)即按nBits計算的難度目標值。
算力的表示
1 H/S = 每秒一次運算
1 KH/S = 1000 H/S，即每秒1千次運算
1 MH/S = 1000 KH/S，即每秒100萬次運算
1 GH/S = 1000 MH/S，即每秒10億次運算
1 TH/S = 1000 GH/S，即每秒1萬億次運算
1 PH/S = 1000 TH/S，即每秒1000萬億次運算
1 EH/S = 1000 PH/S，即每秒100萬萬億次運算
CPU挖礦原理
CPU挖礦，即利用RPC接口setgenerate控制挖礦。
控制檯輸入setgenerate true 2，即開始挖礦，後邊的數字表示代表的挖礦線程數，當然前提先完成同步數據。
由於單CPU運算SHA256D算力約爲2 MH/S，因此nNonce提供的4字節搜索空間完全夠用，即支持4G種取值。
GPU挖礦原理
GPU運算SHA256D算力約爲200M-1G，nNonce提供4G搜索空間，如果僅調整nNonce取值，可以支持4秒左右。因此可以調整nTime，每調整一次nTime，可以繼續挖礦4秒。
GPU挖礦使用GETWORK協議，即挖礦程序和節點分離，也即挖礦部件與區塊鏈數據分離。GPU挖礦時代，使用GETWORK協議，使得挖礦程序與節點交互。
核心思路爲：節點構造區塊，將區塊頭數據交給挖礦程序，挖礦程序遍歷nNonce進行挖礦。驗證合格交付給節點，節點提取nNonce和nTime驗證區塊，如果符合要求即向全網廣播。遍歷結束將調用GETWORK，節點構造新區塊，然後重複上述過程。
GPU經典挖礦驅動爲cgminer，源碼爲https://github.com/ckolivas/cgminer。
GPU挖礦缺陷：GETWORK協議給挖礦程序提供的搜索空間爲4G，結束後需再次調用GETWORK RPC接口。礦機出現後，礦機算力已達10 TH/S，繼續使用GETWORK協議將頻繁調用RPC接口，顯然不太合適。因此需轉向更高效的getblocktemplate協議。
礦池挖礦原理
礦工通過getblocktemplate協議與節點交互，或礦池採用stratum協議與礦工交互，即爲礦池的兩種典型搭建模式。
與getwork相比，getblocktemplate協議讓礦工自行構造區塊，因此使得節點與挖礦完全分離。礦工拿到一系列數據後，開始挖礦：
1、構建coinbase交易。
2、coinbase交易放在交易列表之前，構建hashMerkleRoot。因coinbase、以及交易次序均可調整，因此hashMerkleRoot空間可以認爲無限大。因此getblocktemplate協議也使礦工獲得了巨大的搜索空間。
3、構建區塊頭。
4、挖礦，即礦工可以在nNonce、nTime、hashMerkleRoot提供的搜索空間中涉及任意的挖礦策略。
5、上交數據，如果挖礦成功即提交給節點，由節點驗證並廣播。
getblocktemplate協議的問題：
1、礦工通過HTTP方式調用RPC接口向節點申請挖礦數據，因此網絡中最新區塊變動無法告知礦工，造成算力浪費。
2、每次調用getblocktemplate，節點都會返回1.5M左右數據，因頻繁交互將因此增加大量成本。
Stratum協議將解決上述問題。
Stratum協議
Stratum協議，採用主動分配任務的方式，也即礦池任何時候都可以給礦工分派任務。對於礦工，如收到新任務，將無條件轉向新任務。另外礦工也可以向礦池申請新任務。
最核心問題爲，如何使得礦工獲得更大的搜索空間。如果僅礦工僅可改變nNonce和nTime，交互數據少但搜索空間不足。如果允許礦工構造coinbase，搜索空間大但代價是需要將所有交易交給礦工，因此對礦池帶寬要求較高。
Stratum協議巧妙解決了這個問題。即：基於Merkler樹的原理，無需將全部交易發給礦工，只需將構造hashMerkleroot所需的少數幾個節點交給礦工即可。同時將構造coinbase所需信息交給礦工，礦工可基於少數信息構造hashMerkleroot。照此方式，如果包含N筆交易，僅需將log2(N)個hash值交給礦工。因此可大大降低交互的數據量。
礦池的核心即給礦工分派任務，統計工作量並分發收益。礦池可以將區塊難度分成更小的任務發給礦工，礦工完成任務提交礦池。如果全網區塊難度要求前70位爲0，那麼礦池可以給礦工分派難度爲前30位0的任務，礦池再判斷是否碰巧前70位都爲0。
幾個開源礦池：
PHP-MPOS：https://github.com/MPOS/php-mpos
node-open-mining-portal：https://github.com/zone117x/node-open-mining-portal
Powerpool：https://github.com/sigwo/powerpool
混合挖礦
混合挖礦，即某種幣的挖礦掛靠在另一種幣的鏈條上。輔鏈需要做針對性設計（如域名幣和狗狗幣）。混合挖礦，使用AuxPOW協議實現。AuxPOW的實現得益於比特幣Coinbase的輸入字段。
經典的PoW區塊，規定符合要求才算合格的區塊。AuxPOW協議附加兩個要求：
1、輔鏈區塊的hash值必須內置於父鏈區塊的Coinbase裏。
2、父鏈區塊的難度比較符合輔鏈的難度要求。
一般來說，父鏈的算力比較輔鏈大，滿足父鏈難度要求的區塊一定滿足輔鏈的難度要求。因此過去很多達不到父鏈難度要求的區塊，可以達到輔鏈難度，可以在輔鏈獲得收益。
ASIC礦機
FPGA，Field-Programmable Gate Array，譯爲現場可編程門陣列。是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎上進一步發展的產物。是作爲專用集成電路(ASIC)領域中的一種半定製電路而出現的，既解決了定製電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數有限的缺點。能用FPGA實現各種AISC、DSP和單片機。FPGA作爲挖礦硬件，對於ASIC來說屬於必然的過度技術。
ASIC，Application Specific Integrated Circuits，即專用集成電路。是指應特定用戶要求和特定電子系統的需要而設計、製造的集成電路。
參考文章
區塊鏈核心技術演進之路——挖礦演進
#比特幣挖礦part1# 挖礦算法
#比特幣挖礦part2# 礦池協議
比特幣挖礦機在中國的前世今生，礦機發展歷程完整簡史
三天就回本？起底比特幣礦機逆天發展史
比特幣礦機：什麼是ASIC礦機