挖矿简介
挖矿这个词源于对加密货币与黄金的类比。黄金或贵金属很稀有，电子代币也是，增加总量的唯一方法就是挖矿。以太坊也是这样，发行的唯一办法就是挖矿。但是不像其他例子，挖矿也是通过在区块链中创建、验证、发行和传播区块来保护网络的方法。
挖以太币=保护网络=验证计算
什么是挖矿？
以太坊，和所有区块链技术一样，使用激励驱动的安全模式。共识基于选择具有最高总难度的区块。矿工创造区块，其他人检测有效性。区块只有在包含特定难度的工作量时才有效，还有其他合格性条件。请注意到以太坊Serenity里程碑，可能就会被取代（参考权益证明模型）。
以太坊区块链在很多方面与比特币区块链类似，但也有些不同。在区块链架构方面，以太坊和比特币之间最主要的的区别是，不像比特币，以太坊区块不仅包含交易列表也包含最近状态（merkle patricia特里结构的根散表编码在状态中更精确）除此之外，另外两个值，区块数和难度，也储存在区块中。
使用的工作量证明算法叫Ethash（Dagger-Hashimoto算法的改良版本），包括找到算法的随机数输入以使结果低于特定的难度阈值。工作量证明算法的意义在于，要找到这样一个随机数，没有比列举可能性更好的策略，而解决方法的验证琐碎又廉价。由于输出有均匀分布（是散表功能应用的结果），我们可以保证，平均而言，需要找到这样一个随机数的时间取决于难度阈值。这使得只通过操纵难度来控制找到新区块的时间成为可能。
正如协议中所描述的，难度动态调整的方式是每15秒整个网络会产生一个区块。我们说网络用15秒区块时间生产一个区块链。这个“心跳”基本上主要强调系统状态同步，保证不可能维持一个分叉（允许double spend）或被恶意分子重写历史，除非攻击者有半数以上的网络挖矿能力（即所谓的51%攻击）。
任何参与到网络的节点都可能是矿工，预期的挖矿收益和他们的（相对）挖矿能力或者说成正比，比如被网络总散表率标准化的，每秒尝试的随机数数量。
Ethash工作量证明是内存难解的，这使它能抵抗ASIC。内存难解性由工作量证明算法实现，需要选择依靠随机数和区块标题的固定资源的子集合。这个资源（几十亿字节大小的数据）叫做DAG。每3000个区块的DAG完全不同，125小时的窗口叫做epoch（大约5.2天），需要一点时间来生成。由于DAG只由区块高度决定，它可以被事先生成，如果没有被事先生成，客户端需要等到进程最后来生产区块。如果客户端没有预生成并提前缓存DAG，网络可能会在每个epoch过渡经历大规模区块延迟。注意不必要生成DAG以验证工作量证明，它可以在低CPU和小内存的状态下被验证。
在特殊情况下，从零开始创建节点的时候，只有在为现存epoch创建DAG的时候才会开始挖矿。
挖矿奖励
获奖区块的成功工作量证明矿工会获得：
- “获胜”区块的静态区块奖，包含5.0（5个）以太币
- 区块内支出的gas成本 — 一定数量的以太币，取决于当前gas价格
- 叔伯块的额外奖励，形式是每个叔伯块包含额外的1/32
在区块中执行所有交易所消费的、由获胜矿工提交的gas都由每个交易的发送者支付。已发生的gas成本归到矿工账户作为共识协议的一部分。随着时间变化，这会使数据区块奖变得矮小。
叔伯块是稳定的区块，比如说，和包含先前区块（最多回6个区块）的父区块。有效的叔伯块会受到奖励以中和网络滞后给挖矿奖励带来的影响，因而提升安全性（这叫做GHOST协议）。叔伯块由成功工作量证明矿工形成的区块中所包含的叔伯块接收7/8的数据区块奖励（=4.375以太币）。每个区块最多允许2个叔伯块。
- reddit上的叔伯块ELI5
- 解释叔伯块的分论坛
挖矿的成功取决于设定的区块难度。区块难度动态调整每个区块，以规定网络散列能力来创造12秒区块时间。找到区块的机会因此由与难度相关的散列率产生。
Ethash DAG
Ethash将DAG（有向非循环图）用于工作量证明算法，这是为每个epoch生成，例如，每3000个区块（125个小时，大约5.2天）。DAG要花很长时间生成。如果客户端只是按需要生成它，那么在找到新epoch第一个区块之前，每个epoch过渡都要等待很长时间。然而，DAG只取决于区块数量，所以可以预先计算来避免在每个epoch过渡过长的等待时间。Geth和ethminer执行自动的DAG生成，每次维持2个DAG以便epoch过渡流畅。挖矿从控制台操控的时候，自动DAG生成会被打开和关闭。如果geth用—mine选项启动的时候，也会默认打开。注意客户端分享DAG资源，如果你运行任何客户端的多个实例，确保自动的DAG生成只在一个实例中打开。
为任意epoch生成DAG：
geth makedag <block number> <outputdir>
实例geth makedag 360000 ~/.ethash.。请注意ethash为DAG使用~/.ethash (Mac/Linux) 或~/AppData/Ethash (Windows)，这样它可以在不同的客户端实现以及多个运行实例中分享。
算法
我们的算法，Ethash（之前被称为Dagger-Hashimoto），是基于一个大的、瞬时的、任意生成的、形成DAG（Dagger-part）的资料组规定，尝试解决它一个特定的约束，部分通过区块标题散列来决定。
它被设计用于在一个只有慢CPU的环境中来散列快速验证时间，但在被提供大量高带宽内存时，为挖矿提供大量的加速。大量内存需求意味着大规模矿工获得相对少的超线性利益。高带宽需求意味着从堆在很多超速处理单元、分享同样内存的加速在每个单独的单元给出很少的利益（译者注：通过阻止专用芯片共享内存的方式，降低矿机的作用）。
没有节点验证的利益因而阻碍中心化，这在挖矿中很重要。
外部挖矿应用和以太坊工作规定和报送的后台程序之间的交流通过JSON-RPC API发生。提供两个RPC功能；eth_getWork和eth_submitWork。
这些被正式记录在JSON-RPC API维基百科文章的矿工条目下。
为了挖矿你需要一个完全同步的、能够挖矿的以太坊客户端和至少一个以太坊账户。这个账户用于发送挖矿奖励，通常被称为货币基或以太基。查看这个说明的“创建帐户”章节，学习如何创建帐户。
警告：开始挖矿前，确保区块链和主链完全同步，否则就不能在主链上挖矿。
设计目标
- 抵抗矿机（ASIC Resistance）。使用专门优化的芯片产生的挖矿优势应该尽可能的小，小到即使使用普通CPU挖矿也能产生收益。
- 轻客户端可验证。轻客户端应该有能力验证每一个块的真实性。目标是在普通桌面电脑上运行用C实现的验证算法，验证时间小于0.01秒，用Python或者Javascript小于0.1秒，使用内存不超过1MB。
挖矿算法
以太币(ether)的挖矿算法叫做Ethash, 又名Dashimoto (Dagger-Hashimoto)，是Hashimoto算法结合Dagger之后产成的一个变种。它的特点是挖矿的效率基本与CPU无关，却和内存大小和内存带宽正相关。对内存大小和带宽的要求意味着那些通过共享内存的方式大规模部署的矿机芯片并不能在挖矿效率上有线性或者超线性(super-linear)的增长。
接下来让我们看看Dashimoto的基本流程：
- 对于每一个块(block)，先计算出一个种子(seed)。种子的计算只依赖于当前块的信息，例如block number以及block headers。
- 使用种子产生32MB的伪随机数据集，称为cache。轻客户端需要保存cache。
- 基于cache再生成一个1GB大小的数据集，称为the DAG。这个数据集中的每一个元素都只依赖cache中的某几个元素，换句话说，只要有cache就可以快速计算出DAG中指定位置的元素。完整的可挖矿的客户端需要保存DAG。
- 挖矿可以概括为从DAG中随机选择元素然后对其进行hash的过程。验证的过程也是一样，只不过不是从DAG里面选择元素，而是基于cache计算得到指定位置的元素，然后验证这个元素集合的hash结果小于某个值。由于cache很小, 而且指定位置的DAG元素很容易计算，因此验证过程只需要普通CPU和普通内存即可完成。
- cache和DAG每一个周期更新一次，一个周期的长度是1000个块。也就是说这1000个块产生的cache和DAG是完全一样的，因此挖矿的主要工作在于从DAG中读取数据，而不是更新cache和DAG。DAG的大小随时间的推移线性增长，从1GB开始，每年增加大约7GB – 因此到2015年12月大约是8GB, 到2016年12月大约15GB。
注：以上步骤中的数字已经随着开发的推进有了调整，准确值请参考源代码。
挖矿软件
我们预计在上线之时将有至少两种挖矿方式：
- 使用Mist客户端(官方客户端实现，基于Go语言)进行CPU挖矿。
- 通过以太坊守护进程(eth daemon)和sgminer的组合进行GPU挖矿。守护进程和sgminer之前的数据通讯可以通过JSON-RPC API完成。目前有两个API和挖矿有关：eth_getWork以及eth_submitWork。