更多人可以參與記賬，Ulord公鏈CryptoHello算法踐行去中心化

為什么ASIC讓大家又愛(ài)又恨，這要從比特幣挖礦設(shè)備的幾次革新和區(qū)塊鏈的初衷談起，記賬設(shè)備的發(fā)展經(jīng)歷了三代，CPU、GPU、FPGA和ASIC。在介紹CryptoHello算法之前，我們先簡(jiǎn)要熟悉一下各代裝備的一些基本情況，便于大家對(duì)整個(gè)挖礦生態(tài)圈發(fā)展演變有一個(gè)更加清晰地認(rèn)識(shí)。(文：Cyber Kuber)

挖礦裝備發(fā)展簡(jiǎn)介

第一代裝備，CPU，2009年中本聰發(fā)布的比特幣系統(tǒng)采用普通臺(tái)式機(jī)的CPU進(jìn)行記賬。中本聰設(shè)計(jì)比特幣挖礦的初衷是人人都可以參與記賬，把記賬門(mén)檻設(shè)得極低，算力去中心化的設(shè)想也是由那時(shí)開(kāi)始的，我們對(duì)比一下比特幣的去中心化思想與記賬的實(shí)施過(guò)程是完全統(tǒng)一的。但是，隨著比特幣的影響力不斷提升，價(jià)格不斷上漲，市場(chǎng)開(kāi)始思考如何能在這場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)記賬的過(guò)程中得到更多的利益，于是記賬裝備在悄然升級(jí)。

第二代裝備GPU， GPU對(duì)很多人來(lái)說(shuō)并不陌生，就是電腦必備的顯卡，在巨大需求的牽引下，2011開(kāi)始出現(xiàn)并取代CPU進(jìn)行挖礦。與CPU相比，GPU速度提高很多。發(fā)展到GPU挖礦階段，比特幣已經(jīng)慢慢顯現(xiàn)出不對(duì)等的跡象，隨著GPU需求的不斷增加，GPU的價(jià)格也水漲船高，與CPU時(shí)代的公平性相比，門(mén)檻已經(jīng)提高了太多。

第三代裝備FPGA和ASIC，F(xiàn)PGA即現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列，它的優(yōu)勢(shì)在于可編程性，為降低設(shè)計(jì)成本提供了可行方案。相比電腦CPU、GPU，F(xiàn)PGA挖礦的時(shí)代特別短暫，僅存大概半年時(shí)間。因?yàn)樗亲鳛閷Ｓ眉呻娐?ASIC)領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，它可以看成ASIC芯片測(cè)試方案。與同一時(shí)期的GPU相比，F(xiàn)PGA的性能價(jià)格差不多，但功耗比較低是它的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

在2012年，F(xiàn)PGA流行了半年左右，下半年基于FPGA的專用ASIC芯片開(kāi)始試制，如南瓜張，深圳烤貓等。ASIC專用集成電路，執(zhí)行速度較FPGA快，而且是量身定制，可以省去FPGA多余的邏輯實(shí)現(xiàn)，所以成本較FPGA低。FPGA和ASIC兩種挖礦設(shè)備的實(shí)現(xiàn)形式有很多相似的地方，F(xiàn)PGA更通用，而ASIC更體現(xiàn)專門(mén)定制。下圖是南瓜張110nm工藝的第一代阿瓦隆芯片。

業(yè)內(nèi)反ASIC化的一些探索

可以看到，隨著制作工藝的不斷提升，比特幣挖礦已經(jīng)逐步進(jìn)入恐怖的軍備競(jìng)賽，挖礦變得越來(lái)越專業(yè)，大眾已經(jīng)很難參與進(jìn)來(lái)。這一現(xiàn)狀的導(dǎo)致挖礦行業(yè)日趨中心化，與中本聰最開(kāi)始設(shè)計(jì)比特幣的理念相違背了。

當(dāng)然在礦業(yè)中心化的過(guò)程中，一些倡導(dǎo)全民參與的團(tuán)隊(duì)也為阻止情況的惡化做出自己的努力與探索。2013年上半年，萊特幣憑借抵抗專業(yè)ASIC礦機(jī)的scrypt算法引爆了市場(chǎng)。但事實(shí)上，scrypt算法(相似的還如Memorycoin ，Litecoin，Yacoin)用大內(nèi)存需求來(lái)抵抗ASIC化的效果沒(méi)有達(dá)到市場(chǎng)的預(yù)期，隨著 LTC單價(jià)的上漲，年底LTC的ASIC芯片便被設(shè)計(jì)出來(lái)。再如達(dá)世幣的X11算法等等，串聯(lián)算法設(shè)計(jì)思路企圖阻止被ASIC化是無(wú)力的，只要幣值達(dá)到支持礦機(jī)硬件的投入，在技術(shù)上可行的方案就會(huì)被提出并付諸生產(chǎn)。

CryptoHello算法介紹

倡導(dǎo)去中心的區(qū)塊鏈?zhǔn)欠裾娴囊粤硪环N中心化的方式出現(xiàn)?正在我們感到迷茫的時(shí)候，有一個(gè)算法進(jìn)入了我們的視野，那就是今天的主角CryptoHello算法，理論上講，制造出這種算法的ASIC，成本投入非常大，它的出現(xiàn)給被中心化陰霾所籠罩的礦業(yè)帶來(lái)了一線生機(jī)。

CryptoHello算法借鑒了存儲(chǔ)器難(Memory-Hard)工作量證明算法的設(shè)計(jì)思路，結(jié)合CPU、GPU、ASIC等體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，并針對(duì)CPU體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。該方法分為三個(gè)階段：使用偽隨機(jī)序列初始化工作存儲(chǔ)器、修改工作存儲(chǔ)器和根據(jù)工作存儲(chǔ)器內(nèi)容產(chǎn)生最后結(jié)果。如下圖所示：

1、初始化工作存儲(chǔ)器

使用SHA3函數(shù)對(duì)輸入進(jìn)行計(jì)算，初始化線性同余偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器種子。以K塊(每塊32字節(jié))為單位連續(xù)填充工作存儲(chǔ)器，其中前K-1塊由偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生，最后1塊是根據(jù)前面填充的內(nèi)容隨機(jī)選擇散列函數(shù)族(16種不同散列函數(shù))中的一種填充，并更新隨機(jī)數(shù)發(fā)生器種子。如下圖所示：

2、修改存儲(chǔ)器

首先基于工作存儲(chǔ)器的最后一塊內(nèi)容使用SHA3函數(shù)產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)發(fā)生器種子，并初始化長(zhǎng)度為L(zhǎng)字節(jié)的狀態(tài)變量。隨后進(jìn)行C次主循環(huán)，在每次主循環(huán)中，將進(jìn)行64L次子循環(huán)。在子循環(huán)中，都將由隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生一對(duì)地址，對(duì)工作存儲(chǔ)器中這兩個(gè)地址的字節(jié)數(shù)據(jù)和狀態(tài)向量中的字節(jié)數(shù)據(jù)，使用異或方法相互融合和交換，以更新存儲(chǔ)器的內(nèi)容和狀態(tài)向量?jī)?nèi)容。在子循環(huán)結(jié)束后，將使用散列函數(shù)族的函數(shù)更新?tīng)顟B(tài)向量和重新初始化隨機(jī)數(shù)發(fā)生器種子。按照現(xiàn)有的參數(shù)設(shè)計(jì)，將修改工作存儲(chǔ)器四分之一的內(nèi)容。

3、結(jié)果產(chǎn)生

該步的主要目的是快速地基于存儲(chǔ)器M的內(nèi)容產(chǎn)生最后結(jié)果，將連續(xù)異或隨機(jī)存儲(chǔ)器中d個(gè)塊的內(nèi)容(d是依賴于上次單向函數(shù)結(jié)果)，使用散列函數(shù)族更新?tīng)顟B(tài)向量，并重新計(jì)算d，直至工作存儲(chǔ)器的最后一塊。最后使用SHA3函數(shù)形成最終結(jié)果。第二、三步如下圖:

CryptoHello算法的設(shè)計(jì)對(duì)GPU和ASIC的“不友好”十分明顯，首先，工作存儲(chǔ)器容量選擇面向CPU的Cache容量?jī)?yōu)化，而對(duì)于GPU或者ASIC則難以滿足同時(shí)執(zhí)行大量工作量證明算法的存儲(chǔ)器容量需求;其次，該算法通過(guò)兩種方式限制并行效率，其一是使用16種散列函數(shù)構(gòu)成的散列函數(shù)族，并從中隨機(jī)選擇執(zhí)行，其二是在修改工作存儲(chǔ)器階段使用嚴(yán)格串行的執(zhí)行序列，而且以字節(jié)為單位訪問(wèn);最后，整個(gè)方案控制邏輯復(fù)雜，所需存儲(chǔ)器容量大，內(nèi)存訪問(wèn)地址不規(guī)則，難以使用傳統(tǒng)堆疊大量加速部件模塊的方法實(shí)現(xiàn)ASIC。

CryptoHello算法是由Ulord(優(yōu)壹)團(tuán)隊(duì)在Ulord點(diǎn)對(duì)點(diǎn)價(jià)值傳遞公鏈中首先采用的，目的是通過(guò)算法來(lái)限制礦業(yè)的中心化，體現(xiàn)了研發(fā)團(tuán)隊(duì)開(kāi)放自由、倡導(dǎo)公平、尊重創(chuàng)造的價(jià)值理念。雖然CryptoHello算法在限制算法ASIC方面“煞費(fèi)苦心”，但硬件的發(fā)展和市場(chǎng)的需求息息相關(guān)，隨著Ulord市值的不斷上漲，CryptoHello算法能否經(jīng)得住考驗(yàn)，讓我們拭目以待!

2018年5月22日，以“科技匠心、U你共創(chuàng)”為主題的Ulord公鏈發(fā)布會(huì)在北京釣魚(yú)臺(tái)國(guó)賓館隆重舉行，國(guó)務(wù)院發(fā)展研究中心原副主任侯云春、文化部原副部長(zhǎng)潘震宙、中國(guó)工程院院士劉韻潔、國(guó)防科大計(jì)算機(jī)學(xué)院原政委劉喬一、國(guó)家級(jí)長(zhǎng)沙經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)黨工委委員常利民、了得資本創(chuàng)始人易理華、韓國(guó)綜合娛樂(lè)傳媒公司THE E&M CEO南锝鉉等學(xué)者、投資人、合作伙伴和嘉賓出席并發(fā)表演講。

Ulord CEO譚林博士表示，Ulord公鏈?zhǔn)且粋€(gè)開(kāi)放共享、安全可靠的內(nèi)容領(lǐng)域底層操作系統(tǒng)，是一套區(qū)塊鏈底層架構(gòu)和數(shù)字資源分發(fā)協(xié)議。基于Ulord，第三方開(kāi)發(fā)者可以創(chuàng)建各類區(qū)塊鏈應(yīng)用，比如社交工具、視頻直播、原創(chuàng)內(nèi)容平臺(tái)乃至電商服務(wù)。從而共同構(gòu)建區(qū)塊鏈技術(shù)與應(yīng)用的完整生態(tài)，真正實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈技術(shù)的價(jià)值共享。

(作者：Cyber Kuber)

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