ASIC 矿机中心化太严重？我们设计了一种对抗“矿霸”的算法

编者按：本文来自QuarkChain，作者：QuarkChain团队，星球日报经授权转载。

我们写作这篇文章的目的，主要是想通过展示我们关于这个主题的一些初步想法，来和同行进行讨论，欢迎大家提意见。动机

众所周知，比特币挖矿主要是由是由ASIC矿机来完成的。这是因为ASIC设备的效率比普通CPU高1000多倍。由于高性能ASIC的制造被掌控在少数几个厂商手中，这引起了人们对于挖矿中心化的担忧。因此，开发者们提出了几种抵抗ASIC优化的算法，其中包括：Ethhash、CyptoNight和Equihash。但不幸的是，市场上还是出现了一些针对以上算法进行ASIC优化的矿机，它们声称比CPU或者显卡挖矿显著的提高了效率。在这些算法中，Ethash可能是被ASIC优化后效率增益最小的一种。Ethash算法的核心思想是通过执行内存密集型操作而取代计算密集型操作。这样内存的读取性能成为哈希算法的瓶颈，从而限制ASIC的优化效果。如果假设定制开发的硬件很难提高内存的读取速度，则通过ASIC对Ethash算法进行优化获得的性能增益应该非常有限。基于顺序统计的哈希算法的想法

Oasis Network已在Sapphire主网上集成Celer链间消息传递桥:6月9日消息，隐私计算网络 Oasis Network 发文称，已在 Oasis Sapphire 主网上集成 Celer Network 的链间消息传递（Interchain Messaging）桥 ，任何 EVM 网络上的应用程序都可使用 Sapphire 的保密功能，开发者可以构建具有可定制机密状态的基于 EVM 的 dApp。[2023/6/10 21:27:30]

在Ethash算法的启发下，我们提出一种新的算法，旨在通过限制ASIC的并行计算能力，从另一个方面来抵抗ASIC对挖矿效率的提升。先让我们看看ASIC的优化是如何工作的。一组固定指令实际上可以被分解成一个电路流水线，因此每个时钟周期，ASIC可以同时求解多个输入值的哈希值。例如，a+b+c+d的指令可以被流水线化，使得每个运算周期可以同时计算3个不同的输入：1,a0+b0；2,b1+c1；3,c2+d2可以在ASIC中建立多个电路逻辑，同时并发的计算多个指令。例如，上文的a+b+c+d指令可以被设计为(a+b)+(c+d)，将在2个周期中完成计算。目前，这种流水线化的思想还被广泛地应用于诸如x86之类的现代处理器中，这些x86中具有分支预测器和流水线微处理器。一种避免处理器计算流水线的方法是执行多个if-then-else命令，然后在不同的分支上执行不同的代码路径，这使得流水线和分支预测变得很难。为了打破执行过程的并发性，我们可以考虑采用于状态依赖的思路——任何未来的指令都依赖于当前状态，而这种状态可以频繁地被改变，这意味着我们不能预先执行未来的指令。基于顺序统计的哈希算法

英国首相任命Kwasi Kwarteng为下任财政部长:金色财经消息，英国首相Liz Truss任命Kwasi Kwarteng为该国下一任财政部长，前财政部长Rishi Sunak曾计划在7月辞去政府职务之前将该国变成一个加密货币中心。目前尚不清楚Kwarteng在多大程度上支持Sunak对该国的加密愿景。然而，在2021年6月的一份报告中，Kwarteng的部门将区块链系统确定为“将在未来改变我们经济的七大技术”之一。7月，他之前的部门宣布设立5300万英镑（6130万美元）的基金，用于支持技术创新，包括在供应链中使用区块链。（CoinDesk）[2022/9/7 13:13:02]

在本节中，我们将介绍我们提出的顺序统计哈希算法。该算法试图打破流水线，使代码的执行路径变得更加随机。在介绍这种新算法之前，让我们重新回顾一下Ethash算法的核心内容，看看Ethash是如何生成一个哈希值的：Input:-state:128-bytestate-datablock:anarrayoflargeamountofdata,eachdatais64bytes-H(x,y):afasthashalgorithm,xandyhasthesamesize,returnthehashvaluewiththesamesizeasx-R(x):returnan32-bitrandomintegerderivedfromxAlgorithm:foriinrange(64):p=R(state)%(len(datablock)-1)newdata=,datablock]state=H(state,newdata)returnstateOshash算法的初步方案如下：Input:-state:128-bytestate-datablock:anlongarraywitheachentrybeing8bytes-H(x,y):afasthashalgorithm,xandyhasthesamesize,returnthehashvaluewiththesamesizeasx-R(x):returnan64-bitrandomintegerderivedfromxAlgorithm:foriinrange(64):p=R(state)%len(datablock)newdata=forjinrange(128/8):newdata=newdata.add(datablock.find_by_order(p))#Removethepthsmallestelementfromdatablockdatablock.remove_by_order(p)#Addarandomdatatothedatablock,e.g.,#datablock.insert(R(]))#Findthenextindex,e.g.,#p=R()%len(datablock)state=H(state,newdata)returnstateOshash算法与Ethash的关键差异如下：原算法是根据随机索引数p去寻值，而新算法根据第p位的最小值去寻值。在读取了datablock变量中的一个数据后，该数值将被删除，新的随机数值值将被插入到datablock中。由于datablock是一个支持有序数据查找的动态列表，因此datablock的有效实现方式可以是一棵具有顺序统计的动态搜索树。想要使用流水线来加速树的删除/插入操作是困难的，因为树的执行路径是随机的，并且高度依赖于随机输入量。CPU和FPGA实现的性能比较

Osasion欧赛正式启动针对行业监管要求的合规化工作:据Osasion欧赛最新消息，为应对当前行业监管要求和合规化监管导向，Osasion欧赛正式启动针对行业监管要求的合规化工作，推进2.0白皮书稳定币UORA核心部分去中心化技术突破性进程。UORA属于Osasion公链的稳定币，目前，根据国际货币基金组织（IMF）和美国证券交易委员会（SEC）等监管端和风险端关于数字货币和证券的相关规定和要求，Osasion将暂停UORA在六个（安排待上线中的两个）中心化交易所以及待安排上线去中心化DEX的交易的工作进程，主动进行技术、法务和政策的合规化自检自查，以贴合原规划中去中心化的范社区设计，以部署新的去中心化交易通道的发展需求，同时应对Osasion二期发展中不同的合作方提出的更高的监管要求，主动提高自身合规建设以寻求去中心化的主流生态的合作和认可。[2021/8/2 1:29:37]

我们将对比CPU和FPGA的实现对动态搜索树进行插入/删除操作性能，来初步验证以上思路是否成立。实验中，我们使用具有以下配置的CPU，CPU的代码可以在这里找到：CPU型号:Inteli7-7700KOS操作系统:Ubuntu16.04LTS编译器:g++5.4.0编译命令:g++-O3-std=gnu++17线程数:1键值数:64K键值类型:unsigned64-bitrandomintegers性能结果：FPGA：每秒执行397万个插入/删除操作CPU：每秒执行446万个插入/删除操作几点补充说明跟FPGA实现的搜索性能比较，FPGA实现的插入/删除操作的性能要低得多，这是因为每个插入/删除操作需要更多的执行周期，而每个搜索任务可以在一个周期中完成。实验中，FPGA的性能是根据Virtex5LX330FPGA测算的，该FPGA可能已经过时了。如果采用最新的FPGA，性能可能会提升一些。CPU的性能是根据单线程/单核测算的，如果使用多线程/多核，性能可能会更高。本测算中CPU中的键值大小是64位，FPGA中的是32位。参考文献https://github.com/ifdefelse/ProgPOWBranchpreditor,Wikipedia,https://en.wikipedia.org/wiki/Branch_predictorYang,Y-H.E.andPrasanna,V.K.,HighThroughputandLargeCapacityPipelinedDynamicSearchTreeonFPGA,18thAnnualACM/SIGDAInt.Symp.onFieldProgrammableGateArrays,2010

Osasion欧赛公布阶段性项目进程：NUT-2912扩容协议将于下半年进行链上部署:据F.VOB社区联合基金会消息，Osasion欧赛于近期公布项目阶段性发展路线，具体内容包括：

1.Osasion欧赛钱包端版本更新和性能优化；

2.区块链浏览器的全面优化；

3.Osasion欧赛专属NUT-2912扩容协议部署；

4.引入生态端DAPP智能合约。

其中备受关注的是基于链上扩容技术的NUT-2912协议，简称坚果协议。此协议基于公链底层上异构分层设计，其拓展性和扩容的能力，将得到数百倍提升，满足未来生态运用的合约层调用。消息公布后，Osasion欧赛节点激活数单日增长量达400多个。日均交易笔数链上维持活跃增长态势，区块同步节点触及二次分配，本次参与分配的合格区块同步节点达118个，平均每个区块同步节点获得8.48453377枚AUC。[2021/4/27 21:03:45]

比特大陆或推出以太坊挖矿专用ASIC芯片:据外媒Barron报道，比特大陆可能会在未来推出以太坊挖矿专用的ASIC芯片。RBC Capital分析师Mitch Steves认为，以太坊的价格从2017年初的10美元上涨到现在的接近900美元，出现专属挖矿芯片的可能性远高于一年前。如果比特大陆推出以太坊挖矿专用芯片，挖矿效率会远胜GPU。[2018/2/22]

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