ASI: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

加密货币技术公司DMG再购买1800台ASIC矿机:4月26日消息，区块链及加密货币技术公司DMG Blockchain Solutions，今天宣布又购买了1800台比特币ASIC矿机，使其总哈希率远远超过680 PH/s。据悉，这些矿机的交付预计将在2021年8月开始，并持续12个月。这些矿机的交付预计将在2021年8月开始，并持续到未来12个月。（Yahoo Finance）[2021/4/26 21:00:53]

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

Basis Cash动态铸币税阈值和债券发行上限提案正式生效:1月13日，算法稳定币项目Basis Cash官方宣布，BIP-5和BIP-6两项提案已部署，即动态铸币税阈值和债券发行上限现在已经生效，当前阈值为1.0402。[2021/1/13 16:02:19]

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

郭伟城：更多以太坊ASIC的矿机或将在2021年5月左右出现:12月21日，在鱼池直播间2020年末围炉活动中，熊猫矿机创始人郭伟城分享说，就目前的了解，国内大致有6个团队在做以太坊ASIC。因为ASIC成本并不低，去年没有太多以太坊矿机出现的最大原因是厂商不能负担成本，制造机器无利可图。但是按照目前的趋势，如果快的话，明年5月份左右会有新ASIC出现，但数量不会太大。明年的以太坊挖矿将会出现显卡、ASIC两大阵营。而以太坊矿机大多还无法很好对抗ProgPoW修改算法的风险，而显卡更具灵活性，也会有相应的残值，因此目前自己更倾向于购买显卡挖矿，可选择30系列等较高性能的显卡。[2020/12/22 16:01:48]

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

Cover Protocol已上线开源算法稳定币项目Basis Cash coverag:Cover Protocol发推表示，已上线开源算法稳定币项目Basis Cash coverag，使用yDAI作为抵押。[2020/11/30 22:35:11]

迪拜珠宝集团Al Kasir将首次运用区块链技术到钻石交易:迪拜Al Kasir珠宝集团宣布推出采用区块链技术的创新钻石交易模式。这是目前世界上第一个采用区块链交易的公司。Al Kasir集团创始人阿米特拉卡帕尔表示，Al Mas加密货币资产是首个基于区块链技术的钻石交易概念，它用数字货币为投资者提供便利，因为每个区块链资产都是与正宗天然钻石的价值挂钩。[2018/4/16]

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