CryptoHello橫空出世，反Asic軍團再添一員虎將

為什么ASIC讓大家又愛又恨，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，我們先簡要熟悉一下各代裝備的一些基本情況，便于大家對整個挖礦生態(tài)圈發(fā)展演變有一個更加清晰地認識。(文：Cyber Kuber)

挖礦裝備發(fā)展簡介

第一代裝備，CPU，2009年中本聰發(fā)布的比特幣系統(tǒng)采用普通臺式機的CPU進行記賬。中本聰設(shè)計比特幣挖礦的初衷是人人都可以參與記賬，把記賬門檻設(shè)得極低，算力去中心化的設(shè)想也是由那時開始的，我們對比一下比特幣的去中心化思想與記賬的實施過程是完全統(tǒng)一的。但是，隨著比特幣的影響力不斷提升，價格不斷上漲，市場開始思考如何能在這場競爭記賬的過程中得到更多的利益，于是記賬裝備在悄然升級。

第二代裝備GPU， GPU對很多人來說并不陌生，就是電腦必備的顯卡，在巨大需求的牽引下，2011開始出現(xiàn)并取代CPU進行挖礦。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)出不對等的跡象，隨著GPU需求的不斷增加，GPU的價格也水漲船高，與CPU時代的公平性相比，門檻已經(jīng)提高了太多。

第三代裝備FPGA和ASIC，F(xiàn)PGA即現(xiàn)場可編程門陣列，它的優(yōu)勢在于可編程性，為降低設(shè)計成本提供了可行方案。相比電腦CPU、GPU，F(xiàn)PGA挖礦的時代特別短暫，僅存大概半年時間。因為它是作為專用集成電路(ASIC)領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，它可以看成ASIC芯片測試方案。與同一時期的GPU相比，F(xiàn)PGA的性能價格差不多，但功耗比較低是它的一個優(yōu)點。

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多余的邏輯實現(xiàn)，所以成本較FPGA低。FPGA和ASIC兩種挖礦設(shè)備的實現(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)逐步進入恐怖的軍備競賽，挖礦變得越來越專業(yè)，大眾已經(jīng)很難參與進來。這一現(xiàn)狀的導(dǎo)致挖礦行業(yè)日趨中心化，與中本聰最開始設(shè)計比特幣的理念相違背了。

當(dāng)然在礦業(yè)中心化的過程中，一些倡導(dǎo)全民參與的團隊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礦機的scrypt算法引爆了市場。但事實上，scrypt算法(相似的還如Memorycoin ，Litecoin，Yacoin)用大內(nèi)存需求來抵抗ASIC化的效果沒有達到市場的預(yù)期，隨著 LTC單價的上漲，年底LTC的ASIC芯片便被設(shè)計出來。再如達世幣的X11算法等等，串聯(lián)算法設(shè)計思路企圖阻止被ASIC化是無力的，只要幣值達到支持礦機硬件的投入，在技術(shù)上可行的方案就會被提出并付諸生產(chǎn)。

CryptoHello算法介紹

倡導(dǎo)去中心的區(qū)塊鏈是否真的要以另一種中心化的方式出現(xiàn)?正在我們感到迷茫的時候，有一個算法進入了我們的視野，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)帶來了一線生機。

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

1、初始化工作存儲器

使用SHA3函數(shù)對輸入進行計算，初始化線性同余偽隨機數(shù)發(fā)生器種子。以K塊(每塊32字節(jié))為單位連續(xù)填充工作存儲器，其中前K-1塊由偽隨機數(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，并更新隨機數(shù)發(fā)生器種子。如下圖所示：

2、修改存儲器

首先基于工作存儲器的最后一塊內(nèi)容使用SHA3函數(shù)產(chǎn)生隨機數(shù)發(fā)生器種子，并初始化長度為L字節(jié)的狀態(tài)變量。隨后進行C次主循環(huán)，在每次主循環(huán)中，將進行64L次子循環(huán)。在子循環(huán)中，都將由隨機數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生一對地址，對工作存儲器中這兩個地址的字節(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，以更新存儲器的內(nèi)容和狀態(tài)向量內(nèi)容。在子循環(huán)結(jié)束后，將使用散列函數(shù)族的函數(shù)更新狀態(tài)向量和重新初始化隨機數(shù)發(fā)生器種子。按照現(xiàn)有的參數(shù)設(shè)計，將修改工作存儲器四分之一的內(nèi)容。

3、結(jié)果產(chǎn)生

該步的主要目的是快速地基于存儲器M的內(nèi)容產(chǎn)生最后結(jié)果，將連續(xù)異或隨機存儲器中d個塊的內(nèi)容(d是依賴于上次單向函數(shù)結(jié)果)，使用散列函數(shù)族更新狀態(tài)向量，并重新計算d，直至工作存儲器的最后一塊。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)計對GPU和ASIC的“不友好”十分明顯，首先，工作存儲器容量選擇面向CPU的Cache容量優(yōu)化，而對于GPU或者ASIC則難以滿足同時執(zhí)行大量工作量證明算法的存儲器容量需求;其次，該算法通過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，并從中隨機選擇執(zhí)行，其二是在修改工作存儲器階段使用嚴格串行的執(zhí)行序列，而且以字節(jié)為單位訪問;最后，整個方案控制邏輯復(fù)雜，所需存儲器容量大，內(nèi)存訪問地址不規(guī)則，難以使用傳統(tǒng)堆疊大量加速部件模塊的方法實現(xiàn)ASIC。

CryptoHello算法是由Ulord(優(yōu)壹)團隊在Ulord點對點價值傳遞公鏈中首先采用的，目的是通過算法來限制礦業(yè)的中心化，體現(xiàn)了研發(fā)團隊開放自由、倡導(dǎo)公平、尊重創(chuàng)造的價值理念。雖然CryptoHello算法在限制算法ASIC方面“煞費苦心”，但硬件的發(fā)展和市場的需求息息相關(guān)，隨著Ulord市值的不斷上漲，CryptoHello算法能否經(jīng)得住考驗，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)布會在北京釣魚臺國賓館隆重舉行，國務(wù)院發(fā)展研究中心原副主任侯云春、文化部原副部長潘震宙、中國工程院院士劉韻潔、國防科大計算機學(xué)院原政委劉喬一、國家級長沙經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)黨工委委員常利民、了得資本創(chuàng)始人易理華、韓國綜合娛樂傳媒公司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公鏈是一個開放共享、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?；赨lord，第三方開發(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)，真正實現(xiàn)區(qū)塊鏈技術(shù)的價值共享。