更多人可以參與記賬，Ulord公鏈CryptoHello算法踐行去中心化

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為什么ASIC讓大家又愛又恨，這要從比特幣挖礦設備的幾次革新和區(qū)塊鏈的初衷談起，記賬設備的發(fā)展經歷了三代，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，把記賬門檻設得極低，算力去中心化的設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)，大眾已經很難參與進來。這一現(xiàn)狀的導致挖礦行業(yè)日趨中心化，與中本聰最開始設計比特幣的理念相違背了。

當然在礦業(yè)中心化的過程中，一些倡導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)用大內存需求來抵抗ASIC化的效果沒有達到市場的預期，隨著 LTC單價的上漲，年底LTC的ASIC芯片便被設計出來。再如達世幣的X11算法等等，串聯(lián)算法設計思路企圖阻止被ASIC化是無力的，只要幣值達到支持礦機硬件的投入，在技術上可行的方案就會被提出并付諸生產。

CryptoHello算法介紹

倡導去中心的區(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計思路，結合CPU、GPU、ASIC等體系結構的特點，并針對CPU體系結構進行優(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工作存儲器內容產生最后結果。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)生器產生，最后1塊是根據前面填充的內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容使用SHA3函數(shù)產生隨機數(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)生器產生一對地址，對工作存儲器中這兩個地址的字節(jié)數(shù)據和狀態(tài)向量中的字節(jié)數(shù)據，使用異或方法相互融合和交換，以更新存儲器的內容和狀態(tài)向量內容。在子循環(huán)結束后，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)設計，將修改工作存儲器四分之一的內容。

3、結果產生

該步的主要目的是快速地基于存儲器M的內容產生最后結果，將連續(xù)異或隨機存儲器中d個塊的內容(d是依賴于上次單向函數(shù)結果)，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)形成最終結果。第二、三步如下圖:

CryptoHello算法的設計對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雜，所需存儲器容量大，內存訪問地址不規(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，隨著Ulord市值的不斷上漲，CryptoHello算法能否經得住考驗，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、國防科大計算機學院原政委劉喬一、國家級長沙經濟技術開發(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、安全可靠的內容領域底層操作系統(tǒng)，是一套區(qū)塊鏈底層架構和數(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)塊鏈應用，比如社交工具、視頻直播、原創(chuàng)內容平臺乃至電商服務。從而共同構建區(qū)塊鏈技術與應用的完整生態(tài)，真正實現(xiàn)區(qū)塊鏈技術的價值共享。

(作者：Cyber Kuber)

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