为什么要构建抵制 ASIC 矿机的网络?

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比特币的核心属性就是工作量证明共识机制,该机制允许全世界的计算机网络基于一个共享历史达成共识。为了避免这个共识被单一实体控制,比特币网络通过挖矿让网络上的每一个人来共同维护网络安全性,并实现了网络去中心化,理论上也能抵制共谋等问题的出现。正如比特币白皮书中所说:“只要绝大多数
CPU
算力被节点控制,这些节点也没有合作攻击网络,他们就会生成最长链,并超过攻击者。”在比特币白皮书中,中本聪(Satoshi
Nakamoto)把工作量证明算法表述为“一CPU一票”(one-CPU-one-vote),最长链代表了网络的大多数决定。在
51%
攻击的时候,攻击者可以接管整个网络,但是如果这个加密货币网络是由运行在全世界范围内的许多节点(CPU)共同治理的,就很难达到这种级别的协作,因为全球数以千万计的人根本无法彼此沟通(串通一气)、并在同一时间内开展对网络实施攻击。的确,中本聪构建这套重要的分布式网络去中心化设计理念,让比特币看上去很难被
51%
攻击。但是,由于被利润驱动,比特币挖矿已经变成了一场“跑马大赛”,每个人都想拥有一匹汗血宝马——于是
2010 年出现了 GPU 矿机、2013 年又出现了 ASIC
矿机。这种装载了专用集成电路的硬件设备,挖矿效率明显高出 GPU 和 CPU
矿机一大截。当 ASIC
矿机发布的时候,加密货币挖矿变得更加集中化,矿工也开始把数据中心建立在电价更为便宜的地区。此时,中本聪最初设计防止
51%
攻击的去中心化理念开始受到挑战,因为当算力集中在少数几家数据中心或矿池之后,网络内就不会存在“数以千万计”的独立矿工,“矿霸”之间的沟通联系也会变得更加容易。随着
ASIC
矿机的出现,也导致了加密货币社区产生了一些不好的结果,比如人们再也不想使用
CPU 或 GPU
来挖矿了,比特币挖矿也不再是单纯地追求去中心化和平等,而是变得越来越“集权”。甚至,如果想要参与比特币挖矿至少需要投入数百万美元的资金。换句话说,只有大型挖矿公司才有这种级别的资源去创建具有市场竞争力的
ASIC 矿机,更可怕的是,这些公司还牢牢控制了卖给消费者的 ASIC
矿机硬件供应端。与基于 GPU 或 CPU 的矿机相比,创建、使用 ASIC
矿机的难度要大得多,毕竟 GPU 和 CPU
可以轻松在本地电子零售店内买到,而且自己在家中就能组装运行。ASIC
矿机集中采矿导致矿池有时可以控制整个加密货币网络 51%
算力,由于这种集中化挖矿手段,也让不少新创立的加密货币项目选择了“抵制ASIC”的工作量证明算法。

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最近,业内有人提议使用“程序化工作量证明”取代现有的以太坊工作量证明算法。ProgPow
的支持者希望改变以太坊挖矿行业的范式,他们认为:以太坊应该使用能够优化
GPU
的的算法来实现去中心化挖矿,而不是为了配合算法去开发相应的挖矿硬件设备,因为这么做真的会有些“浪费”。

一辈子一件事一群人,脚踏实地仰望星空。——Ulord 创始人谭林博士

相对于普通商用矿机,ProgPow 乍看上去的确在很大程度上降低了 ASIC
矿机的挖矿优势,让挖矿变得更容易、更去中心化。但如果仔细分析的话,会发现
ProgPow 其实并没有像其自称的那样,实现真正的“民主化挖矿”。

2008 年 11 月 1 日,中本聪在一个叫做 “metzdowd.com”
的网站上发表了一篇论文,题为《比特币:一种点对点式的电子现金系统》。

事实上,目前 ProgPow 的做法反而让不同 GPU
型号之间的性能差距变得越来越大,矿工可能不得不要向英伟达和 AMD
购买更新、更昂贵的 GPU 型号,比如 RTX 2080、TitanX、以及
Vega64。而且对于该算法针对某些 GPU 进行了优化这件事,提议实施 ProgPow
的团队也承认是个不争的事实,不过该团队所做的工作都是公开透明的,他们也正在积极研发
ProgPow 算法的更新版本,旨在使其对所有 GPU 型号都更加公平。

在论文中,中本聪详细介绍了如何创建一套去中心化的电子交易系统,这套系统不需要中心机构来掌控,比特币的发行与交易管理,全部交由参与系统网络的各个节点来完成。

下表展示了使用以太坊当前的工作量证明挖矿算法 Ethash 和 ProgPow
算法在不同 GPU 挖矿时的算力减少比较。ProgPow “偏爱”的 GPU
型号已经用红色突出显示了,不可否认的是,现阶段 ProgPow
算法下算力增长的幅度大了不少,宽带利用率也有所提高。

在中本聪的设计里,比特币网络就是一个 “去中心化、人人自由平等” 的世界。

如果以太坊实施了 ProgPow 算法可能有助于让矿工集中在拥有高端 GPU
的矿场内,同时也会刺激矿场把 GPU 升级到最新型号。

其中,比特币的发行与交易,涉及到一个核心动作:记账。

其实,并不存在“ASIC 威胁”问题

这个记账动作,又可以分解为:记账权的获得,核对交易合法性,打包区块,广播区块等一系列子动作。

ProgPow 声称要解决以太坊的“ASIC
威胁”问题,但这个威胁其实并不像人们想象的那么严重,甚至就连 ProgPow
开发人员都承认,以太坊的挖矿算法其实是最能抵制 ASIC 矿机
的算法之一。最好的以太坊 ASIC 矿机挖矿效果仅比 GPU 矿机好 2-4
倍,相比而言,比特币完全做不到这一点。

为了实现公平公正公开,中本聪设置了一套叫做 PoW (Proof of
Work)的算法,来保证人人可参与,每个人按照自己提供的算力完成记账任务从而获得比特币奖励,所以这套算法也被翻译为:工作量证明算法。

而且,以太坊创始人“V 神” Vitalik Buterin 其实也没有担心过 ASCI
矿机带来的威胁,他曾说过:

这里要插播一个知识点:什么是算力?

展开全文

根据中本聪的设计,整个挖矿过程,其实是要比赛做一道计算题,计算的东西叫做:区块头信息
Hash
值小于某个数值的一个数。每一次解开这个数,都没有固定解法,只能依靠计算机随机
Hash 的碰撞。

“如果你看看几天前发布的 E3 矿机,与市场上现有的 GPU
相比挖矿效率并没有大幅提升。我的中国消息源表示,220 MH/s 矿机成本大约为
2500 美元,而比特大陆 180 MH/s 的矿机售价为 800
美元,挖矿效率只不过提升了 2.5 倍而已。”

而我们电脑中的 CPU 就是一个计算元件,它每秒钟产生 Hash
碰撞的次数,就是算力。

挖矿硬件设备的相对效率。数据源:@ifdefelse/

一般电脑 CPU 的算力是 20M Hash/s,即每秒产生 Hash 碰撞次数是 20M。

实际上,尽管很难确切地知道以太坊网络里 ASIC
矿机的比例,但很多业内消息人士估计这个数字可能非常低。

为了验证这套算法的可行性,中本聪在发表论文 2
个月之后,开发出来一个客户端软件,把记账动作集成在软件中,只要在个人电脑中运行软件,就能执行论文中提到的算法,完成记账动作。

对于以太坊而言,“ASIC 威胁”在很大程度上更像是一个“伪命题”,这主要是因为
ASIC 矿机必须具有长期潜力才能抵消矿工早期投入的高额成本。与 GPU
矿机不同,ASIC
矿机是一种专门针对某个挖矿算法而开发的高度专业化计算机设备,而且也无法在其他区块链上进行挖矿。

2009 年 1 月 3
日,中本聪打开自己的电脑,用软件进行了第一次记账,并生成了创世区块,获得了
50 个比特币的奖励。

如果一切顺利的话,以太坊将会在不久的将来将工作量证明算法切换到权益证明算法,对于大多数矿工而言,在短暂的工作量证明生命周期里大规模投资以太坊
ASIC 矿机似乎并不是件划算的事情。

这也标志着比特币金融系统被正式建立,后来这种电脑记账的动作,被称为:挖矿。

GPU 挖矿不等于去中心化

1、CPU 挖矿

比特币挖矿这个动作,本质上是把自己的电脑接入比特币网络,运行挖矿软件,提供算力,完成记账。

所以,在 2009-2010
年期间,比特币的挖矿门槛相对极低。你并不需要参加考试拿什么四级六级证书,也不需要注册什么营业执照,只要你有一台电脑并联上网,下载一个挖矿软件,加上一个比特币钱包,就能挖到很多。

2010 年 5 月 22 日,美国有一个叫 Laszlo Hanyecz 的程序员,挖了很多,他用
1 万枚比特币,在网络上找到一位网友买了两份价值 30 美元的披萨。

按照当时价格折算,1 枚比特币约 = 0.003 美元。

当时,这件事在网络上传开了,人们开始确认比特币原来可以有价值,可以用来交易。

尽管那时候比特币价值还很低,但由于门槛也很低,就促使越来越多的人加入比特币挖矿队伍,整个比特币网络的算力开始不断提升,挖矿难度逐渐变大。

有人认为 GPU 挖矿会更安全,他们觉得使用 GPU
能让“外行人”也能参与到加密货币挖矿,从而让挖矿变得更加去中心化,并抵抗
51% 攻击——好吧,理论上是这样的。那些经常“待在家里”的矿工买不起昂贵的
ASIC 矿机,因此当鼓吹去中心化的时候,GPU 似乎成了一个更好的选择。

2、GPU 挖矿

2010
年中,有人开始研究个人电脑中的另一个计算元件:GPU,图像处理器,也就是显卡。

人们发现 GPU 当中也有部件适合计算比特币挖矿的数学题,多个 GPU
组装在一起其算力最高可达到 400M Hash/s,相当于几十个 CPU。

很快,基于 GPU 挖比特币的软件被开发出来,GPU
挖矿开始流行起来,市场上曾一度买不到显卡。

随着比特币被越来越多人关注,到了 2011 年 6
月,比特币单枚成交价格创造历史新高,达到 31.9 美元,相比初始价格已上涨约
10,600 倍。

而根据比特币 POW
的算法机制,算力越高,挖到比特币的机率就越大,这促使逐利的人们一直在寻找更高算力的设备。

但实际上,GPU
挖矿也主要集中在矿池或矿场,而不是独立的个人业务加密货币爱好者手中。更重要的是,矿池中并不会出现中心化问题,因为“外行人”无法访问
ASIC
矿机,而且恰恰是因为规模经济效应,让矿池里的矿工通过投入成本带来了更稳定的收入。

3、FPGA 挖矿

2011 年底,一种基于 FPGA 芯片(Field-Programmable Gate
Array,现场可编程逻辑门阵列)的挖矿设备出现了。

一张 FPGA 芯片的算力速度约为 200MHash/s,虽然比不上 GPU
芯片的算力,但是它的能耗更低。人们把多张 FPGA 芯片组装在一块,形成了
FPGA矿机,最大算力可达 25G Hash/s。

矿池的集中化问题主要是因为某些地区可以提供廉价的挖矿电力能源。

4、ASIC 矿机挖矿

这种芯片组装的做法启发了有想法的人,既然比特币挖矿只是算力的比赛,那为何不专门研发一种算力设备来做这件事呢?

于是,专用集成电路矿机,即 ASIC 矿机(Application-Specific Integrated
Circuit,专用集成电路)横空出世。这种专门设计只做哈希值运算的设备,具有更高的算力,更低的能耗。

比如比特大陆生产的蚂蚁矿机,最高算力可达到 3.5T Hash/s,相当于 30000
多个 GPU 的算力,这种设备给到比特币网络的总算力是质的飞跃。

总算力的飙升,带来了挖矿难度的提升,人们开始把大量的 ASIC
矿机集中在一块,形成矿场。

由于比特币挖矿是抢夺每 10
分钟出来的区块记账权,矿工们又开始组建矿池,把大量算力集中在一起来抢夺记账权。比特币网络上,全球已经形成了超过
20 个的大矿池。

但是每一个区块只能由一个记账人来完成,这也意味着其它矿池参与竞争,是无功而返,这就会造成大量算力资源的浪费。

更为可怕的是,在日夜不停运转的矿场中,电费是最大的能耗,曾有报道,在内蒙鄂尔多斯的大矿场,一个小时要用掉
40 兆瓦时的电,这相当于 12000 个家庭的日常用电量。

由此看来,ASIC
矿机的出现与应用,会造成巨大的资源浪费,是一种反商业逻辑的行为,同时也直接把中本聪最初设想的那个
“去中心化、人人自由平等” 的世界给抹杀掉了。

矿池挖出的区块占到总挖出区块的比例,数据源:ConsenSys Media

5、Ulord 全民挖矿

罢特,这并不代表后来者不能传承中本聪的美好设想,继续建设一个“去中心化、人人自由平等”
的世界。

比如,Ulord
项目,致力于建设一个基于区块链技术的价值传播网络,打造一个开放、平等、尊重创造的区块链数字资源分发平台。

在 Ulord
的设计里,项目团队想必早已研究过以上比特币挖矿的历史过程,并知晓其中的利弊。因此,他们采用了
POW 和 POS 相结合的共识算法。

其中,POW 采用的是比特币最初的 CPU 挖矿算法,但 Ulord
团队进行了极大的改进。

Ulord 原链上的 CPU 挖矿算法,叫做:CryptoHello
算法,这种算法采用了多级串行密码学原语操作,既针对 CPU
体系结构进行了优化,又具备永久防 ASIC 矿机。

这种 CryptoHello CPU
挖矿算法,就是为了避免走上比特币挖矿的老路,旨在营造更加公平的竞争环境,充分利用闲置资源,努力做到人人可参与挖矿。

CryptoHello CPU 挖矿算法能否抵挡住 ASIC 矿机商家的破解,是 Ulord
矿工们最关心的问题之一。

局长读完白皮书上关于 POW 共识算法的描述,大概理解是:

1、在 CryptoHello 算法中,需要同时执行大量 POW
的存储器容量需求,而满足这个需求 CPU 最为擅长,GPU 或 ASIC
矿机则会束手无策。

2、在 CryptoHello 算法中,需要随机使用到 16
种散列函数,这种随机性的选择执行,GPU 或 ASIC
矿机如果要做好,就要降低并行化效率,得不偿失。

3、在 CryptoHello
算法中,以字节为访问单位,使用严格串行的执行序列,这使到依靠并行取胜的
GPU 或 ASIC 矿机没有了用武之地。

4、整个 CryptoHello
算法中,控制逻辑被搞得很复杂,且所需的存储器容量大,内存访问地址也不规则,总之就是避免
ASIC 矿机那种粗暴堆叠芯片的做法有可乘之机。

简而言之就是:在 CryptoHello 算法中,鼓励串行的 CPU,抵制并行的 ASIC
矿机。

本文简单回顾了比特币挖矿的历史,以史为镜,再来看 Ulord
对于全民挖矿的设计,可以看到 Ulord 团队对于算法技术的研究功力,希望它的
CryptoHello 算法真能抵挡住 ASIC 矿机,实现美好愿景。

对了,2018 年 5 月 22 日,Ulord
主网正式上线,到时可以用个人电脑挖矿了,你准备好了吗?

对于挖矿,如果你有更深入的理解,欢迎留言探讨。

我是,感谢你的耐心阅读。

现在科技真是厉害,加微信:junoliang007
竟然可以勾搭局长,申请加入他的写作交流群了。

升级到一个对 GPU
友好的挖矿算法并不会让矿工选择在家里挖矿,更无法让矿池变得去中心化。与其天真地希望靠几个在家里挖矿的人实现去中心化,倒不如想想该如何防范那些有可能攻击系统的矿池。

根据挖掘区块数量排名前二十五的以太坊矿工,他们可能更多地会使用 ASIC
矿机,数据源:Etherscan.io。

以不同的方式看待 ASIC 矿机

有人认为 ASIC
矿机会让区块链网络安全有所降低,但需要说明的是,这种想法是错误的。之所以会有这种想法,是因为他们没有考虑到全部的激励措施,其实
ASIC 矿机的特殊性反而使其成为了区块链网络的一个关键安全组件。

ASIC
设备专门设计的电路智能用于运行单个挖矿算法,而对其他任何计算目的都没有效果,这与多用途、并且可以在不同区块链上挖矿的
GPU 有很大不同。研发 ASIC 矿机投入的是沉没成本,这意味着 ASIC
矿机就像是参与区块链网络挖矿的一次性入场券。

由于投入的成本更高,反而会让 ASIC
矿工更关注区块链安全,否则他们的巨额投入可能无法获得相应回报。相比之下,GPU
矿工并不需要忠于某个特定的挖矿算法,他们为了追求利润可以在各种不同区块链之间来回切换挖矿,甚至可以把自己的设备用于非法挖矿活动。

另外,二手 GPU 的价格能以超过原价的 50% 成交,而 ASIC
矿机的转售价只有其原始售价的 5% 左右,而且其价格还取决于特定的代币价值。

区块链对抗 51%
攻击的一个关键要素,就是看攻击者是否有多余的、可以累积算力的硬件设备。在
ASIC 矿机挖矿链中,多余硬件设备通常接近于零,而 GPU
挖矿链中多余设备却非常充足。

不仅如此,在短时间内获取足够多的 ASIC
矿机发动攻击也是非常困难的,但在很多二级市场却可以轻松交易 GPU 算力和
AWS
GPU,硬件越通用,可用的剩余量就越多,如果某个区块链使用的主要挖矿设备更“通用”,就意味着这个区块链的安全性相对更低。

挖矿硬件制造中心化问题

挖矿硬件制造中心化也是区块链网络另一个关注点,相比于 ASIC 芯片,GPU
在制造水平上更加中心化。在过去的二十年里,GPU
制造业主要由三家供应商主导,相比之下,因为挖矿行业利润较高而引发的“军备竞赛”,导致
ASIC 芯片制造仍然是一个竞争非常激烈的行业。

过去,虽然特定的 ASIC
制造商可能已经成为了某个挖矿算法的主要设备制造商,但他们从来没有“统治”过所有区块链的矿机制造。如果你想推翻一家
ASIC 芯片市场领导者,也许需要花费几年时间就可以,而像英伟达、AMD
和英特尔这样的 GPU 芯片巨头,怎么可能在短短几年时间就被推翻呢?

英伟达显卡仍是 PC 游戏玩家的首选。

对于成熟的挖矿算法来说,任何更新都会引发未经证实的安全风险,而且升级系统也会给全世界的矿工带来很多麻烦。如果以太坊采用
ProgPow,其实并不会获得较大优势,毕竟 ASIC 没有给网络带来太多问题。

虽然以太坊网络很快将会转向权益证明算法,但市场上仍然有很多基于工作量证明的加密货币,他们也会面临是否允许
ASIC 矿机挖矿的问题。当你不知道该如何取舍的时候,不妨可以考虑一下使用
GPU 挖矿是否真的能提升系统安全性,还是它本身其实就是一个安全漏洞。

链信不需要挖矿,链信希望通过奖励的方式使更多的人了解并使用比特币,链信是夸克生态中一个区块链落地项目。链信区块链是一个可开放的公共区块链,类似互联网基础设施,有底层协议核心区块链技术,使用与比特币安全强度一致加密算法,支持第三方应用开发,与其他类似激励机制项目,有本质区别。返回搜狐,查看更多