隨著比特幣、萊特幣礦機(jī)相繼出現(xiàn)，大家已經(jīng)認(rèn)識(shí)到?jīng)]有不能開(kāi)發(fā)礦機(jī)的算法，想通過(guò)改進(jìn)算法來(lái)徹底阻止礦機(jī)和礦池的出現(xiàn)是不可能的。
區(qū)塊鏈核心算法一：拜占庭協(xié)定
拜占庭的故事大概是這么說(shuō)的：拜占庭帝國(guó)擁有巨大的財(cái)富，周?chē)?0個(gè)鄰邦垂誕已久，但拜占庭高墻聳立，固若金湯，沒(méi)有一個(gè)單獨(dú)的鄰邦能夠成功入侵。任何單個(gè)鄰邦入侵的都會(huì)失敗，同時(shí)也有可能自身被其他9個(gè)鄰邦入侵。拜占庭帝國(guó)防御能力如此之強(qiáng)，至少要有十個(gè)鄰邦中的一半以上同時(shí)進(jìn)攻，才有可能攻破。然而，如果其中的一個(gè)或者幾個(gè)鄰邦本身答應(yīng)好一起進(jìn)攻，但實(shí)際過(guò)程出現(xiàn)背叛，那么入侵者可能都會(huì)被殲滅。于是每一方都小心行事，不敢輕易相信鄰國(guó)。這就是拜占庭將軍問(wèn)題。
在這個(gè)分布式網(wǎng)絡(luò)里：每個(gè)將軍都有一份實(shí)時(shí)與其他將軍同步的消息賬本。賬本里有每個(gè)將軍的簽名都是可以驗(yàn)證身份的。如果有哪些消息不一致，可以知道消息不一致的是哪些將軍。盡管有消息不一致的，只要超過(guò)半數(shù)同意進(jìn)攻，少數(shù)服從多數(shù)，共識(shí)達(dá)成。
由此，在一個(gè)分布式的系統(tǒng)中，盡管有壞人，壞人可以做任意事情（不受protocol限制），比如不響應(yīng)、發(fā)送錯(cuò)誤信息、對(duì)不同節(jié)點(diǎn)發(fā)送不同決定、不同錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn)聯(lián)合起來(lái)干壞事等等。但是，只要大多數(shù)人是好人，就完全有可能去中心化地實(shí)現(xiàn)共識(shí)。
區(qū)塊鏈核心算法二：非對(duì)稱(chēng)加密技術(shù)
在上述拜占庭協(xié)定中，如果10個(gè)將軍中的幾個(gè)同時(shí)發(fā)起消息，勢(shì)必會(huì)造成系統(tǒng)的混亂，造成各說(shuō)各的攻擊時(shí)間方案，行動(dòng)難以一致。誰(shuí)都可以發(fā)起進(jìn)攻的信息，但由誰(shuí)來(lái)發(fā)出呢？其實(shí)這只要加入一個(gè)成本就可以了，即：一段時(shí)間內(nèi)只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以傳播信息。當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)出統(tǒng)一進(jìn)攻的消息后，各個(gè)節(jié)點(diǎn)收到發(fā)起者的消息必須簽名蓋章，確認(rèn)各自的身份。
在如今看來(lái)，非對(duì)稱(chēng)加密技術(shù)完全可以解決這個(gè)簽名問(wèn)題。非對(duì)稱(chēng)加密算法的加密和解密使用不同的兩個(gè)密鑰.這兩個(gè)密鑰就是我們經(jīng)常聽(tīng)到的”公鑰”和”私鑰”。公鑰和私鑰一般成對(duì)出現(xiàn), 如果消息使用公鑰加密,那么需要該公鑰對(duì)應(yīng)的私鑰才能解密; 同樣，如果消息使用私鑰加密,那么需要該私鑰對(duì)應(yīng)的公鑰才能解密。
區(qū)塊鏈核心算法三：容錯(cuò)問(wèn)題
我們假設(shè)在此網(wǎng)絡(luò)中，消息可能會(huì)丟失、損壞、延遲、重復(fù)發(fā)送，并且接受的順序與發(fā)送的順序不一致。此外，節(jié)點(diǎn)的行為可以是任意的：可以隨時(shí)加入、退出網(wǎng)絡(luò)，可以丟棄消息、偽造消息、停止工作等，還可能發(fā)生各種人為或非人為的故障。我們的算法對(duì)由共識(shí)節(jié)點(diǎn)組成的共識(shí)系統(tǒng)，提供的容錯(cuò)能力，這種容錯(cuò)能力同時(shí)包含安全性和可用性，并適用于任何網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。
區(qū)塊鏈核心算法四：Paxos 算法（一致性算法）
Paxos算法解決的問(wèn)題是一個(gè)分布式系統(tǒng)如何就某個(gè)值(決議)達(dá)成一致。一個(gè)典型的場(chǎng)景是，在一個(gè)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中，如果各節(jié)點(diǎn)的初始狀態(tài)一致，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都執(zhí)行相同的操作序列，那么他們最后能得到一個(gè)一致的狀態(tài)。為保證每個(gè)節(jié)點(diǎn)執(zhí)行相同的命令序列，需要在每一條指令上執(zhí)行一個(gè)“一致性算法”以保證每個(gè)節(jié)點(diǎn)看到的指令一致。一個(gè)通用的一致性算法可以應(yīng)用在許多場(chǎng)景中，是分布式計(jì)算中的重要問(wèn)題。 節(jié)點(diǎn)通信存在兩種模型：共享內(nèi)存和消息傳遞。Paxos算法就是一種基于消息傳遞模型的一致性算法。706878
區(qū)塊鏈核心算法五：共識(shí)機(jī)制
區(qū)塊鏈共識(shí)算法主要是工作量證明和權(quán)益證明。拿比特幣來(lái)說(shuō)，其實(shí)從技術(shù)角度來(lái)看可以把PoW看做重復(fù)使用的Hashcash，生成工作量證明在概率上來(lái)說(shuō)是一個(gè)隨機(jī)的過(guò)程。開(kāi)采新的機(jī)密貨幣，生成區(qū)塊時(shí)，必須得到所有參與者的同意，那礦工必須得到區(qū)塊中所有大數(shù)據(jù)的PoW工作證明。與此同時(shí)礦工還要時(shí)時(shí)觀察調(diào)整這項(xiàng)工作的難度，因?yàn)閷?duì)網(wǎng)絡(luò)要求是平均每10分鐘生成一個(gè)區(qū)塊。
區(qū)塊鏈核心算法六：分布式存儲(chǔ)
分布式存儲(chǔ)是一種大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)使用每臺(tái)機(jī)器上的磁盤(pán)空間，并將這些分散的存儲(chǔ)資源構(gòu)成一個(gè)虛擬的存儲(chǔ)設(shè)備，大數(shù)據(jù)分散的存儲(chǔ)在網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)角落。所以，分布式存儲(chǔ)技術(shù)并不是每臺(tái)電腦都存放完整的大數(shù)據(jù)，而是把大數(shù)據(jù)切割后存放在不同的電腦里。就像存放100個(gè)雞蛋，不是放在同一個(gè)籃子里，而是分開(kāi)放在不同的地方，加起來(lái)的總和是100個(gè)。
算法演進(jìn)之路
算法演進(jìn)
關(guān)于“算法”一詞，目前國(guó)內(nèi)用戶使用的比較模糊，有時(shí)指共識(shí)機(jī)制，比如POW算法，POS算法；有時(shí)指具體的Hash算法，比如SHA256，SCRYPT。應(yīng)該說(shuō)這是由于早期從外文資料翻譯過(guò)來(lái)概念模糊導(dǎo)致的錯(cuò)誤，后來(lái)人云亦云。共識(shí)機(jī)制（以前一般叫Proof，現(xiàn)在經(jīng)常使用Consensus）和算法（Algorithm）在英文資料里語(yǔ)義清晰，不能混為一談，兩者都是區(qū)塊鏈技術(shù)體系里的重要支柱。
因此當(dāng)我們說(shuō)“X幣使用Y算法”的時(shí)候，其實(shí)具體指的是采用何種Hash算法，而且隱含的前提條件是這個(gè)幣使用POW證明方式。只有在POW下討論選取何種算法才有意義，算法的各種復(fù)雜設(shè)計(jì)才能體現(xiàn)其用處。為什么呢，中本聰在設(shè)計(jì)比特幣的時(shí)候其實(shí)有很多地方用到Hash函數(shù)，比如計(jì)算區(qū)塊ID，計(jì)算交易ID，構(gòu)造代幣地址等。我們說(shuō)的算法具體是指用何種Hash函數(shù)計(jì)算區(qū)塊ID，所謂算法創(chuàng)新也就是在這個(gè)地方下功夫。此外其他任何用到Hash函數(shù)的地方，對(duì)計(jì)算難度沒(méi)有要求，而且應(yīng)該選用可以快速運(yùn)算的算法，尤其在計(jì)算交易ID時(shí)候，不然影響區(qū)塊鏈同步速度。因此如果選用POS方式，計(jì)算區(qū)塊ID也應(yīng)該使用容易運(yùn)算的算法。
Hash函數(shù)
如上所言，我們經(jīng)常說(shuō)的POW算法本質(zhì)是一個(gè)Hash函數(shù)。Hash函數(shù)是一個(gè)無(wú)比神奇的東西，說(shuō)他替中本聰打下了半壁江山一點(diǎn)不為過(guò)，學(xué)習(xí)比特幣應(yīng)該從學(xué)習(xí)Hash函數(shù)入手，理解了Hash函數(shù)再去學(xué)比特幣原理將事半功倍，不然將處處感覺(jué)混沌，難以開(kāi)竅。而中本聰也將Hash函數(shù)的所有特性使用得淋漓盡致：
已經(jīng)有很多Hash函數(shù)被設(shè)計(jì)出來(lái)并廣泛應(yīng)用，不過(guò)Hash函數(shù)一般安全壽命都不長(zhǎng)，被認(rèn)為安全的算法往往沒(méi)能使用多久就被成功攻擊，新的更安全的算法相繼被設(shè)計(jì)出來(lái)，而每一個(gè)被公認(rèn)為安全可靠的算法都有及其嚴(yán)格的審計(jì)過(guò)程。在幣圈中我們經(jīng)常說(shuō)某某幣發(fā)明了某種算法，其實(shí)主要都是使用那些被認(rèn)證過(guò)的安全算法，或是單獨(dú)使用，或是排列組合使用。
SHA256
SHA (Secure Hash Algorithm，譯作安全散列算法) 是美國(guó)國(guó)家安全局 (NSA) 設(shè)計(jì)，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院 (NIST) 發(fā)布的一系列密碼散列函數(shù)，經(jīng)歷了SHA-0，SHA-1，SHA-2，SHA-3系列發(fā)展。NSA于2007年正式宣布在全球范圍內(nèi)征集新新一代（SHA-3）算法設(shè)計(jì)，2012年公布評(píng)選結(jié)果， Keccak算法最終獲勝成為唯一官方標(biāo)準(zhǔn)SHA-3算法，但還有四種算法同時(shí)進(jìn)入了第三輪評(píng)選，分別是：BLAKE, Gr?STL, JH和SKEIN，這些算法其實(shí)也非常安全，而且經(jīng)受審查，被各種競(jìng)爭(zhēng)幣頻繁使用。
比特幣采用SHA256算法，該算法屬于SHA-2系列，在中本聰發(fā)明比特幣時(shí)（2008）被公認(rèn)為最安全最先進(jìn)的算法之一。除了生成地址中有一個(gè)環(huán)節(jié)使用了REPID-160算法，比特幣系統(tǒng)中但凡有需要做Hash運(yùn)算的地方都是用SHA256。隨著比特幣被更多人了解，大家開(kāi)始好奇中本聰為何選擇了SHA256，同時(shí)對(duì)SHA256的安全性發(fā)表各種意見(jiàn)，SHA256妥妥經(jīng)受了質(zhì)疑，到目前為止，沒(méi)有公開(kāi)的證據(jù)表明SHA256有漏洞，SHA256依然牢牢抗住保衛(wèi)比特幣安全的大旗。當(dāng)然大家心里都明白，沒(méi)有永遠(yuǎn)安全的算法，SHA256被替代是早晚的事，中本聰自己也說(shuō)明了算法升級(jí)的必要和過(guò)程。
SCRYPT
后來(lái)隨著顯卡挖礦以及礦池的出現(xiàn)，社區(qū)開(kāi)始擔(dān)心礦池會(huì)導(dǎo)致算力集中，違背中本聰“一CPU一票”的最初設(shè)計(jì)理念。在那段時(shí)間，中心化的焦慮非常嚴(yán)重，討論很激烈，比特幣一次又一次“被死亡”，直到現(xiàn)在，針對(duì)礦池是否違背去中心化原則的爭(zhēng)論仍在繼續(xù)。
無(wú)論如何，有人將矛頭指向SHA256，認(rèn)為是算法太容易導(dǎo)致礦機(jī)和礦池出現(xiàn)，并試圖尋找更難的算法。
恰逢其時(shí)，使用SCRYPT算法的萊特幣（Litecoin）橫空出世。據(jù)說(shuō)SCRYPT是由一位著名的黑客開(kāi)發(fā)，由于沒(méi)有得到諸如SHA系列的嚴(yán)格的安全審查和全面論證，一直沒(méi)被廣泛推廣使用。與SHA256算法相比，SCRYPT占用的內(nèi)存更多，計(jì)算時(shí)間更長(zhǎng)，并行計(jì)算異常困難，對(duì)硬件要求很高。很顯然，SCRYPT算法具有更強(qiáng)的抵御礦機(jī)性，萊特幣還將區(qū)塊時(shí)間改為2.5分鐘，在那個(gè)山寨幣還鳳毛麟角年代，萊特幣依靠這兩點(diǎn)創(chuàng)新大獲成功，長(zhǎng)期穩(wěn)坐山寨幣第一寶座位置。
后來(lái)有人在SCRYPT的基礎(chǔ)上稍作修改形成Scrypt –N算法，改進(jìn)思路都一樣，都是追求更大的內(nèi)存消耗和計(jì)算時(shí)間，以有效阻止ASIC專(zhuān)用礦機(jī)。
很快，萊特幣的成功催生了各種各樣的算法創(chuàng)新，2012至2014年間，算法創(chuàng)新一直都是社區(qū)討論的熱門(mén)話題，每一個(gè)使用創(chuàng)新算法的幣種出現(xiàn)，都能刮起一陣波瀾。
串聯(lián)算法
重新排列組合是人類(lèi)一貫以來(lái)最常用的創(chuàng)新發(fā)明方法。很快，有人不滿足于使用單一Hash函數(shù)，2013年7月，夸克幣（Quark）發(fā)布，首創(chuàng)使用多輪Hash算法，看似高大上，其實(shí)很簡(jiǎn)單，就是對(duì)輸入大數(shù)據(jù)運(yùn)算了9次hash函數(shù)，前一輪運(yùn)算結(jié)果作為后一輪運(yùn)算的輸入。這9輪Hash共使用6種加密算法，分別為BLAKE, BMW, GROESTL, JH, KECCAK和SKEIN，這些都是公認(rèn)的安全Hash算法，并且早已存在現(xiàn)成的實(shí)現(xiàn)代碼。
這種多輪Hash一出現(xiàn)就給人造成直觀上很安全很強(qiáng)大的感覺(jué)，追捧者無(wú)數(shù)?，F(xiàn)今價(jià)格依然堅(jiān)挺的達(dá)世幣（DASH，前身是暗黑幣，Darkcoin，）接過(guò)下一棒，率先使用11種加密算法（BLAKE, BMW, GROESTL, JH, KECCAK, SKEIN, LUFFA, CUBEHASH, SHAVITE, SIMD, ECHO），美其名曰X11，緊接著X13，X15這一系列就有人開(kāi)發(fā)出來(lái)了。
S系列算法實(shí)際是一種串聯(lián)思路，只要其中一種算法被破解，整個(gè)算法就被破解了，好比一根鏈條，環(huán)環(huán)相扣，只要其中一環(huán)斷裂，整個(gè)鏈條就一分為二。
并聯(lián)算法
有人串聯(lián)，就有人并聯(lián)，Heavycoin（HVC）率先做了嘗試。HVC如今在國(guó)內(nèi)名不見(jiàn)經(jīng)傳，當(dāng)時(shí)還是名噪一時(shí)，首次實(shí)現(xiàn)鏈上游戲，作者是俄羅斯人，后來(lái)不幸英年早逝，在幣圈引起一陣惋惜。
HVC算法細(xì)節(jié)：
之所以首先進(jìn)行一輪HEFTY1 哈希，是因?yàn)镠EFTY1 運(yùn)算起來(lái)極其困難，其抵御礦機(jī)性能遠(yuǎn)超于SCRYPT。但與SCRYPT一樣，安全性沒(méi)有得到某個(gè)官方機(jī)構(gòu)論證，于是加入后面的四種安全性已經(jīng)得到公認(rèn)的算法增強(qiáng)安全。
對(duì)比串聯(lián)和并聯(lián)的方法，Quark、X11，X13等雖使用了多種HASH函數(shù)，但這些算法都是簡(jiǎn)單的將多種HASH函數(shù)串聯(lián)在一起，仔細(xì)思考，其實(shí)沒(méi)有提高整體的抗碰撞性，其安全性更是因木桶效應(yīng)而由其中安全最弱的算法支撐，其中任何一種Hash函數(shù)遭遇碰撞性攻擊，都會(huì)危及貨幣系統(tǒng)的安全性。
HVC從以上每種算法提取64位，經(jīng)過(guò)融合成為最后的結(jié)果，實(shí)際上是將四種算法并聯(lián)在一起，其中一種算法被破解只會(huì)危及其中64位，四中算法同時(shí)被破解才會(huì)危及貨幣系統(tǒng)的安全性。
比特幣只使用了一種Hash算法，假如未來(lái)某日SHA256被證明不再安全時(shí)，雖然可以更該算法，但考慮到如今“硬分叉猛于虎”的局面，屆時(shí)引發(fā)動(dòng)蕩不可避免，但如果使用并聯(lián)算法，就可以爭(zhēng)取平靜的硬分叉過(guò)渡時(shí)間。
PRIMECOIN
正當(dāng)一部分人在算法探索之路上進(jìn)行的如火如荼之時(shí)，另一部分人的聲音也非常刺耳，那就是指責(zé)POW浪費(fèi)能源（彼時(shí)POS機(jī)制已經(jīng)實(shí)現(xiàn)）。POW黨雖極力維護(hù)，但也承認(rèn)耗費(fèi)能源這一事實(shí)。這一指責(zé)打開(kāi)了另一條探索之路，即如果能找到一種算法，既能維護(hù)區(qū)塊鏈安全，這些Hash運(yùn)算又能在其他方面產(chǎn)生價(jià)值，那簡(jiǎn)直更完美。
在這條探索之路上最讓人振奮人心的成果來(lái)自于Sunny King（這大神之前已經(jīng)開(kāi)發(fā)了Peercoin，點(diǎn)點(diǎn)幣）發(fā)明的素?cái)?shù)幣（Primecoin）。素?cái)?shù)幣算法的核心理念是：在做Hash運(yùn)算的同時(shí)尋找大素?cái)?shù)。素?cái)?shù)如今已被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，但人類(lèi)對(duì)他的認(rèn)識(shí)還是有限。素?cái)?shù)在數(shù)軸上不但稀有（相對(duì)于偶數(shù)而言），而且分布不規(guī)律，在數(shù)軸上尋找素?cái)?shù)只能盲目搜索探測(cè)，這正是POW的特征。
POW還有另一個(gè)要求是容易驗(yàn)證，這方面人類(lèi)經(jīng)過(guò)幾百年探索已經(jīng)獲得一些成果。素?cái)?shù)幣使用兩種方法測(cè)試，首先進(jìn)行費(fèi)馬測(cè)試（Fermat Test），通過(guò)則再進(jìn)行歐拉-拉格朗日-立夫習(xí)茲測(cè)試（Euler-Lagrange-Lifchitz Test），還通過(guò)測(cè)試則被視為是素?cái)?shù)。需要指出的是，這種方法并不能保證通過(guò)測(cè)試的數(shù)百分百是素?cái)?shù)，不過(guò)這并不影響系統(tǒng)運(yùn)行，即便測(cè)試結(jié)果錯(cuò)誤，只要每個(gè)節(jié)點(diǎn)都認(rèn)為是素?cái)?shù)就行。
素?cái)?shù)幣其實(shí)找的是素?cái)?shù)鏈-坎氏鏈，存在三個(gè)特定類(lèi)型的坎氏素?cái)?shù)鏈：第一類(lèi)坎氏鏈，第二類(lèi)坎氏鏈和雙坎氏鏈。
舉第一類(lèi)來(lái)說(shuō)明，規(guī)則是：素?cái)?shù)鏈中每個(gè)數(shù)都是前一個(gè)數(shù)的兩倍減一，比如：
1531，3061，6121，12241，24481
數(shù)列的下一個(gè)數(shù)48961(24481*2-1)不是素?cái)?shù)，因而這個(gè)坎氏鏈的長(zhǎng)度是5，素?cái)?shù)幣的目標(biāo)就是探索更長(zhǎng)的坎氏鏈（以上三類(lèi)都可以）。
那么現(xiàn)在最重要的問(wèn)題來(lái)了，如何用坎氏鏈來(lái)驗(yàn)證一個(gè)區(qū)塊是否合格呢？素?cái)?shù)幣實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)是這樣的：
獲取originNum之后就可以測(cè)試并計(jì)算素?cái)?shù)鏈長(zhǎng)度的整數(shù)部分，小數(shù)部分的計(jì)算與坎氏鏈最后一個(gè)非素?cái)?shù)的跨度相關(guān)。
每個(gè)區(qū)塊的乘積因子Multiplier各不相同，計(jì)算過(guò)程和hashBlockHeader相關(guān)，素?cái)?shù)幣為此對(duì)區(qū)塊頭進(jìn)行修改，專(zhuān)門(mén)增加一個(gè)字段（bnPrimeChainMultiplier）來(lái)存放這個(gè)乘積因子。但是以上第一步計(jì)算hashBlockHeader時(shí)輸入大數(shù)據(jù)并不包含這個(gè)乘積因子，這也是為啥特別指出中本聰區(qū)塊頭。
由于素?cái)?shù)在數(shù)軸上分布不均勻，且根據(jù)目前掌握的知識(shí)來(lái)看，數(shù)越大，素?cái)?shù)越稀有，尋找難度并不是線性遞增，耗時(shí)也就不可預(yù)估，但是區(qū)塊鏈要求穩(wěn)定出塊。正因?yàn)檫@點(diǎn)，素?cái)?shù)幣算法沒(méi)有得到熱捧，但這種探索并非沒(méi)有意義，利用POW工作量的“幻想”并沒(méi)有停止，探索還在繼續(xù)。
ETHASH
以太坊（Ethereum）一開(kāi)始就打算使用POS方式，但由于POS設(shè)計(jì)存在一些問(wèn)題，開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)決定在以太坊1.0階段使用POW方式，預(yù)計(jì)在Serenity階段轉(zhuǎn)入POS。
以太坊POW算法叫Ethash，雖只是一個(gè)過(guò)渡算法，但開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)一點(diǎn)也不含糊，一如既往發(fā)揚(yáng)其“簡(jiǎn)單問(wèn)題復(fù)雜化，繁瑣細(xì)節(jié)秀智商”的設(shè)計(jì)風(fēng)格。Ethash 是最新版本的 Dagger-Hashimoto改良算法，是Hashimoto算法結(jié)合Dagger算法產(chǎn)成的一個(gè)新變種。Ethash設(shè)計(jì)時(shí)就明確兩大目標(biāo)：
抵御礦機(jī)性能（ASIC-resistance），團(tuán)隊(duì)希望CPU也能參與挖礦獲得收益。
輕客戶端可快速驗(yàn)證（Light client verifiability）。
基于以上兩個(gè)目標(biāo)，開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)最后倒騰出來(lái)的Ethash挖礦時(shí)基本與CPU性能無(wú)關(guān)，卻和內(nèi)存大小和內(nèi)存帶寬成正相關(guān)。不過(guò)在實(shí)現(xiàn)上還是借鑒了SHA3的設(shè)計(jì)思路，但是使用的”SHA3_256” ,”SHA3_512”與標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)很不同。
Ethash基本流程是這樣的：對(duì)于每一個(gè)塊，首先計(jì)算一個(gè)種子（seed），該種子只和當(dāng)前塊的信息有關(guān)；然后根據(jù)種子生成一個(gè)32M的隨機(jī)大數(shù)據(jù)集（Cache）；緊接著根據(jù)Cache生成一個(gè)1GB大小的大數(shù)據(jù)集合（DAG），DAG可以理解為一個(gè)完整的搜索空間，挖礦的過(guò)程就是從DAG中隨機(jī)選擇元素（類(lèi)似于比特幣挖礦中查找合適Nonce）再進(jìn)行哈希運(yùn)算。可以從Cache快速計(jì)算DAG指定位置的元素，進(jìn)而哈希驗(yàn)證。此外還要求對(duì)Cache和DAG進(jìn)行周期性更新，每1000個(gè)塊更新一次，并且規(guī)定DAG的大小隨著時(shí)間推移線性增長(zhǎng)，從1G開(kāi)始，每年大約增長(zhǎng)7G左右。
EQUIHASH
最近在國(guó)內(nèi)發(fā)展勢(shì)頭最猛的莫過(guò)于Zcash，該幣種最大的特點(diǎn)是使用零知識(shí)證明實(shí)現(xiàn)隱私交易。距離發(fā)布還有幾天，但從社區(qū)討論來(lái)看，各方礦工都已在磨刀霍霍。Zcash對(duì)于算法的選擇非常慎重，在先后考量了SHA256D，SCRYPT，CUCKOO HASH以及LYRA2等算法后，最終選擇Equihash。
Equihash算法由Alex Biryukov 和 Dmitry Khovratovich聯(lián)合發(fā)明，其理論依據(jù)是一個(gè)著名的計(jì)算法科學(xué)及密碼學(xué)問(wèn)題——廣義生日悖論問(wèn)題。Equihash是一個(gè)內(nèi)存（ARM）依賴(lài)型算法，機(jī)器算力大小主要取決于擁有多少內(nèi)存，根據(jù)兩位發(fā)明者的論文描述，該算法執(zhí)行至少需要700M內(nèi)存，1.8 GHz CPU計(jì)算30秒，經(jīng)Zcash項(xiàng)目?jī)?yōu)化后，目前每個(gè)挖礦線程需要1G內(nèi)存，因此Zcash官方認(rèn)為該算法在短時(shí)間內(nèi)很難出現(xiàn)礦機(jī)（ASIC）。此外，Zcash官方還相信該算法比較公平，他們認(rèn)為很難有人或者機(jī)構(gòu)能夠?qū)λ惴ㄍ低颠M(jìn)行優(yōu)化，因?yàn)閺V義生日悖論是一個(gè)已經(jīng)被廣泛研究的問(wèn)題。此外，Equihash算法非常容易驗(yàn)證，這對(duì)于未來(lái)在受限設(shè)備上實(shí)現(xiàn)Zcash輕客戶端非常重要。
Zcash官方團(tuán)隊(duì)選擇Equihash完全出于抵御礦機(jī)性能的需求，他們?cè)诠俜讲┛椭幸渤姓J(rèn)并不敢確保Equihash一定是安全的，并表示如果發(fā)現(xiàn)Equihash存在問(wèn)題，或者發(fā)現(xiàn)更優(yōu)算法，Zcash會(huì)改變POW算法。
總結(jié)
隨著比特幣、萊特幣礦機(jī)相繼出現(xiàn)，大家已經(jīng)認(rèn)識(shí)到?jīng)]有不能開(kāi)發(fā)礦機(jī)的算法，想通過(guò)改進(jìn)算法來(lái)徹底阻止礦機(jī)和礦池的出現(xiàn)是不可能的。另外，從近幾年的發(fā)展來(lái)看，礦池也沒(méi)有之前想的那么可怕，甚至已經(jīng)有人論證了礦池并沒(méi)有破壞去中心化。但除了安全性，POW往往伴隨分發(fā)代幣功能，從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，CPU算法更具公平性，用戶門(mén)檻更低，這也是算法創(chuàng)新的驅(qū)動(dòng)，從Ethash以及Equihash設(shè)計(jì)來(lái)看，目前的算法創(chuàng)新仍然是以追求內(nèi)存高消耗為主。以此同時(shí)，社區(qū)在共識(shí)機(jī)制的探索之路上也取得很多成果?？v觀當(dāng)前區(qū)塊鏈核心技術(shù)發(fā)展全局，算法創(chuàng)新熱潮已經(jīng)有所消退，但也未停止，于比特幣，于區(qū)塊鏈，于算法探索而言，都還在路上。
