AsicBoost到底是個什麼技術？讓礦圈炸了。

Merkle樹 · 發表 2018-10-23 16:14:24

摘要：昨晚的一則快訊引爆了礦圈，快訊稱位元大陸釋出了S9新韌體，新韌體用於實現“顯性Asic Boost”功能。不少朋友問我這是項什麼技術，大家如此關注。其實簡單的從礦工朋友切身利益來說，就是使用該項技術可以降低功耗10%-20%（AsicBoost官網資料顯示）。那麼AsicBoost到底是什麼，...

昨晚的一則快訊引爆了礦圈，快訊稱位元大陸釋出了S9新韌體，新韌體用於實現“顯性Asic Boost”功能。不少朋友問我這是項什麼技術，大家如此關注。其實簡單的從礦工朋友切身利益來說，就是使用該項技術可以降低功耗10%-20%（AsicBoost官網資料顯示）。那麼AsicBoost到底是什麼，今天我們就來揭開它的神祕面紗。

一、比特幣的核心演算法：SHA256

首先我們來簡要梳理下比特幣的挖礦原理，比特幣的挖礦是對區塊頭（blockheader）做兩次SHA256運算，運算出來的結果必須小於當前難度週期所對應的難度目標。區塊頭有80個位元組，包括4位元組的版本號（Version）、32位元組的父區塊雜湊（Previous Hash），32位元組的當前候選區塊打包交易的Merkle Root，4位元組的時間戳（timestamp），4位元組的難度，4位元組的隨機數（Nonce）。在挖礦過程中，版本號、父雜湊、難度都是確定的，礦機需要去不斷修改隨機數來運算，而隨機數只有4位元組，只能做2^ 32次運算。因此礦工還需要修改Coinbase交易，得到新的Merkle Root，即每2^32次雜湊後更改一次。隨著算力的暴漲，獨立礦機已經幾乎不能出塊，礦工都選擇加入礦池來挖礦。挖礦過程就變成了礦池給不同的礦機發送不同的job，礦機計算出的share提交即可。

在做區塊頭的SHA256時，需要64位元組一組去處理，很明顯80位元組超出了，這就需要用48位元組的填充位將塊頭補充至128位元組，填充位全填寫0，所以被稱作padding-zero。

這樣區塊頭就被分成了前後兩組來運算，結合上圖可以看出，Merkle Root的前28個位元組和後4個位元組被分開了。

二、AsicBoost

從圖2中我們不難看出，Merkle Root很尷尬，被分割在兩個組中，而區塊頭的結構是寫死不能修改的，於是AsicBoost就誕生了，2016年3月Dr. Timo Hanko提出了白皮書，後經過不斷完善，最終確定了兩種優化的方法，一種就是Version-rolling，另一種是Merkle Root Collisions。不過目前都是第一種實現方式，第二種暫時沒人宣稱使用。

這邊就重點介紹一下Version-rolling。

Version-rolling（版本輪動）。4位元組的Version總共有32個位，只有前3位是固定的，其他位用在技術升級或者軟分叉時候的投票時使用，可是在實際應用過程中，不可能同時有29個軟分叉投票吧，如果我們只取4位來用，那麼就多了2^4次，也就是說在收到同一個任務後，可以進行2^4輪的2^32次運算，降低了礦機接受資料的次數，從而降低了功耗，據AsicBoost.com測算，可以降低約20%的功耗，當然實際使用效果還要經過長期的測試。隨著越來越多的人湧入 ofollow,noindex"> 區塊鏈世界，全網算力一直處於不斷攀升的階段，挖礦的利潤可能會進一步下降，20%的功耗節約對於礦工來說可能也是一筆不小的錢。

感興趣的朋友也可瞭解一下Merkle Root Collisions（梅克爾根碰撞）。如圖2所示，32位元組的Merkle Root被分割成兩組來做SHA256運算，第一部分為28位元組，第二部分為4位元組。Merkle Root Collisions的原理就是構建出很多後4個位元組相同的Merkle Root，這樣在隨機數固定的情況下，我們只需要對區塊頭的前半部分做SHA256運算，而後半部分是不變的。這種方法的本質是一個32位的雜湊碰撞，根據“生日悖論”，找到一組碰撞需要的嘗試次數其實並不多。嘗試新的Merkle Root通常有兩種方法：一是修改Coinbase交易，但這裡有個問題，礦池可能會惡意打空塊，因為當區塊只有coinbase交易的時候，要保證Merkle Root後4個位元組要容易的很多；第二是交換任意交易的順序，這種方法的問題是，在隔離見證（Segwit）中，雜湊運算量會增加一倍。隔離見證引入了一個全新的Witness Merkle Tree和Witness Merkle Root（見圖3），如果修改交易順序，那麼Witness Merkle Tree也會更改，這就導致了在原有Merkle Tree中的coinbase交易進一步更改，從而使得整個Merkle Tree需要從下到上重新計算一次，增加了一倍的工作量，而我們都知道在之前更新的bitcoin core version中，早已經全面支援了隔離見證。