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Bitcoin mining 演算法，就是使用傳統的 SHA-256 函數，而 SHA-256 的優點，也好就是它的一個缺點。
SHA-256 函數是傳統的 hash 演算法，但是應用在區塊鏈系統時，有一個缺點。Bitcoin mining 演算法，就是使用傳統的 SHA-256 函數，而 SHA-256 的優點，也好就是它的一個缺點。
為了提升 SHA-256 的計算速度，工程師會利用行平行處理（parallelism）的技術。利用平行運算，大幅提升 SHA-256 的運算速度，這樣做不是很好嗎？
然而，這就是一個問題了。簡單來說，一個能平行化的演算法，就能使用硬體來做加速，例如，使用 GFP 或是 ASIC，這裡就是「弊端」所在了。從 Proof-of-Work 的觀點來看，「大家必須公平地做計算」，意思是說，因為 hash 值的運算是「decentralization」的架構，所以「大家的硬體最好一樣」。
Proof-of-work 的主要工作是 mining。此外，驗證交易的「可信度」，也是 proof-of-work 的一環。Proof-of-work 的工作不此於此，例如：miner 間的資料庫同步，也是包含在內。總之，proof-of-work 很忙。
這些 proof-of-work 的工作，是 miners 一起進行的，而不是由一個中央伺服器（centralized）來統一運算，這就是 decentralization of trust 的觀念。
更簡單來看，這就是所謂的 decentralization（去中心化）架構。以 mining 來說，每個人都可以參與 hash 值的運算（大家都可以挖礦），所以，想「快一點」的人，就會使用 ASIC 挖礦機。可是，有些人是用自已的電腦來挖礦。
到這裡，問題就很清楚了：大家的硬體如果等級不同，挖礦就會「不公平」。
為了解決這個問題，科學家就想出了一個方法。這個方法非常簡單，首先，你不可能強制每個人都要買一樣的電腦才能挖礦，所以解決方式就要回歸演算法的本質：parallelism。
於是，科學家提出一種稱為 memory-hard function 的 hash 演算法觀念：一種不能或難以平行化的 hash 演算法。
這讓我想過幾年前的一個有趣故事。過去，多核心處理器開始後，開始有 Android 手機的製造廠，以「多核心手機」做為市場宣傳口號。這當然很好啊，「多核就是快」。但是，學軟體的人都知道一個道理，就是「軟體必須支援多核心」。如果你的軟體設計，本身就不是多核心架構，那就會像這支手機一樣：明明是 4 核心，但是開機後，其實只用了 1 個核心，另外 3 個核心被關閉（省電考量）了。
有了 memory-hard function 後，「挖礦」就理論上公平了，並且也能消息弊端。因為，就算有頂極的挖礦機，也會像這支多核心手機一樣：再強的硬體也很難加速軟體運算。
Memory-hard function 是怎麼做到這點的呢？上述的「一種不能或難以平行化的 hash 演算法」，其實是利用這個原理：降低平行處理的優勢。讓平行處理難有發揮的空間，這樣就能降低 GFP、FPGA 或 ASIC 控礦機的優勢了。
要消除平行處理的優勢，只要讓軟體是 memory intensive 即可。Memory intensive 是每天都會看到的現象：記憶體不足時、電腦變慢。
Memory-hard function 的原理就是這樣，在 hash 運算時，可以透過「亂塞一堆資料到記憶體」的方式，降低硬體的運算優勢。這就是 hash 演算法，就稱為 memory-hard function。
Argo2 是屬於 memory-hard function 的一種演算法，Blockchain 開發者會知道它，是因為 Argo2 在 2015 年，從 24 個參賽者中，拿下 PHC 競賽的優勝。
Argo2 可以取代傳統的 SHA-256 函數。如果想要知道原因的話，一般的說法就是：Argo2 沒辦法用 ASIC 挖礦機進行挖礦。
接下來，可以試著 fork 一份 block0 專案，導入 Argo2 演算法，並試著比較 Argo2 與 SHA-256 的挖礦困難度。
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jollen
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7 years ago jollen
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7 years ago
Bitcoin mining 演算法，就是使用傳統的 SHA-256 函數，而 SHA-256 的優點，也好就是它的一個缺點。
Blockchain Developer - 簡單易懂的 Memory-Hard Function
SHA-256 函數是傳統的 hash 演算法，但是應用在區塊鏈系統時，有一個缺點。Bitcoin mining 演算法，就是使用傳統的 SHA-256 函數，而 SHA-256 的優點，也好就是它的一個缺點。
SHA-256 的問題
為了提升 SHA-256 的計算速度，工程師會利用行平行處理（parallelism）的技術。利用平行運算，大幅提升 SHA-256 的運算速度，這樣做不是很好嗎？
然而，這就是一個問題了。簡單來說，一個能平行化的演算法，就能使用硬體來做加速，例如，使用 GFP 或是 ASIC，這裡就是「弊端」所在了。從 Proof-of-Work 的觀點來看，「大家必須公平地做計算」，意思是說，因為 hash 值的運算是「decentralization」的架構，所以「大家的硬體最好一樣」。
Decentralization of Trust
Proof-of-work 的主要工作是 mining。此外，驗證交易的「可信度」，也是 proof-of-work 的一環。Proof-of-work 的工作不此於此，例如：miner 間的資料庫同步，也是包含在內。總之，proof-of-work 很忙。
這些 proof-of-work 的工作，是 miners 一起進行的，而不是由一個中央伺服器（centralized）來統一運算，這就是 decentralization of trust 的觀念。
更簡單來看，這就是所謂的 decentralization（去中心化）架構。以 mining 來說，每個人都可以參與 hash 值的運算（大家都可以挖礦），所以，想「快一點」的人，就會使用 ASIC 挖礦機。可是，有些人是用自已的電腦來挖礦。
到這裡，問題就很清楚了：大家的硬體如果等級不同，挖礦就會「不公平」。
Memory-Hard Function
為了解決這個問題，科學家就想出了一個方法。這個方法非常簡單，首先，你不可能強制每個人都要買一樣的電腦才能挖礦，所以解決方式就要回歸演算法的本質：parallelism。
於是，科學家提出一種稱為 memory-hard function 的 hash 演算法觀念：一種不能或難以平行化的 hash 演算法。
這讓我想過幾年前的一個有趣故事。過去，多核心處理器開始後，開始有 Android 手機的製造廠，以「多核心手機」做為市場宣傳口號。這當然很好啊，「多核就是快」。但是，學軟體的人都知道一個道理，就是「軟體必須支援多核心」。如果你的軟體設計，本身就不是多核心架構，那就會像這支手機一樣：明明是 4 核心，但是開機後，其實只用了 1 個核心，另外 3 個核心被關閉（省電考量）了。
有了 memory-hard function 後，「挖礦」就理論上公平了，並且也能消息弊端。因為，就算有頂極的挖礦機，也會像這支多核心手機一樣：再強的硬體也很難加速軟體運算。
Memory Intensive
Memory-hard function 是怎麼做到這點的呢？上述的「一種不能或難以平行化的 hash 演算法」，其實是利用這個原理：降低平行處理的優勢。讓平行處理難有發揮的空間，這樣就能降低 GFP、FPGA 或 ASIC 控礦機的優勢了。
要消除平行處理的優勢，只要讓軟體是 memory intensive 即可。Memory intensive 是每天都會看到的現象：記憶體不足時、電腦變慢。
Memory-hard function 的原理就是這樣，在 hash 運算時，可以透過「亂塞一堆資料到記憶體」的方式，降低硬體的運算優勢。這就是 hash 演算法，就稱為 memory-hard function。
Argo2
Argo2 是屬於 memory-hard function 的一種演算法，Blockchain 開發者會知道它，是因為 Argo2 在 2015 年，從 24 個參賽者中，拿下 PHC 競賽的優勝。
小結
Argo2 可以取代傳統的 SHA-256 函數。如果想要知道原因的話，一般的說法就是：Argo2 沒辦法用 ASIC 挖礦機進行挖礦。
接下來，可以試著 fork 一份 block0 專案，導入 Argo2 演算法，並試著比較 Argo2 與 SHA-256 的挖礦困難度。
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