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塊鏈的初衷談起，記賬設備的發展經歷了三代，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圈發展演變有一個更加清晰地認識。(文：Cyber Kuber)
挖礦裝備發展簡介
第一代裝備，CPU，2009年中本聰發布的比特幣系統采用普通臺式機的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開始出現并取代CPU進行挖礦。與CPU相比，GPU速度提高很多。發展到GPU挖礦階段，比特幣已經慢慢顯現出不對等的跡象，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，FPGA即現場可編程門陣列，它的優勢在于可編程性，為降低設計成本提供了可行方案。相比電腦CPU、GPU，FPGA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的，它可以看成ASIC芯片測試方案。與同一時期的GPU相比，FPGA的性能價格差不多，但功耗比較低是它的一個優點。
在2012年，FPGA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，所以成本較FPGA低。FPGA和ASIC兩種挖礦設備的實現形式有很多相似的地方，FPGA更通用，而ASIC更體現專門定制。下圖是南瓜張110nm工藝的第一代阿瓦隆芯片。
業內反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，大眾已經很難參與進來。這一現狀的導致挖礦行業日趨中心化，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
倡導去中心的區塊鏈是否真的要以另一種中心化的方式出現?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，它的出現給被中心化陰霾所籠罩的礦業帶來了一線生機。
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函數對輸入進行計算，初始化線性同余偽隨機數發生器種子。以K塊(每塊32字節)為單位連續填充工作存儲器，其中前K-1塊由偽隨機數發生器產生，最后1塊是根據前面填充的內容隨機選擇散列函數族(16種不同散列函數)中的一種填充，并更新隨機數發生器種子。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函數產生隨機數發生器種子，并初始化長度為L字節的狀態變量。隨后進行C次主循環，在每次主循環中，將進行64L次子循環。在子循環中，都將由隨機數發生器產生一對地址，對工作存儲器中這兩個地址的字節數據和狀態向量中的字節數據，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向量內容。在子循環結束后，將使用散列函數族的函數更新狀態向量和重新初始化隨機數發生器種子。按照現有的參數設計，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結果)，使用散列函數族更新狀態向量，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容量優化，而對于GPU或者ASIC則難以滿足同時執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種散列函數構成的散列函數族，并從中隨機選擇執行，其二是在修改工作存儲器階段使用嚴格串行的執行序列，而且以字節為單位訪問;最后，整個方案控制邏輯復雜，所需存儲器容量大，內存訪問地址不規則，難以使用傳統堆疊大量加速部件模塊的方法實現ASIC。
CryptoHello算法是由Ulord(優壹)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的中心化，體現了研發團隊開放自由、倡導公平、尊重創造的價值理念。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!
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(作者：Cyber Kuber)
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