1. Pengenalan
Protokol Bukti Kerja (PoW) adalah asas kepada keselamatan dan operasi rangkaian blok rantaian utama seperti Bitcoin dan Ethereum. Ia mengamankan lejar dengan menjadikan penciptaan blok mahal dari segi pengiraan. Walau bagaimanapun, ganjaran kewangan yang besar daripada perlombongan telah membawa kepada perlumbaan senjata perkakasan, memuncak dengan dominasi Litar Bersepadu Khusus Aplikasi (ASIC). Cip khusus ini menawarkan kecekapan tiada tandingan untuk fungsi cincang tertentu tetapi mahal, sukar diperoleh, dan menyumbang kepada pemusatan perlombongan. Kertas kerja ini memperkenalkan HashCore, fungsi PoW novel yang direka dengan premis songsang: untuk dilaksanakan dengan paling cekap pada Pemproses Tujuan Am (GPP) sedia ada dan tersedia secara meluas, seperti CPU x86, seterusnya mendemokrasikan akses kepada perlombongan.
2. Masalah Pemusatan ASIC
Isu teras yang ditangani oleh HashCore ialah pemusatan kuasa perlombongan. Pembangunan ASIC memerlukan modal, kepakaran, dan akses kepada fabrikasi semikonduktor yang besar, mewujudkan halangan masuk yang tinggi. Ini mengakibatkan ekosistem perlombongan yang dikawal oleh beberapa entiti besar, bercanggah dengan etos terdesentralisasi teknologi blok rantaian. Pemusatan kuasa cincang juga meningkatkan kerentanan rangkaian kepada serangan 51% jika satu entiti atau kartel memperoleh kawalan majoriti.
3. HashCore: Konsep Teras & Reka Bentuk
HashCore menyongsangkan masalah pengoptimuman ASIC tradisional. Daripada mereka bentuk perkakasan untuk algoritma tetap, ia mereka bentuk algoritma yang dioptimumkan untuk perkakasan sedia ada dan dikeluarkan secara besar-besaran. Pandangan utama ialah GPP sudah merupakan "ASIC" yang sangat dioptimumkan untuk beban kerja pengiraan biasa, seperti yang ditakrifkan oleh suite penanda aras seperti SPEC CPU 2017.
3.1. Penanda Aras Songsang
Kaedah ini, dinamakan penanda aras songsang, melibatkan pemodelan fungsi PoW berdasarkan beban kerja yang sama yang dioptimumkan oleh arkitek CPU dengan perbelanjaan berbilion dolar dan tahun R&D. Dengan berbuat demikian, HashCore memastikan "pelombong" yang paling cekap untuk algoritmanya ialah CPU standard, siap sedia.
3.2. Seni Bina Berasaskan Widget
HashCore bukan fungsi cincang tunggal tetapi meta-fungsi yang terdiri daripada "widget" yang dijana secara dinamik. Setiap widget ialah urutan kecil arahan tujuan am yang dijana secara pseudo-rawak yang direka untuk menekankan sumber pengiraan utama GPP (ALU, FPU, cache, lebar jalur ingatan). PoW keseluruhan melibatkan pelaksanaan rantai widget ini pada input (pengepala blok + nonce).
4. Analisis Teknikal & Bukti Keselamatan
4.1. Bukti Rintangan Pelanggaran
Kertas kerja ini menyediakan bukti formal bahawa HashCore adalah rintang pelanggaran, dengan andaian primitif kriptografi asas yang digunakan dalam widget adalah selamat. Bukti ini bergantung pada struktur rantai widget dan kerawakan penjanaan mereka, memastikan mencari dua input berbeza yang membawa kepada output cincang akhir yang sama adalah mustahil secara pengiraan.
4.2. Formulasi Matematik
Fungsi teras HashCore boleh diwakili secara abstrak. Biarkan $W_i$ menjadi fungsi widget ke-$i$, $G(benih)$ menjadi penjana widget pseudo-rawak, dan $H$ menjadi cincang kriptografi standard (cth., SHA-256) yang digunakan untuk pemuktamadan. Untuk input $x$ (pengepala blok + nonce):
$\text{benih} = H(x)$
$(W_1, W_2, ..., W_n) = G(\text{benih})$
$\text{perantaraan}_0 = x$
$\text{perantaraan}_i = W_i(\text{perantaraan}_{i-1})$ untuk $i = 1$ hingga $n$
$\text{HashCore}(x) = H(\text{perantaraan}_n)$
Rantai panjang berubah $n$ dan urutan widget bergantung data menjadikan pra-pengiraan dan pengoptimuman ASIC amat sukar.
5. Keputusan Eksperimen & Prestasi
Keputusan Simulasi: Kertas kerja ini membentangkan simulasi membandingkan prestasi HashCore pada CPU x86 moden berbanding ASIC teori yang dioptimumkan untuk cincang tradisional (cth., SHA-256). Metrik utama ialah Joule per Cincang. Walaupun ASIC mempunyai kelebihan mutlak dalam daya pemprosesan mentah untuk fungsi khususnya, kelebihan prestasinya berbanding CPU apabila menjalankan HashCore adalah kecil (dianggarkan kurang daripada 10x), berbanding kelebihan 1000x+ untuk SHA-256. "Pemampatan jurang prestasi" ini adalah metrik kejayaan utama.
Penerangan Carta (Konseptual): Carta bar akan menunjukkan "Kecekapan Tenaga (J/Cincang)" pada paksi-Y. Tiga bar: 1) SHA-256 pada ASIC (bar sangat pendek, sangat cekap). 2) SHA-256 pada CPU (bar sangat tinggi, tidak cekap). 3) HashCore pada CPU (bar hanya sedikit lebih tinggi daripada Bar 1, menunjukkan kecekapan hampir-ASIC pada perkakasan komoditi). Jurang antara Bar 1 dan Bar 3 adalah kecil, menyerlahkan secara visual matlamat HashCore.
6. Rangka Kerja Analisis & Kajian Kes
Rangka Kerja untuk Menilai Kerintangan PoW terhadap ASIC: Untuk menilai dakwaan seperti HashCore, penganalisis harus memeriksa: 1) Kerumitan & Kepelbagaian Algoritma: Adakah ia menggunakan campuran operasi CPU yang luas dan tidak dapat diramal (integer, titik terapung, cabang, operasi ingatan)? 2) Kekerasan Ingatan: Adakah ia memerlukan akses ingatan yang besar dan pantas yang mahal untuk dilaksanakan dalam ASIC? 3) Kebergantungan Berjujukan: Bolehkah kerja diparalelkan dengan mudah? 4) Penjajaran Penanda Aras: Sejauh manakah ia mencerminkan penanda aras CPU standard industri?
Kajian Kes - Perbandingan dengan Ethash (PoW lama Ethereum): Ethash juga direka untuk kerintangan ASIC melalui kekerasan ingatan (DAG). Walau bagaimanapun, ASIC untuk Ethash akhirnya muncul. Pendekatan HashCore adalah lebih asas: ia menyerang model ekonomi pembangunan ASIC dengan menjadikan platform perkakasan sasaran (GPP) sebagai sasaran yang bergerak, kompleks, dan dioptimumkan secara komersial, serupa dengan bagaimana rangkaian adversarial dalam CycleGAN belajar menjana data yang tidak dapat dibezakan daripada domain sasaran. HashCore pada dasarnya memaksa pereka ASIC untuk "mencipta semula CPU," satu tugas dengan kos dan kerumitan yang menghalang.
7. Aplikasi Masa Depan & Pembangunan
- Pelancaran Kriptowang Baru: HashCore adalah calon ideal untuk algoritma PoW asas blok rantaian baru yang mengutamakan penyahpusatan dan penyertaan perlombongan berasaskan luas dari hari pertama.
- Sistem Hibrid PoW/PoS (Bukti Kepentingan): HashCore boleh berfungsi sebagai komponen berat pengiraan, rintang ASIC dalam model konsensus hibrid, melengkapkan keselamatan berasaskan kepentingan.
- Pasaran Pengiraan Terdesentralisasi: Model berasaskan widget boleh diperluaskan untuk mencipta kerja yang terbukti berguna, di mana widget melaksanakan serpihan pengiraan saintifik dunia sebenar yang boleh disahkan (cth., simulasi lipatan protein serupa dengan Folding@home), bergerak ke arah "Bukti Kerja Berguna."
- Kesukaran Adaptif & Evolusi Perkakasan: Kerja masa depan melibatkan menjadikan penjana widget adaptif, supaya PoW "berevolusi" bersama kemajuan dalam seni bina GPP (cth., menekankan unit matematik AVX-512 atau matriks baharu), mengekalkan sasaran bergerak kekal untuk pereka ASIC.
8. Rujukan
- Georghiades, Y., Flolid, S., & Vishwanath, S. (Tahun). HashCore: Proof-of-Work Functions for General Purpose Processors. [Nama Persidangan/Jurnal].
- Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System.
- Back, A. (2002). Hashcash - A Denial of Service Counter-Measure.
- SPEC CPU 2017. Standard Performance Evaluation Corporation. https://www.spec.org/cpu2017/
- Zhu, J., Park, T., Isola, P., & Efros, A. A. (2017). Unpaired Image-to-Image Translation using Cycle-Consistent Adversarial Networks. In Proceedings of the IEEE international conference on computer vision (pp. 2223-2232).
- Buterin, V. (2013). Ethereum White Paper: A Next-Generation Smart Contract and Decentralized Application Platform.
9. Analisis & Ulasan Pakar
Pandangan Teras
HashCore bukan sekadar satu lagi algoritma "rintang ASIC"; ia adalah perubahan hala tuju strategik dalam perlumbaan senjata kripto-ekonomi. Penulis mengenal pasti dengan betul bahawa punca pemusatan perlombongan bukan hanya reka bentuk algoritma, tetapi asimetri ekonomi antara mereka bentuk ASIC tujuan tunggal dan platform pengiraan tujuan am berbilion dolar yang dioptimumkan secara global. Kejeniusan mereka terletak pada mempersenjatai perbelanjaan R&D seluruh industri semikonduktor terhadap pembangun ASIC khusus. Dengan menyelaraskan PoW dengan penanda aras SPEC CPU—laporan prestasi yang mendorong keputusan seni bina Intel dan AMD—HashCore menjadikan setiap kitaran naik taraf CPU sebagai naik taraf ASIC de facto untuk pelombongnya, secara percuma. Ini adalah pandangan yang jauh lebih mendalam daripada sekadar menambah kekerasan ingatan, seperti yang dilihat dalam pendahulu seperti Ethash atau keluarga CryptoNight yang digunakan oleh Monero.
Aliran Logik
Logik kertas kerja ini menarik tetapi bergantung pada andaian kritikal yang tidak terbukti: bahawa penjanaan pseudo-rawak "widget" yang menekan CPU boleh, dalam praktik, mencipta beban kerja yang seragam optimum merentasi pelbagai mikroarkitektur CPU (Intel vs. AMD vs. ARM) dan kekal sedemikian dari masa ke masa. Walaupun teori "penanda aras songsang" adalah kukuh, pelaksanaannya amat kompleks. Risikonya ialah mencipta PoW yang secara tidak sengaja memihak kepada pelaksanaan vendor CPU tertentu, katakan, arahan AVX-512, hanya mencipta semula pemusatan ASIC dengan nama berbeza—"pemusatan jenama CPU." Penulis mengakui ini tetapi menyelesaikannya dengan widget "adaptif" masa depan. Ini adalah jurang utama antara teori elegan dan penyebaran dunia sebenar yang sukar.
Kekuatan & Kelemahan
Kekuatan: Tesis ekonomi dan keselamatan teras adalah cemerlang. Bukti formal rintangan pelanggaran memberikan kredibiliti kriptografi yang diperlukan. Pendekatan berasaskan widget menawarkan fleksibiliti semula jadi dan merupakan cara bijak untuk mencipta "sasaran bergerak." Ia menangani masalah kebolehaksesan secara langsung, berpotensi membenarkan berbilion peranti sedia ada menyertai konsensus dengan bermakna.
Kelemahan & Risiko: Kelemahan utama ialah kerumitan pelaksanaan dan overhead pengesahan. Setiap pelombong mesti menjana dan melaksanakan kod widget unik secara dinamik. Ini menimbulkan kebimbangan keselamatan besar—bagaimana untuk menghalang widget berniat jahat daripada menyebabkan kerosakan atau mengeksploitasi pelombong? Pengesahan blok menjadi lebih intensif pengiraan daripada dalam PoW tradisional. Tambahan pula, seperti yang dinyatakan oleh konsortium SPEC sendiri, penanda aras boleh dimanipulasi. Jika algoritma penjanaan widget menjadi boleh diramal, pereka ASIC boleh mencipta cip yang cemerlang pada corak widget paling berkemungkinan, memecahkan model. Kertas kerja ini juga sebahagian besarnya mengabaikan peralihan industri yang semakin hampir ke arah Bukti Kepentingan (PoS), seperti yang diperjuangkan oleh Merge Ethereum, yang bertujuan menyelesaikan pemusatan dengan menghapuskan persaingan perkakasan sama sekali.
Pandangan Boleh Tindak
Untuk arkitek blok rantaian: Uji HashCore dalam testnet atau rantai sisi dengan segera. Uji tekanan penjana widget untuk bias dan kerentanan keselamatan. Bekerjasama dengan pengilang CPU untuk memahami peta jalan seni bina masa depan, berpotensi menjadikan HashCore sebagai standard kolaboratif.
Untuk pelabur dan pelombong: Lihat HashCore bukan sebagai pesaing langsung Bitcoin, tetapi sebagai calon utama untuk generasi seterusnya syiling terdesentralisasi yang berfokuskan komuniti. Kejayaannya bergantung pada komuniti yang menghargai perlombongan egalitarian berbanding kecekapan tulen. Pantau projek yang menggunakannya dan nilai pengagihan hashrate mereka dalam dunia sebenar.
Untuk pengilang ASIC: Tulisan sudah di dinding. Trend jangka panjang adalah menentang cip perlombongan algoritma tetap, fungsi tunggal. Pelbagaikan ke kawasan seperti pecutan bukti pengetahuan sifar atau lapisan ketersediaan data blok rantaian modular, yang mewakili sempadan seterusnya perkakasan kripto khusus, namun mampan.
Kesimpulannya, HashCore adalah penyelidikan seminal yang mengalihkan paradigma PoW. Walaupun halangan praktikal adalah ketara, idea terasnya—memanfaatkan ekonomi pengiraan tujuan am—adalah laluan paling dipercayai ke hadapan untuk memelihara konsensus berasaskan pengiraan yang terdesentralisasi dalam dunia pasca-ASIC. Ia layak mendapat ujian dunia sebenar yang ketat.