Observación dorada | ¿Actualización de Ethereum ProgPoW sin esperanza otra vez? Comprenda ProgPoW en un artículo

ProgPow, que originalmente estaba planeado para implementarse en la bifurcación dura de Estambul, finalmente tiene noticias nuevamente, pero cuando la actualización aún está pendiente.

Según CryptoBriefing, los principales desarrolladores de Ethereum están avanzando en ProgPoW, que está programado tentativamente para una actualización de bifurcación dura en julio. Dado que los fabricantes de máquinas de minería Bitmain e Innosilicon lanzaron las máquinas de minería Ethereum ASIC E3 y A10 de circuitos integrados específicos de la aplicación (ASIC) en abril y julio de 2018, respectivamente, para evitar que los fabricantes profesionales de máquinas de minería ASIC monopolicen la computación de Ethereum Para proteger la descentralización y seguridad de red de la red Ethereum, la comunidad Ethereum ha estado discutiendo el tema de convertir el algoritmo Ethereum a ProgPoW durante los últimos dos años. El nuevo algoritmo podría hacer que la minería de Ethereum sea resistente a ASIC.

Sin embargo, la última noticia es que el coordinador de la bifurcación dura James Hancock habló sobre si ProgPoW debería colocarse en la misma bifurcación que EIP-1962, pero los miembros principales de la comunidad Ethereum como Ameen Soleimani de Spankchain, Martin Köppelmann de Gnosis y Hayden Adams de Uniswap, Igor Lilic de ConsenSys y numerosos desarrolladores de Ethereum expresaron su oposición a ProgPoW. En otras palabras, los desarrolladores centrales de Ethereum no han llegado a un consenso sobre ProgPoW, ni han establecido tentativamente el tiempo para la bifurcación dura.

Entonces, ¿qué es exactamente ProgPoW? ¿Cómo puede ProgPoW reducir la brecha entre la minería de GPU y ASIC?

ProgPoW modifica principalmente el algoritmo Ethash de Ethereum de acuerdo con las características de la GPU para reducir la brecha de potencia informática entre la GPU y el ASIC dedicado.

Para explicarlo en una oración, en palabras del equipo de desarrollo de ProgPoW IfDefElse: "La minería de PoW generalmente consiste en diseñar hardware para hacer que el algoritmo sea más eficiente. Pero ProgPoW es lo contrario, primero tener el hardware y luego modificar el algoritmo para que coincida". ."

Algoritmo Ethash

PoW es un término general para un concepto, y hay muchas implementaciones de algoritmos. El algoritmo PoW específico actualmente utilizado por Ethereum es Ethash, que es una variante del algoritmo Dagger-Hashimoto.

El algoritmo de Hashimoto utiliza una estrategia de saturación de E/S para combatir los ASIC, lo que hace que la lectura de la memoria sea un factor limitante en el proceso de minería PoW. El algoritmo Dagger utiliza DAG (gráficos acíclicos dirigidos, gráfico acíclico dirigido) para realizar simultáneamente las dos características de solución de memoria difícil y verificación fácil de memoria. El principio fundamental es que el proceso de minería necesita almacenar datos DAG completos y, al mismo tiempo, parte de los datos en el DAG deben extraerse al calcular cada nonce.

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Como resultado de elegir este algoritmo, el cuello de botella del rendimiento informático de la minería radica en el tamaño de la memoria y el ancho de banda de la memoria, y tiene poco que ver con la potencia informática hash. Por ejemplo, cuando NVIDIA GTX1070 ejecuta Ethash, cuando la utilización de la memoria alcanza el 88,3 %, el SM (streaming multiprocessor), que es el núcleo informático de la tarjeta gráfica, solo tiene una tasa de utilización del 27,7 %.

Al mismo tiempo, el despliegue a gran escala de máquinas de minería ASIC con memoria compartida no puede generar un aumento lineal en la eficiencia de la minería en la misma proporción.

El flujo general del algoritmo Ethash es el siguiente:

1. Primero calcule una semilla basada en la información del bloque;

2. Usando esta semilla, calcule datos de caché de 16 MB.

3. Calcule un conjunto de datos (DAG) de 1 GB (tamaño inicial) a través del caché. DAG puede entenderse como un espacio de búsqueda completo. Todos los clientes y mineros necesitan almacenar el DAG completo.

4. Minería: es necesario extraer repetidamente al azar 64 veces los datos del DAG para calcular el mixhash con otros datos (como se muestra en la figura a continuación)

En los primeros códigos de contrato inteligente de Ethereum y Solidity, Keccak y SHA3 eran sinónimos. Después de que NIST estandarizó SHA3 en agosto de 2015, los algoritmos estándar SHA3 y Keccak son diferentes. Para evitar confusiones con el estándar SHA3 de NIST, el código actual utiliza directamente Keccak como nombre de función.

Cada vez que Ethash obtiene aleatoriamente 64128 bit = 8192 Bytes de datos de DAG. Tomando como ejemplo la tarjeta gráfica GTX 1070, el ancho de banda es de 256 GB/s, por lo que puede soportar 256*1024*1024*1024/8192=33554432 operaciones Ethash por segundo, lo que equivale a una potencia informática de 33 MH/s.

ASIC dedicados para Ethash

Se puede resolver adaptando hardware de propósito especial de acuerdo con los comandos que deben ejecutarse.Por ejemplo, la función hash Keccak, que se llama al principio y al final de Ethash, se puede ejecutar de manera más eficiente en ASIC.

Para Ethash, existen en términos generales tres funciones dedicadas que un ASIC dedicado puede emplear para mejorar el rendimiento informático:

Una interfaz de memoria de gran ancho de banda (generalmente GDDR6 o HBM2) para importar datos del DAG

Un motor keccak para el cálculo de hash Keccak;

Un pequeño núcleo de computación para realizar operaciones de módulo de dirección y FNV de bucle interno;

Los ASIC personalizados resultantes serían más pequeños y consumirían menos energía que las GPU existentes. Las máquinas de minería Ethereum ASIC de alta configuración (GDDR6 o HBM2) pueden lograr el doble de rendimiento de minería que las máquinas de minería GPU.

De hecho, los principales fabricantes de máquinas de minería han lanzado máquinas de minería Ethereum ASIC. En abril de 2018, Bitmain lanzó la máquina de minería Ethereum ASIC E3 e Innosilicon lanzó la máquina de minería Ethereum ASIC A10 en julio de 2018. Sin embargo, debido a la resistencia de la comunidad Ethereum, la amenaza puede modificar el algoritmo. Al mismo tiempo, hay algunas razones técnicas. Por ejemplo, debido a que el E3 de Bitmain usa memoria DDR3, las máquinas de minería ASIC no tienen mucha ventaja de poder de cómputo sobre GPU. Por lo tanto, los mineros de Ethereum ASIC no han visto una adopción masiva.

¿Qué cambios hizo ProgPoW?

ProgPoW es la abreviatura de prueba de trabajo programática. Como dijo IfDefElse, para igualar las características de hardware de las GPU convencionales actuales, el algoritmo ProgPoW ha realizado principalmente las siguientes mejoras:

1. Cambie keccak_f1600 (palabra de 64 bytes) a keccak_f800 (palabra de 32 bytes). 32 bytes es el número real de bits procesados ​​por las GPU convencionales actuales en una sola operación.

2. Se agrega una secuencia aleatoria matemática en el bucle principal. Los núcleos de computación GPU actuales tienen una gran cantidad de scratchpads que proporcionan señales para unidades matemáticas programables de alto rendimiento. El ciclo interno de Ethash comienza con la carga de DAG y luego usa FNV para fusionar los datos en pequeños estados mixtos. ProgPoW agrega una serie de instrucciones matemáticas aleatorias y lecturas de caché aleatorias, que a su vez se fusionan en un estado híbrido más grande.

3. El tamaño de lectura de los datos DAG aumenta de 128 bytes a 256 bytes. La GPU DRAM convencional actual es de 32 bits (32*8=256 bytes), por lo que ProgPoW se puede ejecutar de manera más eficiente en los dispositivos DRAM actuales;

4. La GPU tiene una pequeña cantidad de memoria scratchpad de alta velocidad, lo que permite un rápido procesamiento y acceso a direcciones aleatorias. ProgPoW también aprovecha esta característica de la GPU.

El número de operaciones iterativas, es decir, el número de visitas al DAG se mantiene sin cambios, que sigue siendo 64 veces mayor que Ethash.

Después de la optimización, ProgPoW puede mejorar en gran medida la potencia informática de la GPU. Los resultados de las pruebas de Nvidia GTX1070 con ProgPoW muestran que cuando la tasa de utilización de la memoria alcanza el 87,55 %, la tasa de utilización de SM (transmisión multiprocesador) del núcleo informático de la GPU puede alcanzar el 87,95 %.

ProgPoW reduce significativamente la brecha de rendimiento entre ASIC y GPU

En teoría, todavía es posible fabricar ASIC dedicados a realizar ProgPoW. Pero este tipo de ASIC no solo necesita una interfaz de memoria de gran ancho de banda y un pequeño motor Keccak+KISS99; también necesita un núcleo de cómputo con grandes registros y una gran cantidad de capacidades matemáticas aleatorias; un caché con alto rendimiento, baja latencia y gran almacenamiento.

La consecuencia práctica es que estos ASIC especializados funcionarán de manera muy similar a las GPU existentes. El rendimiento informático optimizado de ASIC solo será 1,1-1,2 veces mayor que el de la GPU actual, lo que reducirá en gran medida la brecha de rendimiento entre ASIC y GPU.

Teniendo en cuenta el enorme costo de desarrollar ASIC y la resistencia de la comunidad Ethereum, el rendimiento de costo extremadamente bajo de desarrollar ASIC Ethereum también hará que los fabricantes de máquinas mineras tomen la iniciativa de mantenerse alejados de Ethereum.

De hecho, boicotear a ASIC en sí mismo también es controvertido. Porque a los ojos de algunas personas, la GPU también es una forma de ASIC.

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