HashCore：專為通用處理器設計嘅工作量證明函數

1. 簡介

工作量證明（PoW）係比特幣同以太坊等主要加密貨幣嘅基礎共識機制，通過要求計算工作量嚟添加新區塊，從而保護區塊鏈。然而，挖礦帶來嘅巨大經濟回報引發咗專用硬件（特別係專用集成電路，ASIC）嘅軍備競賽。本文介紹HashCore，一種新穎嘅PoW函數，專為喺現有通用處理器（GPP，例如常見嘅x86 CPU）上最高效執行而設計。其核心論點係將ASIC開發問題倒轉：唔係為特定功能設計硬件，而係設計一個現有、廣泛可用嘅硬件已經為其優化嘅功能。

2. ASIC中心化問題

為PoW挖礦（例如比特幣嘅SHA-256）開發同部署ASIC，造成咗巨大嘅進入門檻。ASIC設計係資本密集型、耗時，而且通常由少數大型製造商控制。呢個導致挖礦中心化，網絡嘅算力集中喺少數能夠負擔最新ASIC嘅實體手中。呢種集中化同區塊鏈技術去中心化嘅理念相違背，並帶來安全風險（例如潛在嘅51%攻擊）。HashCore旨在通過令標準電腦CPU成為最有效率嘅「礦機」嚟緩解呢個問題。

3. HashCore：核心概念與設計

HashCore被構建為一個PoW函數，由運行時偽隨機生成嘅「組件」組成。每個組件執行一系列旨在消耗處理器計算資源嘅GPP指令。

3.1. 逆向基準測試

關鍵創新係逆向基準測試。HashCore唔係用固定工作負載去測試硬件，而係將自己嘅工作負載建模為GPP明確設計同優化以高效運行嘅基準測試。主要例子係x86處理器嘅SPEC CPU 2017基準測試套件。芯片設計師實際上係為呢啲基準測試製造ASIC。通過模仿佢哋嘅特性，HashCore確保GPP係其PoW嘅最佳ASIC。

3.2. 基於組件嘅架構

該函數唔係單一、靜態嘅哈希，而係組件嘅動態組合。每個組件代表一個小型、獨立嘅計算任務，模仿現實世界嘅GPP工作負載（例如整數運算、浮點計算、記憶體存取模式）。呢啲組件嘅序列同參數係根據區塊頭輸入偽隨機確定嘅，防止預先計算並確保工作負載保持通用性。

4. 技術分析與安全性證明

4.1. 抗碰撞性證明

本文提供咗一個正式證明，無論組件實現如何，HashCore都具有抗碰撞性。論證嘅關鍵在於從組件構建整體哈希函數。如果底層原語同組合組件輸出嘅方法（例如使用Merkle-Damgård結構或海綿結構）喺密碼學上係穩固嘅，咁樣搵到兩個產生相同最終HashCore輸出嘅唔同輸入，喺計算上仍然係不可行嘅。

4.2. 數學公式化

PoW可以概念化為搵到一個隨機數 $n$，使得： $$\text{HashCore}(\text{BlockHeader}, n) < \text{Target}$$ 其中，對於訊息 $M$，$\text{HashCore}(M)$ 計算如下： $$H_{\text{final}} = C(W_1(M), W_2(M), ..., W_k(M))$$ 此處，$W_i$ 係偽隨機選擇嘅組件，而 $C$ 係一個抗碰撞嘅組合函數（例如標準哈希如SHA-3）。選擇同參數化 $W_i$ 嘅隨機性源自 $M$，確保每次哈希嘗試嘅工作負載獨一無二。

5. 預期性能與結果

雖然PDF冇包含具體嘅性能圖表，但預期結果有定性描述：

性能對等：高端消費級CPU（例如Intel Core i9、AMD Ryzen 9）應該能夠達到同為HashCore建造嘅假想ASIC相若嘅哈希率，因為CPU已經係針對類似基準測試工作負載嘅優化平台。
ASIC效率低下：為HashCore設計嘅自訂ASIC將面臨收益遞減。基於組件嘅工作負載嘅複雜性同可變性，令固定功能嘅ASIC設計成本極高，而且速度只係比GPP快少少，破壞咗其經濟優勢。
記憶體限制特性：組件設計唔單止消耗ALU，仲包括快取同記憶體子系統，呢個係其他抗ASIC算法（如Ethash）使用嘅策略。呢個增加咗任何潛在ASIC嘅成本同複雜性。

圖表概念：一個理論上嘅柱狀圖會顯示「哈希率/成本」比率，其中GPP上嘅HashCore比率會顯著高於GPP上嘅傳統PoW（SHA-256），並且幾乎等於理論ASIC上嘅HashCore。

6. 分析框架與案例研究

評估PoW抗ASIC能力嘅框架：

工作負載可變性：算法會隨時間或每次計算而改變嗎？（HashCore：高 - 隨機組件）。
硬件利用率：佢係咪利用GPP嘅多個唔同部分（ALU、FPU、快取、記憶體控制器）？（HashCore：高）。
記憶體硬度：性能係咪受記憶體頻寬/延遲限制，而唔係純粹計算？（HashCore：設計如此）。
現有優化：工作負載係咪類似於具有商業重要性嘅基準測試？（HashCore：高 - SPEC CPU）。

案例研究 - 與以太坊Ethash對比： Ethash亦具有抗ASIC能力，但使用基於記憶體硬度、DAG嘅方法。雖然有效，但其工作負載係挖礦專用嘅。HashCore嘅「逆向基準測試」係一個更直接嘅經濟論點：佢利用咗Intel同AMD為優化CPU進行通用基準測試而投入嘅數十億美元研發資金。為HashCore設計嘅ASIC，係同整個半導體行業為類似問題集進行嘅優化競爭。

7. 未來應用與發展

新加密貨幣： HashCore係優先考慮去中心化同平等挖礦嘅新區塊鏈共識機制嘅理想候選。
混合PoW/PoS系統：可以用於過渡或混合模型，例如以太坊轉向權益證明（PoS），喺完全過渡之前，由PoW保護網絡。
去中心化計算市場：理論上，組件所做嘅「有用工作」可以導向可驗證嘅現實世界計算（例如蛋白質摺疊、天氣模擬），邁向「有用工作量證明」。呢個喺驗證同公平性方面面臨重大挑戰，但仍然係一個長期願景。
適應其他架構：該原則可以擴展，通過創建模仿ARM（移動/伺服器）、RISC-V或GPU計算基準測試（例如GPU挖礦嘅Luxor）嘅HashCore變體。

8. 核心洞察與分析師觀點

核心洞察： HashCore唔只係另一個抗ASIC算法；佢係一個戰略性嘅經濟黑客。佢認識到，對於任何任務，最終嘅「ASIC」係市場已經投入最多資本去優化嘅硬件。通過將PoW同價值數十億美元嘅通用CPU行業嘅性能目標對齊，佢令中心化喺經濟上失去吸引力。呢個係比單純增加記憶體要求（如Ethash或CryptoNight系列所見）更深刻嘅洞察。

邏輯流程： 論證非常優雅：1) ASIC導致挖礦中心化。2) ASIC效率高係因為佢哋為單一任務優化。3) CPU/GPU製造商為標準基準測試（SPEC等）優化其芯片以贏取市場份額。4) 因此，設計一個模仿呢啲基準測試嘅PoW。5) 而家，最佳嘅「挖礦ASIC」就係你已經擁有嘅CPU，而Intel/AMD就係你唔知情嘅ASIC開發者。從技術優化到市場動態嘅邏輯飛躍，正係HashCore嘅亮點所在。

優點與缺陷：
優點： 核心經濟前提穩固。使用已確立嘅密碼學組合器（$C$）處理組件，為證明基礎安全性提供咗清晰路徑。佢直接解決咗中心化嘅根本原因——硬件存取嘅經濟不對稱。
缺陷與風險： 魔鬼喺組件細節之中。設計真正多樣化、不可預測且平等消耗所有相關CPU子系統嘅組件，係一項巨大嘅工程挑戰。設計唔好嘅組件集合可能存在偏見，可能被聰明嘅專用電路利用。此外，呢個方法並唔阻止大規模部署標準CPU農場，呢個仍然可能導致另一種形式嘅中心化（雲端/數據中心挖礦）。PoW嘅能源消耗批評仍未得到解決。

可行洞察：
1. 對於區塊鏈開發者： HashCore為新嘅、公平啟動嘅加密貨幣提供咗一個可行藍圖。佢嘅價值喺社區分發同挖礦去中心化至關重要嘅項目中最高。
2. 對於投資者： 對任何「抗ASIC」嘅聲稱保持懷疑。仔細審查機制。HashCore基於基準測試嘅理據，比單純依賴記憶體大小嘅算法更持久。尋找使用呢類有經濟基礎嘅PoW設計嘅項目。
3. 對於研究人員： 「逆向基準測試」概念係一片沃土。佢可以應用於使用ML基準測試套件為移動設備創建PoW嗎？組件輸出可以變得真正有用嗎？彌合到「有用工作量證明」嘅差距，正如Primecoin等項目或圍繞「有用工作」嘅研究所探索嘅？
4. 關鍵路徑： HashCore嘅成功完全取決於一個嚴謹、開源嘅實現以及對其組件庫嘅廣泛同行評審。冇咗呢啲，佢只係一個有趣嘅理論。社區應該施壓要求公開測試網同詳細規格，以壓力測試其聲稱。

總而言之，HashCore將PoW去中心化問題從硬件軍備競賽重新定義為一場經濟對齊遊戲。佢係一個聰明但未經證實嘅策略。佢嘅最終考驗唔係喺學術證明中，而係喺現實世界嘅經濟激勵下，佢係咪能夠喺實際環境中維持去中心化嘅礦工分佈。正如許多「抗ASIC」幣嘅失敗所顯示，呢個係唯一重要嘅基準。

9. 參考文獻

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