PoW真的應該被歷史淘汰了麼？
9月7日20:00，TrueChain初鏈基金會理事張翰做客「火星財經創始學習群」，從POW的困局、ASIC的前世今生、根本上抗ASIC的理論基礎三個方面，分享了“PoW 的救贖：根本上抗ASIC的挖礦原理”。
他表示，ASIC的出現使得算力空前集中在少數礦池手裡，降低了網絡去中心化的程度，但目前抗ASIC的方式只是增加了設計ASIC的難度，並沒從根本上抗ASIC。
如何才能從根本上抗ASIC呢？他認為需要想辦法把礦工拉回馮諾依曼瓶頸之內，將改算法的機制設計在挖礦算法之內，讓所設計的算法足夠豐富，使得運算通用性再次變的重要。
以下為張翰分享原文，由火星財經（微信：hxcj24h）整理：
一、PoW的困局
2008年，中本聰創造了比特幣，宗旨是創造任何人都能參與的去中心化金融體系。
由於ASIC的出現，使得算力空前集中在少數礦池手裡，從而降低了網絡去中心化的程度。
此後，在不同的一代幣中，出現了諸多PoW 算法，其中一個核心考量就是如何抗ASIC。
不過這些抗ASIC的方式，通常只是增加了設計ASIC的難度，並沒有實現從根本上抗ASIC。因此，這些算法在足夠經濟利益出現後，被ASIC廠商一一擊潰。
我這裡列了個清單：
因此，項目方與ASIC廠商的這輪對抗，戰術上以完敗的結果而告終。
但是戰略上卻出現了新的變化。以 Casper、EOS、ADA、NEO為首的幣種，拋棄PoW轉而使用PoS或DPoS。
這個變化對PoW來說是滅頂之災，因為在第三代公鏈裡面，除了初鏈之外，幾乎沒有其它項目仍然採用PoW。
那麼PoW就真的應該被歷史淘汰了麼？顯然不是的，但PoW必須先解決一系列自身的問題，才有可能浴火重生。這裡，我們重點介紹關於挖礦算法層面上的突破，以及給出一套根本上抗ASIC的算法基礎。
二、ASIC的前世今生
下面我們講一下ASIC為什麼那麼強大。其實想理解這個問題，我們應該問CPU為什麼那麼弱？
這個道理其實很簡單，CPU的設計為了通用計算的需求，採取了馮諾依曼架構。馮諾依曼架構分三個部分：內存、計算單元與控制單元。
數據和程序通常存在內存中，執行計算是需要傳送到計算單元。這個有限的傳輸帶寬被稱之為馮諾依曼瓶頸。
那麼問題來了，如果我們只需要做單一計算呢？比如說，比特幣挖礦的 Sha-256d。它的inner loop結構很簡單，簡單到可以直接用硬件方法，把它刻到計算單元裡去。因為是直接刻的，所以這個芯片除了算Sha-256，什麼也幹不了，這就是我們的ASIC（Application specific integrated circuit）。
如上圖所示，ASIC的內部大概這樣。
目前抗ASIC的方式，一般都是給ASIC增加內存壓力或傳輸壓力，例如，Ethash需要礦工讀大表，Equihash也類似。但這只是給ASIC增加難度而已，並沒有從根本上對它壓制。
例如，最近比特大陸出的Antminer E3，它的芯片大概如下圖：
在計算單元周圍布一圈ddr顆粒，主要的計算部分還是在計算單元內部完成的。
三、根本上抗ASIC的理論基礎
最後講一下如何設計出從根本上對抗ASIC的挖礦算法。
在第二部分，我講了ASIC挖比特幣快，是因為比特幣挖礦算法單一，ASIC 可以拜託馮諾依曼架構，從而跳過馮諾依曼瓶頸。那麼，從根本上對抗ASIC的方法其實很簡單，就是我們要想辦法把礦工拉回馮諾依曼瓶頸之內。
怎麼拉呢？大致上說，我們所設計的算法需要有足夠豐富，使得運算通用性再次變的重要。
我們可以借鑑門羅的經驗——週期性改算法。但門羅自己也是有問題的，社區投票hard fork太沒技術含量，但更大的問題是沒有任何人知道項目方（目前基本上可以左右投票結果）是否事先準備了新算法的ASIC。
因此，我們必須將改算法的機制設計在挖礦算法之內。
根本上抗ASIC的算法，需要滿足以下幾點：
1.令S為一個算法集合，欲實現S中的所有算法，必須經過馮諾依曼瓶頸。2.每T個區塊切換一次算法，切換方式必須滿足可驗證且不可預測。3.算法切換沒有人為干預。大致分析一下，我們需要礦工使用通用計算，意味著他必須掌握一個大集合的算法，但因為每次只能用一個算法，所以必須加入切換算法的機制，才能保證通用性得到獎勵。
切換算法時，我們又必須保證沒有人可以事先準備下一週期的 ASIC，因此我們需要可驗證且不可預測性。有沒有實現的可能？
Truehash的實現方式是基於對置換群的表示論，以及RSK correspondence。置換群非常大，數學界以前研究的也比較透，比較容易產生大量的不同算法。
令G為一個群，對每個群元素g，令rho_V(G)為G在向量空間V上的表示。
在普通挖礦算法中，將 blockheader、nonce等信息經過padding等運算之後，會形成一個向量v(nonce)。通過窮舉不同nonce值，來尋找 hash(v(nonce))小於難度係數的結果。
Truehash的改動部分是，將hash(v(nonce))改為hash(rho(g)*v(nonce))。只要G足夠複雜，這個算法集合就不可能全部寫死在計算單元內。由於算法會隨機切換，馮諾依曼瓶頸將不可避免。
Truehash的算法切換原理是，每12000個PoW區塊換一次群元素，12000 個PoW區塊大概需要83天的時間生成。
新的群元素信息由上個週期的第1–8192個區塊所組成，組成方式通過分析第11001-11256個區塊的哈希值所產生。由於區塊的哈希值不可提前預知，在第11256個區塊出現之前，任何人都不可能知道關於新算法的任何信息。
從上週期的第11257個區塊到該算法作廢，總共只有88天的時間，這麼短的時間內生產ASIC沒有任何意義。
問答環節
Q1: True堅持使用POW，而且優化為fPOW，背後的思考是？fPOW如何優化POW？
A1: 回到PoW自身的問題上，fPoW 是為了解決挖礦的公平性。大致上說，算力礦池除了自身算力強悍之外，還可能用ASIC Boost、Selfish mining、Eclipse attack等種種手段，使得出塊率>算力佔例。經濟上增加了他們的壟斷能力，網絡安全上他們並不需要 51%的算力，就可以實施51%攻擊。這裡面有個很好的案例是 XVG，大家可以查下資料，看看XVG 是怎麼被掌握10%的算力礦池實施51%攻擊的。Q2:馮諾依曼瓶頸的確是制衡ASIC的好方式，但速度、效率是否不可避免的下降？這套制衡策略是否讓採取POW的公鏈回到舊有的問題上去？
A2: 全網算力1Th/s還是1Ph/s對網絡本身安全影響不大，所以拼算力這個問題，更多是節點與節點之間的競賽。如果全網hash rate降了1000 倍，但每個節點也都等比下降1000倍，且任意節點很難恢復原來算力，這個不會有任何影響。Q3:解決了PoW的公平性，那麼怎麼看待PoW的效率，如何看待PoW與PoS?
A3: PoW的效率其實不比PoS 低，這裡面可能有個誤區：大家認為PoW 要經過很複雜的計算才能出塊，PoS不用，所以 PoS會更快。事實上區塊鏈的真正瓶頸是網速。Q4: 能耗環境效率呢？
A4: 如果PoW圈資源，圈來的全是哈希計算器，那這確實是極大的浪費。因為1Ph/s和1Th/s對網絡本身根本沒有任何區別。所以混合共識的一個好處是，PoW將只是節點的一個入口，節點通過PoW來競爭當選PBFT 委員。PBFT的算力是真實用來處理交易的，所以說只要PBFT部分佔比越來越高（例如，通過 Sharding 來實現多委員會），那麼能源效率也會越來越高。Q5: ASIC的出現未必是壞事？抗ASIC的過程中公鏈在不斷迭代自己的算法變換方式，ASIC芯片自身也不斷迭代、優化，降低能耗，便攜，進入電腦甚至手機，逐漸靠近真正實現算力去中心化？張老師怎麼看？
A5: ASIC和公鏈項目方之間的對抗，確實使得項目方搞出了很多很複雜的哈希算法，同時ASIC廠商也見招拆招，搞出了很多很牛的礦機芯片。但這跟PoW圈哈希計算器那個問題一樣，似乎項目方和廠商圈來的資源都沒什麼實際意義。同時還把 PoW真真地傷到了，項目方現在都搞 PoS了，ASIC 廠商再牛又有什麼用？關於挖礦進入電腦、手機這個問題，我的觀點是真不推薦。別的不說，CPU佔用直接到100%，電腦、手機立刻卡死、變熱、變慢，至少用臺式機挖礦吧。嘉賓簡介
張翰 / TrueChain初鏈基金會理事
初鏈研究負責人，澳大利亞新南威爾士大學數學系博士，曾任麥格理銀行量化分析師，澳大利亞奧林匹克數學國家隊教練，中國科學院高性能計算研究團隊研究員。曾部分證明 Gangolli 猜想，獲得過兩項美國先行專利。對話發起人
嶽漢超 / DoraHacks合夥人
全球最大Hacker組織DoraHacks合夥人，對外合作負責人；作為發起人舉辦過數十場大型黑客馬拉松，對接全球數百個頂尖前沿科技組織+社區；清華大學經濟學學士。文章聲明：本文根據「火星財經創始學習群」嘉賓分享內容整理，不代表火星財經立場，轉載須在文章標題後註明“文章來源：火星財經（微信：hxcj24h）”。