Ethash

Ethash：以太坊的权益证明算法详解

Ethash是最初用于以太坊（以太坊）区块链的权益证明（Proof-of-Work，PoW）算法。它被设计用来抵抗ASIC（专用集成电路）挖矿，并鼓励更广泛的参与，从而提高网络的去中心化程度。虽然以太坊已经迁移到权益证明（Proof-of-Stake，PoS）机制，但理解Ethash的历史和技术原理对于理解以太坊的发展至关重要。本文将深入探讨Ethash的工作原理、设计目标、优缺点以及它对加密货币挖矿生态系统的影响。

Ethash 的设计目标

在Ethash设计之初，以太坊的主要目标是创建一个具有以下特点的区块链：

抗 ASIC性：避免少数拥有强大ASIC矿机的矿工控制网络，鼓励使用通用硬件（如GPU）进行挖矿，从而实现更广泛的参与。
去中心化：通过降低进入门槛，促进更多矿工的加入，增强网络的抗审查性和安全性。
内存密集型：使挖矿过程更依赖于内存带宽，而不是计算能力，从而增加攻击网络的成本。
可升级性：算法设计应具有一定的灵活性，以便在未来进行改进和调整。

Ethash 的工作原理

Ethash是一种内存密集型的哈希算法，其核心思想是利用一个称为“DAG”（Directed Acyclic Graph，有向无环图）的数据结构。DAG的大小随着时间推移而增长，需要大量的内存来存储。

DAG 的生成

DAG并非预先计算好的，而是由每个矿工根据当前的区块高度（block height）动态生成。DAG的生成过程如下：

1. 种子哈希（Seed Hash）：每个以太坊区块都包含一个种子哈希，这个哈希值是前一个区块的哈希值。 2. DAG 生成函数：使用种子哈希和区块高度作为输入，通过特定的生成函数计算DAG中的节点。 3. DAG 大小：DAG的大小随着区块高度的增加而线性增长。最初，DAG的大小约为32GB，随着时间的推移，DAG的大小不断增加，最终达到几百GB。

挖矿过程

Ethash挖矿过程可以概括为以下步骤：

1. 获取 DAG：矿工首先需要根据当前区块高度生成DAG，并将其加载到GPU的内存中。 2. nonce 搜索：矿工不断尝试不同的nonce（一个随机数），并将 nonce 与区块头和其他数据一起哈希。 3. DAG 查找：哈希后的结果被用来在DAG中查找特定的值。 4. 验证：如果找到的值满足特定的条件（例如，小于某个目标值），则矿工认为找到了一个有效的区块。 5. 区块广播：矿工将找到的区块广播到网络中，其他节点验证该区块的有效性。

内存密集型特性

Ethash之所以被称为内存密集型算法，是因为DAG需要占用大量的GPU内存。矿工需要快速地在DAG中查找值，这需要高带宽的内存。因此，GPU的内存带宽成为挖矿性能的关键因素。

Ethash 的优缺点

优点

抗 ASIC性 (最初)：Ethash最初设计时，在一定程度上成功地抵抗了ASIC矿机的出现，使得GPU挖矿仍然具有竞争力。
去中心化：由于GPU挖矿相对容易进入，Ethash促进了更广泛的参与，提高了网络的去中心化程度。
安全性：DAG的设计使得攻击网络需要大量的内存，增加了攻击成本。
可升级性：虽然以太坊已经转向PoS，但Ethash的设计灵活性允许在未来进行改进和调整。

缺点

DAG 大小增长：DAG的大小随着时间推移而增长，对矿工的硬件要求也越来越高。这导致了硬件更新的压力，并可能降低网络的参与度。
ASIC 的出现：尽管Ethash最初可以抵抗ASIC矿机，但随着技术的进步，专门针对Ethash的ASIC矿机最终还是出现了，降低了GPU挖矿的竞争力。
内存带宽瓶颈：挖矿性能受限于GPU的内存带宽，而非计算能力，这限制了性能的提升空间。
能源消耗：即使是GPU挖矿，仍然需要消耗大量的能源。

Ethash 与其他 PoW 算法的比较

Ethash与其他常见的工作量证明（Proof-of-Work）算法相比，具有独特的特点：

PoW 算法比较
=== 内存密集型 ===\|=== 抗 ASIC性 ===\|=== 能源消耗 ===\|	否 \| 低 \| 高 \|	是 \| 中 \| 中 \|	是 \| 高 (最初) \| 中 \|	是 \| 中 \| 中 \|

如上表所示，Ethash与其他算法相比，在抗 ASIC性和内存密集型方面具有优势。然而，随着技术的进步，抗 ASIC性逐渐减弱。

Ethash 对加密货币挖矿生态系统的影响

Ethash的出现对加密货币挖矿生态系统产生了深远的影响：

GPU 挖矿的兴起：Ethash促进了GPU挖矿的兴起，使得更多的用户可以参与到挖矿活动中。
ASIC 矿机的发展：尽管Ethash最初可以抵抗ASIC矿机，但最终还是出现了针对Ethash的ASIC矿机，推动了ASIC矿机技术的发展。
挖矿池的普及：由于Ethash挖矿的难度较高，矿工通常会加入挖矿池，共同分享挖矿收益。
以太坊 PoS 转型：Ethash的缺点，特别是DAG大小增长和能源消耗问题，最终促使以太坊转向权益证明（Proof-of-Stake）机制。

以太坊的 PoS 转型：The Merge

2022年9月15日，以太坊完成了被称为“The Merge”的重大升级，正式从PoW机制过渡到PoS机制。这意味着Ethash算法不再被使用，信标链（Beacon Chain）和权益证明（Proof-of-Stake）取代了Ethash作为以太坊的共识机制。

The Merge 的影响

The Merge对以太坊生态系统产生了巨大的影响：

能源消耗大幅降低：PoS机制不需要大量的能源来验证交易，能源消耗大幅降低了99%以上。
安全性提升：PoS机制通过经济激励机制来确保网络的安全性，降低了攻击网络的成本。
可扩展性提升：PoS机制为未来的可扩展性升级奠定了基础。
挖矿活动的终结：The Merge标志着Ethash挖矿活动的终结。

结论

Ethash作为以太坊最初的权益证明算法，在加密货币挖矿生态系统中发挥了重要的作用。它在抗 ASIC性和去中心化方面具有一定的优势，但也存在DAG大小增长和能源消耗等缺点。最终，以太坊选择转向权益证明机制，以解决这些问题并实现更可持续的未来。虽然Ethash已经不再被使用，但它作为以太坊发展历程中的重要组成部分，仍然值得我们深入研究和了解。理解Ethash的工作原理和设计目标，对于理解以太坊的过去、现在和未来至关重要。

进一步学习

立即开始交易

注册IQ Option（最低存款$10）开立Pocket Option账户（最低存款$5）

加入我们的社区

订阅我们的Telegram频道 @strategybin 获取： ✓ 每日交易信号 ✓ 独家策略分析 ✓ 市场趋势提醒 ✓ 新手教育资料