以太坊源码分析:共识(3)Ethash

栏目: 编程工具 · 发布时间: 5年前

内容简介:Ethash实现了PoW,PoW的精妙在于通过一个随机数确定,矿工确实做了大量的工作,并且是没有办法作弊的。接下来将介绍:挖矿的本质是找到一个随机数,证明自己做了很多工作(计算)。在Ethash中,该随机数称为

前言

Ethash实现了PoW,PoW的精妙在于通过一个随机数确定,矿工确实做了大量的工作,并且是没有办法作弊的。接下来将介绍:

  1. Ethash的挖矿本质。
  2. Ethash是如何挖矿的。
  3. 如何验证Ethash的随机数。

Ethash的挖矿本质

挖矿的本质是找到一个随机数,证明自己做了很多工作(计算)。在Ethash中,该随机数称为 Nonce ,它需要满足一个公式:

Rand(hash, nonce) ≤ MaxValue / Difficulty

其中,

HashNoNonce()

以上参数中,在得到区块头的hash之后,只有nonce是未知的。

公式的含义是,使用hash和nonce生成的哈希值必须落在合法的区间。利用下图介绍一下,Rand()函数结果取值范围是[0, MaxValue],但只有计算出的哈希值在[0, MaxValue / Difficulty]内,才是符合条件的哈希值,进而该Nonce才是符合条件的,否则只能再去寻找下一个Nonce。

以太坊源码分析:共识(3)Ethash

以太坊可以通过调整Difficulty来调节当前挖矿的难度,Difficulty越大,挖矿的难度越大。当Difficulty越大时, MaxValue / Difficulty 越小,合法的哈希值范围越小,造成挖矿难度增加。

哈希值满足条件的概率是 p = (MaxValue / Difficulty) / MaxValue = 1 / Difficulty ,矿工需要进行 1 / p = Difficulty 次的判断,才有可能找到一个符合条件的Nonce,当前以太坊难度为3241847139727150。

如何挖矿

Ethash挖矿的主要思想是,开启多个线程去寻找符合条件的Nonce,给每个线程分配一个随机数,作为本线程的Nonce的初始值,然后每个线程判断当前的Nonce是否符合上面的公式,如果不符合,则把Nonce加1,再次进行判断,这样不定的迭代下去,直到找到一个符合条件的Nonce,或者挖矿被叫停。

接下来介绍挖矿的几个主要函数的实现,它们是:

  1. 挖矿的入口Seal函数。
  2. 挖矿函数mine函数。
  3. 挖矿需要的数据cache和dataset。
  4. Rand()函数的实现hashimotoFull和hashimoto。

挖矿入口Seal()

Seal 是引擎的挖矿入口函数,它是管理岗位,负责管理挖矿的线程。它发起多个线程执行 Ethash.mine 进行并行挖矿,当要更新或者停止的时候,重新启动或停止这些线程。

以太坊源码分析:共识(3)Ethash

挖矿函数mine()

mine 函数负责挖矿。 Seal 在启动每一个 mine 的时候,给它分配了一个 seedmine 会把它作为 Nonce 的初始值,然后生成本高度使用的 dataset ,然后把 dataset, hash, nonce 传递给 hashimotoFull 函数,这个函数可以认为是原理介绍中的 Rand 随机函数,他会生成哈希值 Result ,当 Result <= Target 的时候,说明哈希值落在符合条件的区间了, mine找到了符合条件的Nonce ,使用Digest和nonce组成新的区块后,发送给 Seal ,否则验证下一个Nonce是否是符合条件的。

以太坊源码分析:共识(3)Ethash

挖矿需要的数据cache和dataset

dataset 用来生成 Result ,而 cache 用来生成 dataset 。至于如何使用 dataset 生成 Resulthashimoto() 中讲述,本节介绍如何生成dataset。

dataset和cache中存放的都是伪随机数,每个epoch的区块使用相同的cache和dataset,并且dataset需要暂用大量的内存。刚开始时cache是16MB,dataset是1GB,但每个epoch它们就会增大一次,它们的大小分别定义在 datasetSizescacheSizes ,dataset每次增长8MB,最大能达到16GB,所以挖矿的节点必须有足够大的内存。

使用cache生成dataset。使用cache的部分数据,进行哈希和异或运算,就能生成一组dataset的item,比如下图中的cache中黄色块,能生成dataset中的黄色块,最后把这些Item拼起来就生成了完整的Dataset,完成该功能的函数是 generateDataset

以太坊源码分析:共识(3)Ethash

dataset.generate() 是dataset的生成函数,该函数只执行一次,先使用 generateCache() 生成cache,再将cache作为 generateDataset() 的入参生成dataset,其中需要重点关注的是 generateDatasetItem() ,该函数是根据部分cache,生成一组dataset item,验证PoW的nonce的时候,也需要使用该函数。

以太坊源码分析:共识(3)Ethash

Rand()的实现hashimotoFull()和hashimoto()

hashimotoFull 功能是使用dataset、hash和nonce生成Digest和Result。它创建一个获取dataset部分数据的lookup函数,该函数能够返回连续的64字节dataset中的数据,然后把lookup函数、hash和nonce传递给 hashimoto

以太坊源码分析:共识(3)Ethash

hashimoto 的功能是根据hash和nonce,以及lookup函数生成 DigestResult ,lookup函数能够返回64字节的数据就行。它把hash和nonce合成种子,然后根据种子生成混合的数据mix,然后进入一个循环,使用mix和seed获得dataset的行号,使用lookup获取指定行的数据,然后把数据混合到mix中,混合的方式是使用 哈希和异或运算 ,循环结束后再使用哈希和异或函数把mix压缩为64字节,把mix转为小端模式就得到了Digest,把seed和mix进行hash运算得到Result。

以太坊源码分析:共识(3)Ethash

如何验证

PoW的验证是证明出块人确实进行了大量的哈希计算。Ethash验证区块头中的 NonceMixDigest 是否合法,如果验证通过,则认为出块人确实进行了大量的哈希运算。验证方式是确定区块头中的 Nonce 是否符合公式,并且区块头中的 MixDigest 是否与使用此 Nonce 计算出的是否相同。

验证与挖矿相比,简直是毫不费力,因为:

hashimoto

接下来介绍验证函数 VerifySeal() ,以及根据cache生成 DigestResulthashimotoLight()

验证函数VerifySeal

Ethash.VerifySeal 实现PoW验证功能。首先先判断区块中的Difficulty是否匹配,然后生成(获取)当前区块高度的cache,把cache和nonce传递给 hashimotoLight ,该函数能根据 cache, hash, nonce 生成Digest和Result,然后校验Digest是否匹配以及Result是否符合条件。

以太坊源码分析:共识(3)Ethash

hashimotoLight函数

hashimotoLight 使用 cache, hash, nonce 生成 DigestResult生成Digest和Result只需要部分的dataset数据,而这些部分dataset数据时可以通过cache生成,因此也就不需要完整的dataset 。它把 generateDatasetItem 函数封装成了获取部分dataset数据的lookup函数,然后传递给 hashimoto 计算出Digest和Result。

以太坊源码分析:共识(3)Ethash

FAQ

  • Q:每30000个块使用同一个dataset,那可以提前挖出一些合法的Nonce?
    A: 不行。提前挖去Nonce,意味着还不知道区块头的hash,因此无法生成合法的Nonce。
  • Q:能否根据符合条件的哈希值,反推出Nonce呢?
    A:不行。因为哈希运算具有不可逆性,不能根据摘要反推出明文,同理根据哈希值也无法推出Nonce。

以上所述就是小编给大家介绍的《以太坊源码分析:共识(3)Ethash》,希望对大家有所帮助,如果大家有任何疑问请给我留言,小编会及时回复大家的。在此也非常感谢大家对 码农网 的支持!

查看所有标签

猜你喜欢:

本站部分资源来源于网络,本站转载出于传递更多信息之目的,版权归原作者或者来源机构所有,如转载稿涉及版权问题,请联系我们

机器消灭秘密

机器消灭秘密

安迪•格林伯格 (Andy Greenberg) / 王崧、王涛、唐禾 / 重庆出版社 / 2017-8-10 / 49.8

《机器消灭秘密》一书中,格林伯格深入研究并生动再现了那些拥有全能技术的网络安全魔术师,他们将任何企图染指个人隐私的所谓国家机密的保密性打得粉碎。这本精心组织的著作是对此题材感兴趣的读者的必读之书,即便现在你可能不感兴趣,将来也极有可能希望了解这些内容,因为任何人都会不可避免地置身其中。无论你是初涉电脑屏幕之后的虚拟战场的新生,还是经验丰富的维基解密观察家,本书都是不可多得的上乘之作,你总会在其中发......一起来看看 《机器消灭秘密》 这本书的介绍吧!

JS 压缩/解压工具
JS 压缩/解压工具

在线压缩/解压 JS 代码

HTML 编码/解码
HTML 编码/解码

HTML 编码/解码

UNIX 时间戳转换
UNIX 时间戳转换

UNIX 时间戳转换