【财云专栏】ProgPoW——对抗ASIC矿工的新武器？

什么是 ProgPoW（程序工作证明）？

ProgPoW（工作程序证明）是一种工作量证明算法，用于弥合显卡矿工和专用 ASIC 矿工之间的效率差距。设计目标是让算法更符合GPU矿机的要求和可用性，如果算法在ASIC矿机上实现，可能比GPU矿机效率更高的可能性很小。

一般认为算法在POW算法的挖矿中是固定的，可以设计硬件来适配这个算法，让硬件在执行算法时变得更有效率在 ProgPoW 中，情况正好相反：首先是硬件，然后修改算法以匹配它。 "

ProgPoW 的主要特点是：

-将keccak_f1600（64位字）改为keccak_f800（32位字），减少对总算力的影响

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-添加混合状态

-向主循环添加随机数学序列

-添加了支持随机地址的低延迟、小规模缓存读取

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-将 DRAM（动态随机存取存储器）读取从 128 字节增加到 256 字节

目前市面上的主流显卡都支持以上功能。虽然定制的 ASIC 矿机也可以用这种算法来实现，但可用的效率增益很小。唯一可用的优化是：

- 移除图形管线（显示、几何引擎、纹理等）

- 删除浮点点算术

- 本地 ISA 调整，例如与 merge() 函数完全匹配的指令

这些优化将其效率提高了大约 1.1-1.2 倍。但也远低于 Ethash 算法的 2 倍或 Cryptonight 算法的 50 倍。

为什么 ASIC 矿工会受到 POW 币阻力的影响？

目前关注的比较多，因为ASIC的出现会导致算力的急剧提升，使得POW挖矿更加中心化，所以保持ASIC抵抗力一直是挖矿各种币种的唯一途径。中心化的关键。

以太坊采用Ethash算法，GPU显卡矿机挖矿一直是主流，很长时间没有被ASIC矿机破解。蚂蚁E3等ASIC矿机的出现，使得算力很可能集中在少数持有大量ASIC矿机的矿工手中，使得以太坊面临挖矿中心化问题。

所以在以太坊社区中反对ASIC的声音一直在不断，ProgPow共识机制就是在这种情况下诞生的。 ProgPoW 并没有带来更高的效率，相反，它限制了 ASIC 矿工的计算能力，减少了特定功能的硬件。它们之间的效率差异使其与GPU矿工的效率处于同一水平。换句话说，ProgPow 是 ASIC 矿工的性能抑制器。

虽然“ASIC 抵抗”的目标很有价值，但“ASIC 抵抗”的概念仍然存在争议。因为 CPU 和 GPU 本身就是 ASIC。所以ASIC抗性真正意味着：定制硬件的效率与更广泛适用性的硬件之间的差异。定制 ASIC 硬件和通用硬件在效率上的微小差异意味着可以抵抗高效和更好的算法。

ProgPoW 的设计目的是什么？

ProgPoW 的设计始于 Ethash，并对其进行了修改以最大限度地提高商业 GPU 利用率。

以太坊使用的 Ethash 算法是一种内存密集型工作量证明算法，在主流商用显卡上运行良好。 Ethash 需要相当大的帧缓冲区和尽可能多的带宽，这两者都是 Ethash 所需要的。这使得为​​ Ethash 算法设计具有以下属性的专用 ASIC 成为可能：

高带宽内存接口（通常是 GDDR6 或 HBM2）

从 DAG 导入数据 p>

• 用于 Keccak 哈希计算的 keccak 引擎；

• 用于执行内循环 FNV 和地址模运算的小型计算核心；

由此定制的 ASIC 将比现有的 GPU 更小，功耗更低。高配置的以太坊ASIC矿机（GDDR6或HBM2）可以达到GPU矿机2倍的挖矿性能。但是由于以太坊社区的抵制，威胁可能会修改算法，还有一些技术原因，比如ASIC矿机作为比特大陆E3采用DDR3内存，算力比GPU没有太多优势，所以以太坊ASIC矿机算力不高。大规模采用。

在 GTX1070 上执行 Ethash 时，流式多处理器 (SM) 的使用率不到 30%。

在移除 Keccak 的 GTX1070 上执行 Ethash 的分析表明，显卡的计算核心实际上只有 20% 的利用率，而效率仍有 10% 的提升。

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经过优化，ProgPoW 可以大大提升 GPU 的计算能力。在 Nvidia GTX1070 上运行 ProgPoW 的结果表明，内存利用率达到 87. 55%，GPU 计算核心的 SM（流式多处理器）利用率可以达到 87.95%。 GTX1070 执行可以立即使计算（即 SM）和内存带宽饱和。

理论上，专用于执行 ProgPoW 的 ASIC 需要包括：

- 高带宽内存接口

- 有大寄存器

- 能够计算大量随机数的计算核心

- 低延迟、高吞吐量、大内存缓存

- 小型 Keccak + KISS99 引擎

结果就是这个专用的 ASIC 矿机和现有的商用 GPU 非常相似。只会稍微小一些，能耗比也不会相差太大。优化后的ASIC计算性能仅为当前GPU的1.1-1.2倍，大幅缩小ASIC与GPU的性能差距。

ProgPoW 进展

自 2018 年初以来，关于 ProgPoW 的辩论一直在升温。

2019 年 1 月初，以太坊开发社区初步同意使用 ProgPoW 算法，该算法可以防止 ASIC 矿工挖矿。 ProgPoW算法的部署也引起了矿工、矿机厂商、开发者的争议。

●矿工指责ProgPoW开发团队成员或传闻他们与芯片制造商Nvidia有关联或被收购。 ProgPoW 团队的主要成员否认了这一点。

● 以太坊矿工强烈要求部署ProgPoW 算法以提高GPU 挖矿效率，避免算力集中在ASIC 矿工手中，并应对以太坊区块奖励的减少。一些矿工表示，他们已经投入数百万美元建设 GPU 矿场，当然我们必须考虑自己的利益，显然，ASIC 正在损害我们的利益。另一方面，我们也挖矿，因为我们相信以太坊本身。

●一些开发者声称他们正在与 ProgPoW 客户端拆分 ETH。

此前，矿机厂商林芝发表声明，要求搁置ASIC阻塞算法，呼吁以太坊开发团队对ProgPoW算法矿工发布明确的规则和要求。林芝将为ETH和ETC使用的Ethash挖矿算法开发ASIC矿机，预计2019年4月发布。

Bitfly还在推特上发起了一项调查，征求网友对以太坊取代PoW机制的看法。

根据目前的结果，44%的网友支持改用ProgPoW，36%支持改用其他ASIC抗性算法，3%支持改用其他ASIC友好算法，17%支持改用其他ASIC友好算法算法。网友认为应该保留Ethash。

以太坊高级研究员 Vlad Zamfir 发起投票：

你们是否支持硬分叉来禁用以太坊 ASIC 矿工？

投票结果：超过 6900 票，57% 的回复支持此提案

以太坊社区的开发者 Piper Merriam 在 Github 上发布了 EIP #958，提议通过硬分叉禁用 ASIC 挖矿

我们是否应该通过硬分叉改变挖矿算法以防止ASIC挖矿？如果以太坊不改变asic矿机提升算力，我们是否应该分叉以太坊来表达我们抵抗 ASIC 的决心？

投票结果：1076人支持分叉，45人反对

对于 ProgPoW，以太坊社区基金奖励计划负责人 Cassandra Shi 在黄金相对论采访中提到：

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“ProgPoW 最大的改进是缩小了 ASIC 和 GPU 挖矿设备的性能差距，让网络更加去中心化。这是一个非常表面的观点，但背后其实隐藏着很多取舍。这也是升级到 ProgPOW 的提议，在社区中非常有争议。”

在 2018 年 9 月的以太坊开发者大会上，Martin Holsttwender 透露，如果技术基础得到保证，那么以太坊将与下一次更大规模的升级“并行”推出，并实施名为“ProgPoW”的共识机制更新。其实ProgPow的基本原理和PoW一样，都是工作量证明，矿工的收益是由算力大小决定的。但是，ProgPoW 并没有带来更高的效率，但它可以限制 ASIC 矿机的计算能力，使其与 GPU 矿机的计算能力相当。

Martin Holsttwender 说：

“我认为 ProgPoW 软件更新的部署是一个非常好的改变，希望以太坊网络尽快实施。”

不过，为了尽快驱逐 ASIC 矿工，Martin Holsttwende 在之前的论坛演讲中呼吁独立实施“ProgPoW”硬分叉升级，甚至可以与“康斯坦丁堡”升级相提并论解耦。他说：

“如果我们最终决定为两次升级提供完全相同数量的块，那就太好了，但这不是必需的。”

Martin Halls Testwend 还声称，随后的以太坊成本优化硬分叉升级实际上可以与“ProgPoW”一起实施。

Reddit 帖子详细阐述了这些问题：

“在电话会议期间，推动 ProgPOW 包含在下一个分叉中asic矿机提升算力，下一个分叉将在君士坦丁堡进行，分叉后大约 8 个月，也更有可能是 10-11 个月。所以我们正在寻找一个时间表ProgPOW 实施前的 12-14 个月，可能是 2019 年 9 月至 11 月的某个时间。或者我认为新的时间表是 2019 年 - 2020 年初？

《以太坊爱好者》主编阿健说

虽然改变算法抵制了硬件制造的中心化，但结果是不同的开发群体开始争夺算法的主导地位，这也间接关系到一些厂商的利益，在我看来是一个过程只不过是使用一种集中化来对抗另一种集中化，而不是更透明。

也许这是对 ProgPOW 辩论最正确的解释！