本体技术视点 | 浅析Ethash共识算法

Ethash 简介

Ethash是 Ethereum 1.0基于 POW（工作量证明）的共识引擎，也叫以太的挖矿算法。其前身是 Dagger 算法和 Hashimoto 算法。

其思想是通过 IO 的限制来抵制专用矿机，实现挖矿设备平等，达到去中心化的目的。符合区块链的去中心化精神。

Epoch 和 DAG

在 Ethereum 平台上，每30,000个区块为一个 epoch，对应一个 DAG，DAG 是一个大约1G 大小的数据块，需要几个小时的时间才能生成出来。

Ethash 算法需要区块头和 DAG，通过不停尝试不同的 nonce，来计算满足难度值要求的hash。

Ethash 算法

1. 算法流程

a）区块头和 nonce 的 hash 作为 seed；

b）按照公式计算一个 DAG 索引，根据索引从 DAG 中获取数据，将获得的数据和 seed 进行 fnv_hash 作为新的 seed；

c）将第2步重复64轮；

d）压缩计算的 seed 作为 digest；

e）将1步计算的 seed 和第四步计算的 digest 的 hash 作为该区块头的 hash；

将区块头的 hash 和目标 hash（2^256/difficulty）比较，如果小于目标 hash 则 nonce 值 ok，否则更新 nonce 值重新开始。

2. 算法代码

DAG 的生成

要生成 DAG 需要先生成一个 Cache，再基于 Cache 生成 DAG。

1. DAG Cache 的生成

a）根据当前 block 的 height 映射到对应的 epoch；

b）生成 epoch 的 seed；

c）将 seed 的 hash 为 cache 中第一个 hash，cache 中后续每个 hash 均为前一个 hash 的 hash；

d）将 cache 中的一个 hash 更新为其前一个 hash 和 cache 中伪随机索引的一个 hash 的 hash；

e）将第4步重复3轮。

2. DAG Cache 生成代码

3. DAG 生成

以计算 DAG 索引 x 处的 hash（记为 hashx）为例：

a）从 Cache 中取 x/rows（rows 为 Cache 中 hash 的总个数）的 hash 作为 seed，共16个 W（W 为一个 uint 32的整数）；

b）取 seed hash 的 W0计算 W0^x（W0的 x 次方）作为 hashx 的 W0，将 seed hash 的其他 W 拷贝到 hashx 对应的 W；

c）计算 hashx 的 hash 作为新的 hashx；

d）根据公式在 Cache 中伪随机索引一个 hash 和 hashx 计算 fnv_hash 作为新的hashx，这步重复256轮；

e）将 hashx 进行 hash 得到新的 hashx 即为 DAG 索引 x 处的 hash。

按照上面的方法计算 DAG 所有索引位置的 hash。

4. DAG 生成代码

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