图解AsicBoost之一
链接：2017-04-14 闫雪冰 图解AsicBoost之一
最近一段时间，比特币开发者邮件列表或推文里经常出现的一个字眼是AsicBoost。
在这些字眼周围，经常可以看到各种争论和猜测。甄别真伪是一件困难的事情，我们缺少关键信息，甚至不能完全理解技术方案本身，也难以把握这些技术方案给争论方带来的影响。本文中，我们依然不解析和评论立场，只关注技术。
文章包括两部分，本文是第一部分。
- 对AsicBoost优化算法的解读
- 讨论寻找Colliding Work Items的可行性和方法
AsicBoost论文 [1] 里这样描述：
AsicBoost is a method to speed up Bitcoin mining by a factor of approximately 20%. The performance gain is achieved through a highlevel optimization of the Bitcoin mining algorithm which allows for drastic reduction in gate count on the mining chip. AsicBoost is applicable to all types of mining hardware and chip designs.
AsicBoost是一个提升比特币挖矿效率的方法。通过高层次上的一些算法优化，它可带来接近20%的效率提升。这个优化算法能极大地减少矿机芯片的门数，适用于各种矿机硬件和芯片的设计。
1. Proof of Work(PoW)
为理解AsicBoost，我们先回顾比特币的PoW算法，这个算法被大家通俗地称为挖矿。简单的说就是：遍历Nonce的取值空间，直到找到一个合适的Nonce，它满足对Block Header进行两遍SHA-256之后得到哈希值小于某个特定的值。参与哈希计算的Block Header包含的信息，罗列在下面的表格（摘自 [2] ）里。
表格里面没有提到Extra Nonce。实际上，在一个Block的第一个交易（即Coinbase Transaction）里，有一段Extra Nonce数据用于扩充Nonce的取值空间。每次遍历完32位的Nonce的取值空间之后，Extra Nonce都需要被改变，这个改变会导致hashMerkleRoot的改变，Extra Nonce以这样的方式参与到了PoW的哈希计算中。
2. SHA-256
（略）这里不在展开描述压缩函数和W变量的计算过程，读者可参考 [3] 更深入的了解这个算法。AsicBoost论文[1] 里使用了下图描述了SHA-256算法。
SHA-256算法
需要注意：
- 上图的Expander Function线框对应前文W变量的计算操作，本文中称为Expand操作。
- 上图的Compressor线框对应前文步骤2里除去W变量计算的部分，本文中称为Compress操作。
- Compress操作和Expand操作是SHA-256的主要计算，本文中统称为关键操作。
AsicBoost正是通过优化掉部分Expand操作来提升效率的。
3. AsicBoost
（略）
4. 小结
给定n个Colliding Work Items，通过对SHA-256计算过程中Expand关键操作（代价占比为x）次数的节省，AsicBoost将计算代价减少了x(n-1)/n。
Colliding Work Items的存在是优化空间存在的主要原因，问题是能够找到这样的Work Items吗？相同的Message意味着Merkle root的后4个字节相同，寻找这样的Work Items在计算上可行吗，尤其是时间还需要限制在相邻Block被挖出的间隔之内，这样的操作有实际意义吗？
我们在第二部分里探讨这部分内容。
5. 参考
- AsicBoost - A Speedup for Bitcoin Mining，https://arxiv.org/pdf/1604.00575.pdf
- Block hashing algorithm，https://en.bitcoin.it/wiki/Block_hashing_algorithm
- Descriptions of SHA-256, SHA-384, and SHA-512，https://web.archive.org/web/20130526224224/http://csrc.nist.gov/groups/STM/cavp/documents/shs/sha256-384-512.pdf
ASICBOOST事件详细经过
链接：http://8btc.com/thread-50740-1-1.html ASICBOOST事件详细经过
原文：https://bitcoinmagazine.com/articles/mining-manufacturer-blocking-segwit-benefit-asicboost，Kyle Torpey
编译：http://www.8btc.com/mining-manufacturer-blocking-segwit-benefit-asicboost，巴比特资讯
Blockstream公司CTO兼Bitcoin Core贡献开发者格雷戈•麦斯威尔（Greg Maxwell）昨日在比特币开发邮件列表中发布了一份引爆整个社区的邮件，邮件的内容显示：一家未透露名字的比特币挖矿硬件制造商正在利用一个比特币PoW实施中的漏洞来获得比其他矿工高出30%的挖矿效率优势。
此外，这也能够解释为什么一些矿工要阻止Bitcoin Core开发团队提出的隔离见证（SegWit）解决方案。很多人怀疑邮件中所提到的硬件制造商就是比特大陆（Bitmain），其CEO吴忌寒是SegWit的坚定反对者。一位熟悉此事的人士已经向Bitcoin Magazine证实了确实如此；不过，该消息来源方希望能够保持匿名。
ASICBOOST
ASICBOOST是一种已经获得专利的技术，由前CoinTerra的CTO Tim Hanke和Rootstock首席科学家Sergio Damián Lerner开发出的。这种技术利用了Maxwell所述的一个比特币PoW系统“漏洞”，ASICBOOST发明人将此称为“一种处理工作项目的巧妙新方法”。通过实施ASICBOOST，专业的ASIC挖矿芯片能够提升高达30%的挖矿效率。
Maxwell写道，一家“重要制造商”的ASIC挖矿设备都经过逆向设计，这些设备都秘密地使用了ASICBOOST的功能，这一点并未公开。Maxwell估计，这可以使一家占据50%全网算力的挖矿公司每年增加高达1亿美元的收入。
Maxwell说，虽然ASICBOOST技术可以为比特大陆带来巨大利润，但是这种技术会对整个比特币挖矿生态系统造成不利影响。
“通过抢夺其他矿工的挖矿收益率，这可能会产生一种惊人的中心化影响。秘密使用这种优化所获得的收入可能会被滥用于扭曲比特币生态系统，以此来保持优势。”
比特大陆
Maxwell并未在邮件中具体指出是哪一家比特币挖矿硬件制造商，不过一个消息源向Bitcoin Magazine证实就是比特大陆。鉴于目前市场上只有少数几家ASIC制造商，实际上并没有太多候选者。
比特大陆可能在中国也持有ASICBOOST技术专利，不过在这种技术发布的时候，有关专利的细节并不清楚。BitGo公司的CTO Ben Davenport认为，这个专利就是与ASICBOOST相关的。
专利详情：http://www2.soopat.com/Patent/201510520251
名称：比特币工作量证明哈希计算芯片优化的方法、装置和电路
状态：审中-实审
申请号：201510520251.7 申请日：2015-08-21
申请人： 北京比特大陆科技有限公司
地址： 100029 北京市海淀区黑泉路兴华工业园6号
发明人： 詹克团 苏杰 吴忌寒 段凯 徐凌超
摘要：本发明公开的比特币工作量证明哈希计算芯片优化的方法、装置和电路，涉及密码计算、计算机网络和集成电路技术领域，其中所述比特币工作量证明哈希计算芯片优化的方法包括：周期性地保持哈希计算芯片的第二输入量不变，当第二输入量不变时，关闭与第二输入量对应的计算电路，改变哈希计算芯片初始的第一输入量，并获取对应的新的第一输入量，分别将各第一输入量与其对应的第二输入量以及随机数进行哈希运算，以寻找满足要求的工作量证明，所述各第一输入量包括所述初始的第一输入量和所述新的第一输入量。本发明提供的比特币工作量证明哈希计算芯片优化的方法、装置和电路，极大地降低电路的功耗。
PS：检索“比特大陆”已公开专利有32项，其中发明16项。
也许更重要的是，ASICBOOST的秘密使用与SegWit之间的不兼容看起来是意料之外。
根据Maxwell所说，如果SegWit被激活，那么使用ASICBOOST技术进行的秘密挖矿将不可能再继续隐瞒下去。在过去六个月里，比特大陆一直是比特币生态系统中SegWit的坚定反对者。
正如Maxwell指出的那样：
“这种不兼容可以很好地解释挖矿生态系统中一些当事人的莫名其妙行为，所以我已经开始寻找证据来支持我的观点。”
ASICBOOST的使用还能解释为什么比特大陆的主矿池——蚂蚁矿池——在2月份挖出的区块相对大小要比其他矿池小大约100KB。
一位不愿透露姓名的知情人士告诉Bitcoin Magazine说，当矿池挖出空块或几乎为空块时，这种技术更加容易摆脱。
除此之外，Maxwell的邮件还声称，秘密实施ASICBOOST的最好方式就是“与几乎所有扩展比特币交易能力的方法都存在不兼容”，值得注意的是“扩展区块”是个例外。最近，比特大陆CEO吴忌寒通过推特表示支持一种围绕扩展区块概念的新扩容提案。
前BTCC公司COO廖永权最近竟然指责比特大陆资助扩展区块提案，不过吴忌寒对此进行了否认。
解决方案
比特币开发列表之前就对ASICBOOST进行过讨论。由于专利是由国家强制执行的，一些比特币开发者，如Core开发者Peter Todd，曾担心这种技术可能会通过非市场因素影响到竞争。然而，其他人认为硬件优化行为不应该受到惩罚，目前为止还没有已经达成共识的解决方案。
目前，Maxwell在邮件列表中提出了两种解决方案来反击ASICBOOST的秘密使用：
- 第一个是激活隔离见证。尽管Maxwell的邮件中没有提及，不过矿工可能会因为“用户激活软分叉（UASF）”而“被迫”信号支持SegWit，因此，SegWit并不一定需要矿工的支持来激活。
- 第二个选项被描述为一种WTXID承诺，就是使ASICBOOST隐蔽的方法在缺少SegWit的情况下变成不可能。
截止发稿时，比特大陆方面对此事还未进行回应。
补充：比特大陆的潘志彪已经微博回应
聊聊比特币大陆的asicboost专利问题。普及一下专利法基本知识与科学常识。
（微博）BU总推手与金主 @比特币QQagent...
链接：http://overseas.weico.cc/share/722835.html?weibo_id=4094242236472021
BU总推手与金主 @比特币QQagent 发过一条关于asicbt的推。质疑大家有没有专利法基本常识。现在这条推删除了。看看最后比特大陆在中国的专利能不能顺利注册下来。谁应该退出币圈，以谢币民？
2017-04-06 吴忌寒盗用ASICBOOST专利阻止比特币升级
今天刚爆出来的，吴忌寒盗用ASICBOOST专利，所以矿机效率比其他人的高20%。但是这个ASICBOOST跟segwit不兼容，所以他们再拼死抵抗segwit。
技术细节见下面：
bitcoin-dev邮件列表 https://lists.linuxfoundation.org/pipermail/bitcoin-dev/2017-April/013996.html
评论1：江卓尔
真是造谣一张嘴，辟谣跑断腿。
先不说技术，说一个人人都可理解，可验证的方法：
现在Core的测试链激活了SW，任何人都可以用一台蚂蚁矿机上去挖，看能不能挖。
- 如果能挖，说明 ①SW和ASICBOOST根本没关系 或 ②蚂蚁没用ASICBOOST
- 如果不能挖，这种实锤证据Core早就拿出来喷蚂蚁用ASICBOOST了，还用得着在那“也许”“大概”么？
你们觉得Core技术上是傻b吗？
直接打脸法：
蚂蚁矿机能不能挖Core的测试链（已激活SW）？
- 如果可以挖：ASICBOOST和SW有个屁关系？（或者ASICBOOST和SW有屎关系，但蚂蚁没有用ASICBOOST，所以矿机可以挖SW）
- 如果不能挖：Core是傻b么？这么实锤的证据，还不拿出来喷蚂蚁？
简单技术科普一下：
- 矿机挖矿原理是不断地扔硬币，以找出开头有足够多0的，符合区块要求的随机数，
比如这个：000000000000000002220e5d369fc9fa15337686825d1d18198fb5ae078dcaca
- 这个过程是矿机的芯片完成的，芯片不断地扔硬币，
只要扔硬币恰好扔出这样的一个数，那就是挖到一个区块，
asicboost是一种优化芯片扔硬币速度的方法，原理是通过精简一些加法电路，虽然导致计算结果出错率高了一些，但综合下来还是提高了计算速度。 - 至于这个区块是SW还是BU，区块打包多少交易，是矿池层面在拿到这个随机数后做的事情，和矿机完全没关系，
矿机矿机只负责解这道数学题，把这个随机数扔硬币扔出来，矿机甚至连现在挖什么币都不知道，更不用说打什么包了， - 或者反过来想一下，如果SW和矿机芯片有关，那岂不等于SW激活后，现在的矿机都得报废？怎么之前从没人知道这事？
如果真有芯片优化算法和SW相矛盾，所有的矿工就会自动拒绝SW了，争什么争？大家直接扩容。
Core恶意撒谎，把矿机扔硬币找随机数的过程，和后面矿池打包区块的过程混为一谈，这种行为性质非常恶劣，更充分暴露出了通过软分叉扩展区块方案出现后，Core的慌乱和惶恐。
评论2：VisualBoy
潘志彪kevin:
- AsicBoost是块头80字节的芯片计算优化（其实是128字节，后48字节为填充），
- segwit是软件层面的事情（segwit有32字节commitment hash在coinbase交易里）
两个事情不在一个层面，风马牛不相及，回头撰文回击Gmaxwell的贴子。
评论3：fun-33
根本不需要谈什么加速不加速的问题了，**现在是core故意把挖到块之后的打包过程与前面挖块过程中的事情混为一谈，并借此来攻击一些支持扩容的矿机生产企业，这就是典型造谣! **非常性质非常恶劣的造谣! 他们这样造谣的目的到底是什么呢？
评论4：satoshi
寒总自己就是专利发明人之一，何来盗用
有这样的掌门人...
蚁池挖空块很严重，国外早是骂声一片了。看看下面的帖子，这个无饥寒居然是理直气壮！有些回复居然为其辩护，我猜应该是本论坛的“五毛”。挖空块应不应该指责？这个问题我看和打假球是一个理。想当年我忘记是那届奥运会了，中国球员打假球，国际体坛一片哗然，中央电视台的白岩松义正言辞是“正当利用规则、无可厚非。。。”我的看法是，当下中国人普遍的倾向是“崇尚邪恶、嘲笑正义”，这样的情况或趋向我们真的希望吗？人还是应该有底线的，人不应该只信“钱”还应该信别的，无饥寒是这样的人，反正我是对他投不信任票。
一年以前...
IMG_3235.PNG
“蚁池还在挖空块吗？”
“不好意思，我们就要挖空块，这是我们的自由”
讨论——
廖翔 Jack Liao:
对申请比特大陆在中国的asicboost专利无效的法律行动，欢迎大家捐款。
If you would like to support our initiative Against BITMAIN chinese asicboost patent, donations are welcome：
bitcoin :161ALydFAByJk8X7Q3iJ2k1LuECZL7oz2Z
LTC： LaB41tFMgm5LqB618q4Erzv8CYWFi89eLB 。
段新星: 捐款后你会拿这些钱干嘛？@廖翔 Jack Liao
杨再兴: 反对专利流氓
高素质蓝领: bitmain注册专利也垄断不了矿机业。而且你应该没啥合法理由阻止它申请专利。所谓潜在危害整个行业，不是合法理由。
廖翔 Jack Liao: 他可以申请，我可以阻止
徐义吉: 孙律师说的没错，区块链现在每家公司也都在申请专利，不能说专利危害了行业。
高素质蓝领: 专利法的立法目的，就是为了让专利持有人获得竞争优势
廖翔 Jack Liao: 一个专利早就在美国欧洲申请了，在中国没有申请。
廖翔 Jack Liao: 你可以自己的名义去申请在中国申请这个专利吗
段新星: 没看懂。这次BU和core代码只是扩容，又没改POW算法，怎么会扯到BU的金主试图弄一个Asicboost专利垄断，又要捐款反“莫须有”的危害
廖翔 Jack Liao:
蓝领，请你研究专利法再来发言。
高素质蓝领: 你作为第三方只能申请专利不具新颖性或创造性
廖翔 Jack Liao: 当然啦，我申请的比特大陆专利没有这个新颖性创造性，他就不就没有专利了吗？
高素质蓝领: 你说的阻止是这个意思？
廖翔 Jack Liao: 阻止就是他让他申请专利不成功啊！
高素质蓝领: 好吧那随便你，不过你上面截图里的话真没看出来是这意思
会走路的黄瓜: 一开始说他不兼容sw，现在又说国内只有他能用这个技术，其他矿机商没法用会破坏生态
高素质蓝领: **说它的技术不具有新颖性或创造性，其实就是指它技术不够新不够好罢了。干啥扯什么危害行业呢? **
狂潮: 我想注册区块链这个名词专利，所有搞区块链的未经我允许，都不许使用区块链这个词，否则属于侵权
高素质蓝领: 一个词当然不能成为专利
狂潮: 我把区块链技术出册成专利
高素质蓝领: 也不可能，区块链技术太宽泛，你无法提出具体的权利请求，申请专利没你想像的那么容易
姜悠然: 区块链很多都是开源的，很多人是在此基础上发展和申请专利，确实比较难以服众。
狂潮: 所有和他类似的系统，或者在他基础上进行改进的，都得得到我同意，并交专利费才可以
姜悠然: 有时候会限制技术发展
狂潮: 开源没关系，他们没申请专利，我申请了
高素质蓝领: 专利不是这个概念
姜悠然: @高素质蓝领 他开玩笑呢
高素质蓝领: 准确来说，一整套技术方案中只有几个具体的权利请求才属于专利保护范围，这几个权利请求必须具备新颖性创造性和实用性
高素质蓝领: 汽车是产品，不是技术。哪怕是一整套生产汽车的技术方案，也只有很少几点权利请求。除此之外的99%技术都不属于专利保护范围。
高素质蓝领: 而且就区块链而言，专利和源代码也没任何关系。源代码是著作权范畴的问题，不是专利权范畴。
狂潮: 你听说过"专利流氓"这个词吗
会走路的黄瓜: 看别人赚钱了就说别人是专利流氓，怎么没人说苹果是专利流氓？
高素质蓝领: **专利流氓原本是指自己不使用技术，只是买了专利后等别人来买 **
Jackon: @会走路的黄瓜 苹果不是专利流氓，但也差不多了。
狂潮: 倒卖专利
高素质蓝领: 但其实后来含义扩展到那些本身也使用技术的公司
高素质蓝领: 你申请了也未必能被授予，而且申请到授予中间时间很长，这段时间内你申请专利的技术可能早已落伍了。
狂潮: 无所谓，反正也不是我的技术，我是零成本
狂潮: 过时就过时呗，我怕啥
高素质蓝领: 申请也有成本的好伐
高素质蓝领: 而且授予后每年要交年费的
高素质蓝领: 哪有什么零成本的事
闫洪坤: 区块链大家都申请专利，最后这个技术也许会被玩坏了。
狂潮: 这个技术过时了，明年还会有新技术，继续注册，我们的宗旨就是3年不开张，开张吃3年，一本万利
廖翔 Jack Liao: 被比特大陆寒总指控的自白。微博内容更精彩：小寒可能是假的北大毕业。北大燕园为什么哭泣? 精彩内容，就在一点间 !
狂潮: 今天看电视我还奇怪呢，你说当年爱迪生发明交流电，他咋没申请专利呢？要把交流电申请专利，好家伙，整个世界都是他的了
狂潮:
高素质蓝领: 专利制度的确有其自己的负面问题
高素质蓝领: 只是大部分人所举的例子都举错了
杨再兴Dirac@善圆: @狂潮 你应该到WIKI查一下“交流电”这个词条
高素质蓝领: 那些例子中的事物本身就不能申请专利
高素质蓝领: 而且中国专利法比美国更严格，更不易授予专利
杨再兴Dirac@善圆: 更何况交流电根本和爱迪生没毛线关系
狂潮: 行，就算举错了，那就把电灯注册专利
狂潮: 电灯是爱迪生发明的吧？
高素质蓝领: 还是那句话，电灯是产品，专利的对象不是产品
高素质蓝领: 你拿汽车电视电灯来举例都无意义
高素质蓝领: 否则你拿自己的孩子都申请专利算了，别人都不能生孩子了
狂潮: 嗯，这个也可以考虑，不过我们这个行业还是有道德的
点付大头: 交流直流算是专利吧
闫洪坤: 狂潮兄会演段子：）
shadow: 交流电不是爱迪生发明的 大哥
我: @狂潮 交流电不是爱迪生发明的，他主推直流电，特斯拉发明交流电。
闫洪坤: @点付大头 交流输电应该是，交直流本身应该不是吧：）
高素质蓝领: 可作为一种输电的技术来获得专利，但也仅限于此。
狂潮: 嗯，那就把特斯拉发明的交流电注册专利
shadow: 区块链中大家认的共识
闫洪坤: 交直流电只是一种现象，但是输电方法可以是专利
哇哦: 挖矿还不是法律保护的产业吧。先支持比特大陆抵制core的反独裁行动。两年不妥协的争议行为，凭什么不妥协。
闫洪坤: @狂潮 也不是啊，前两年冒出来那个澳大利亚的，说是自己是中本聪的人就在申请比特币相关的专利
高素质蓝领: 比特币相关的专利理论上可以有很多互不冲突的，但都不是比特币本身。
点付大头: POW 算专利么？
高素质蓝领: 不具备可专利性，unpatentability
高素质蓝领: 你老是说这种反话真没意思
Zen: 比特大陆申请的专利技术就算能把比特币灭了，我们也没有理由拒绝它通过。如果他们申请的专利是国外别的公司的复制品，那么把别的公司的专利提交给专利局，就可以把比特大陆的申请打掉，但依然不属于我们每个人，而属于那家国外公司。@廖翔 Jack Liao
高素质蓝领: bitmain申请专利怎么可能灭得了比特币
高素质蓝领: 其实潜在的受损方只是其他矿机商而已
Zen: 一项新的印刷技术，也有可能让制造假钞变得容易，但只要它有先进性，专利审查依然不能阻止它，只能在纸钞的防伪上增加新技术
Zen: 比特大陆的专利通过，会让其它矿机芯片制造商的竞争力变弱，而造成一家独大的局面，的确不利于算力的去中心化，但比特币的算力早已中心化了。
高素质蓝领: 但比特大陆阻止不了其他矿机商用更新技术生产矿机，更阻止不了国外矿机商
网友评论