一、以太坊挖矿的算法是什么

以太坊挖矿的算法是什么？

以太坊挖矿的算法是什么？

以太坊是一种区块链技术，可用于创建分布式应用程序（DApps）。挖掘以太坊的过程涉及通过计算解决数学问题来添加新块，这被认为是“工作证明”算法，以保持区块链的安全性和完整性。这个算法名为“Ethash”，并在2015年发布了以太坊的第一版。

Ethash算法是一种散列函数算法，它基于哈希率（Hashrate）和算状态根（StateRoot）产生无规律且固定难度的问题。这个算法的独特之处在于它需要大量的内存，不利于ASIC（专用集成电路）的实现挖掘，防止个人以及少数矿工获得更高的竞争力，从而增加了去中心化的网络安全性。

挖掘以太坊需要的硬件也有一些特殊要求。除了GPU（图形处理器）能够显着提高性能外，内存量也需要足够大以容纳开采过程中使用的数据块。此外，以太坊还要求使用高速互联网连接。

在挖掘以太坊时，矿工必须找到一个“nonce”（一个用于计算散列函数的任意数字），使得块头的哈希值满足网络的难度要求。这种难度是动态的，取决于矿工的总体算力和网络上的节点数量。因此，挖掘以太坊需要大量的计算能力和电力，以及快速的互联网连接，以便与网络进行同步。

总结一下，以太坊的挖矿算法Ethash是一种散列函数算法，需要大量的内存来防止ASIC挖掘，从而增加了去中心化的网络安全性。挖掘以太坊需要大量的计算能力、内存和网络连接。

二、比特币和以太坊挖矿有什么区别

比特币采用的是SHA-256加密算法发，在挖矿的时候，比拼的是算力。为了提高算力，比特币经历了CPU挖矿、GPU挖矿、FPGA挖矿和现在的ASIC矿机挖矿四个阶段，专业化程度越来越高。

以太坊采用的是Ethash加密算法，在挖矿的过程中，需要读取内存并存储DAG文件。由于每一次读取内存的带宽都是有限的，而现有的计算机技术又很难在这个问题上有质的突破，所以无论如何提高计算机的运算效率，内存读取效率仍然不会有很大的改观。因此从某种意义上来说，以太坊的Ethash加密算法具有“抗ASIC性”.

加密算法的不同，导致了比特币和以太坊的挖矿设备、算力规模差异很大。

目前，比特币挖矿的、设备主要是专业化程度非常高的ASIC矿机，单台矿机的算力最高达到了110T/s,全网算力的规模在120EH/s以上。

以太坊的挖矿设备主要是显卡矿机，专业化的ASIC矿机非常少，一方面是因为以太坊挖矿算法的“抗ASIC性”提高了研发ASIC矿机的门槛，另一方面是因为以太坊升级到2.0之后共识机制会转型为PoS，矿机无法继续挖矿。

和ASIC矿机相比，显卡矿机在啊算力上相差了2个量级。目前，主流的显卡矿机（8卡）算力约为420MH/s，以太坊全网算力约为230TH/s.

从过去两年的时间维度上看，比特币的全网算力增长迅速，以太坊的全网算力增长相对缓慢。

比特币的ASIC矿机被几大矿机厂商所垄断，矿工只能从市场上购买；以太坊的显卡矿机，虽然也有专门的矿机厂商生产制造，矿工还可以根据自己的需求DIY，从市场上购买配件然后自己组装。

三、011:Ethash算法|《ETH原理与智能合约开发》笔记

待字闺中开发了一门区块链方面的课程：《深入浅出ETH原理与智能合约开发》，马良老师讲授。此文集记录我的学习笔记。

课程共8节课。其中，前四课讲ETH原理，后四课讲智能合约。

第四课分为三部分：

这篇文章是第四课第一部分的学习笔记：Ethash算法。

这节课介绍的是以太坊非常核心的挖矿算法。

在介绍Ethash算法之前，先讲一些背景知识。其实区块链技术主要是解决一个共识的问题，而共识是一个层次很丰富的概念，这里把范畴缩小，只讨论区块链中的共识。

什么是共识？

在区块链中，共识是指哪个节点有记账权。网络中有多个节点，理论上都有记账权，首先面临的问题就是，到底谁来记帐。另一个问题，交易一定是有顺序的，即谁在前，前在后。这样可以解决双花问题。区块链中的共识机制就是解决这两个问题，谁记帐和交易的顺序。

什么是工作量证明算法

为了决定众多节点中谁来记帐，可以有多种方案。其中，工作量证明就让节点去算一个哈希值，满足难度目标值的胜出。这个过程只能通过枚举计算，谁算的快，谁获胜的概率大。收益跟节点的工作量有关，这就是工作量证明算法。

为什么要引入工作量证明算法？

Hash Cash由Adam Back在1997年发表，中本聪首次在比特币中应用来解决共识问题。

它最初用来解决垃圾邮件问题。

其主要设计思想是通过暴力搜索，找到一种Block头部组合（通过调整nonce）使得嵌套的SHA256单向散列值输出小于一个特定的值（Target）。

这个算法是计算密集型算法，一开始从CPU挖矿，转而为GPU，转而为FPGA，转而为ASIC，从而使得算力变得非常集中。

算力集中就会带来一个问题，若有一个矿池的算力达到51%，则它就会有作恶的风险。这是比特币等使用工作量证明算法的系统的弊端。而以太坊则吸取了这个教训，进行了一些改进，诞生了Ethash算法。

Ethash算法吸取了比特币的教训，专门设计了非常不利用计算的模型，它采用了I/O密集的模型，I/O慢，计算再快也没用。这样，对专用集成电路则不是那么有效。

该算法对GPU友好。一是考虑如果只支持CPU，担心易被木马攻击；二是现在的显存都很大。

轻型客户端的算法不适于挖矿，易于验证；快速启动

算法中，主要依赖于Keccake256。

数据源除了传统的Block头部，还引入了随机数阵列DAG（有向非循环图）（Vitalik提出）

种子值很小。根据种子值生成缓存值，缓存层的初始值为16M，每个世代增加128K。

在缓存层之下是矿工使用的数据值，数据层的初始值是1G，每个世代增加8M。整个数据层的大小是128Bytes的素数倍。

框架主要分为两个部分，一是DAG的生成，二是用Hashimoto来计算最终的结果。

DAG分为三个层次，种子层，缓存层，数据层。三个层次是逐渐增大的。

种子层很小，依赖上个世代的种子层。

缓存层的第一个数据是根据种子层生成的，后面的根据前面的一个来生成，它是一个串行化的过程。其初始大小是16M，每个世代增加128K。每个元素64字节。

数据层就是要用到的数据，其初始大小1G，现在约2个G，每个元素128字节。数据层的元素依赖缓存层的256个元素。

整个流程是内存密集型。

首先是头部信息和随机数结合在一起，做一个Keccak运算，获得初始的单向散列值Mix[0]，128字节。然后，通过另外一个函数，映射到DAG上，获取一个值，再与Mix[0]混合得到Mix[1]，如此循环64次，得到Mix[64]，128字节。

接下来经过后处理过程，得到 mix final值，32字节。（这个值在前面两个小节《 009：GHOST协议》、《 010：搭建测试网络》都出现过）

再经过计算，得出结果。把它和目标值相比较，小于则挖矿成功。

难度值大，目标值小，就越难（前面需要的 0越多）。

这个过程也是挖矿难，验证容易。

为防止矿机，mix function函数也有更新过。

难度公式见课件截图。

根据上一个区块的难度，来推算下一个。

从公式看出，难度由三部分组成，首先是上一区块的难度，然后是线性部分，最后是非线性部分。

非线性部分也叫难度炸弹，在过了一个特定的时间节点后，难度是指数上升。如此设计，其背后的目的是，在以太坊的项目周期中，在大都会版本后的下一个版本中，要转换共识，由POW变为POW、POS混合型的协议。基金会的意思可能是使得挖矿变得没意思。

难度曲线图显示，2017年10月，难度有一个大的下降，奖励也由5个变为3个。

本节主要介绍了Ethash算法，不足之处，请批评指正。

四、ethash是什么

Ethash是一种用于以太坊区块链的挖矿哈希算法。

Ethash算法是一种基于内存的性能要求较高的加密哈希算法，用于验证以太坊区块链上的交易和区块。它是以太坊工作量证明机制的核心组成部分，用于确定哪个挖矿节点能够添加新的区块到区块链上。

具体来说，Ethash算法通过特定的哈希函数对区块头进行运算，生成一个独特的哈希值。这个哈希值对于每个区块都是唯一的，并且需要满足一定的难度要求。挖矿节点需要通过解决复杂的数学问题来生成符合要求的哈希值，这个过程需要消耗大量的计算资源和时间。只有成功解决这个问题的节点，才能将新的区块添加到区块链上，并获得相应的奖励。

Ethash算法的设计旨在防止单一矿机或矿池通过简单的算力攻击来掌控整个网络。它要求大量的内存和计算能力来有效地进行挖矿，这使得分散的矿工和矿池在竞争中有相对公平的机会。随着以太坊网络的发展，Ethash算法也在不断更新和改进，以适应不断变化的技术环境和安全挑战。它通过不断更新和调整难度级别来保持网络的稳定性和安全性。总的来说，Ethash在以太坊区块链中发挥着关键的作用，确保系统的正常运行和安全性。通过持续的技术迭代和优化，Ethash将能够适应未来以太坊网络发展的需求。