以太坊源代码 - ethash算法介绍

Posted 2021-04-12 星想法

Ethash算法是以太坊挖矿算法，是在Dagger-Hashimoto的基础实现的。基本的算法流程如下：

*）生成种子数据（和区块信息相关） *）生成cache数据 *）生成DAG数据 *）寻找nonce，计算区块头的hash，保证hash的结果小于区块头中指定的难度。

具体代码在consensus/algorithm.go。

0）定义的常量

DAG的初始大小是1G，cache的初始大小是16M，一个世纪是30000个区块。cache以及DAG是随着世纪在增长。

1）cache大小以及数据生成

cache大小计算，在初始大小的基础上，每过一个世纪，增加128k。最靠近这个的质数（以2*hashBytes）减少。

目前的世纪数是185，也就是cache的大小接近：16M+185*128k = 39.1M。

cache数据的生成逻辑在generateCache函数中，逻辑如下图：

其中seed的计算

2）DAG大小以及数据生成

DAG的大小的计算和cache大小的计算类似：

目前以太区块高度5553582，epoch是185，DAG大小是2.45G。

DAG数据的生成逻辑在generateDateset以及generateDatesetItem函数中，逻辑如下图：

简单的说，每生成一个Mix需要找到256个parent的Hash块，这些块需要做fnvHash叠加。parent的Hash 块的编号和循环变量以及Mix中的内容相关。也就是说，一个Mix依赖256个cache块，逻辑上，Mix的生成像有向无环图，这个也是为什么取名DAG的原因。

3）ethash计算

DAG数据准备好后，给定一个区块头，开始枚举nonce，寻找满足难度的nonce。

计算实现在hashimoto函数中，逻辑如下图：（图片摘自：https://docs.google.com/drawings/d/12yaGlsb5cz7IlWXcwgT6xXympFDVf84C6UrYkqHRipQ/edit）

从已知的Header以及估算的nonce，循环（64次）计算出Mix（128字节）。根据循环编号以及Mix的内容，从DAG中查找对应的数据，生成新的Mix。最后会通过Keccak512生成Mix Digest，如果小于Target难度，该nonce就是需要寻找的nonce值。

很清楚，需要寻找一个64位nonce，计算量很大，只能采用枚举法，从0开始。而且计算的瓶颈在数据访问带宽。然而，验证一个nonce相对简单，因为只需要一次计算。