AsicBoost テクノロジーとは何でしょうか?マイニングサークルを爆発させましょう。

昨夜、Bitmain が「Explicit Asic Boost」機能を実装するために使用される新しい S9 ファームウェアをリリースしたというニュースが、マイニング界でセンセーションを巻き起こしました。多くの友人が、これはどのような技術なのか、なぜこれほど多くの人が注目しているのかと私に尋ねました。実際、マイナーの利益の観点から単純に言えば、この技術の使用により、電力消費を 10% ～ 20% 削減できます (AsicBoost 公式サイトのデータによる)。では、AsicBoost とは何でしょうか?今日はその謎を解き明かします。

（図１）

1. ビットコインのコアアルゴリズム: SHA256

まず、ビットコインマイニングの原理を簡単に確認してみましょう。ビットコインのマイニングは、ブロックヘッダーに対して 2 つの SHA256 操作を実行します。操作の結果は、現在の難易度サイクルに対応する難易度ターゲットよりも小さくなければなりません。ブロックヘッダーは 80 バイトで構成され、4 バイトのバージョン番号 (Version)、32 バイトの親ブロックハッシュ (Previous Hash)、現在の候補ブロックパッケージトランザクションの 32 バイトの Merkle Root、4 バイトのタイムスタンプ (timestamp)、4 バイトの難易度、および 4 バイトの乱数 (Nonce) が含まれます。マイニングプロセス中は、バージョン番号、親ハッシュ、難易度はすべて固定されます。マイニングマシンは計算のために乱数を絶えず変更する必要がありますが、乱数は 4 バイトしかないため、2^32 回の演算しか実行できません。したがって、マイナーは、2^32 ハッシュごとに変更される新しい Merkle Root を取得するために、Coinbase トランザクションを変更する必要もあります。計算能力の急増により、独立したマイニングマシンではブロックを生成できなくなり、マイナーはマイニングプールに参加してマイニングすることを選択します。マイニングプロセスは、異なるジョブを異なるマイニングマシンに送信するマイニングプールになり、マイニングマシンは計算されたシェアを送信できます。

（図2）

ブロックヘッダーの SHA256 を実行する場合、処理には 64 バイトが必要です。明らかに 80 バイトを超えているため、ブロックヘッダーを 128 バイトに補充するには 48 バイトのパディングビットが必要です。パディングビットはすべて 0 で埋められるため、パディングゼロと呼ばれます。

このように、ブロックヘッダーは計算のために 2 つのグループに分割されます。上の図と合わせると、Merkle Rootの最初の28バイトと最後の4バイトが分離されていることがわかります。

2. アシックブースト

図2から、Merkle Rootが扱いにくく2つのグループに分かれていること、ブロックヘッダーの構造がハードコードされていて変更できないことから、AsicBoostが生まれたことは容易にわかります。 2016 年 3 月、Timo Hanko 博士がホワイトペーパーを提案し、継続的に改善され、最終的に 2 つの最適化手法 (1 つはバージョンローリング、もう 1 つは Merkle ルート衝突) が決定されました。ただし、現在使用されている実装方法は最初の方法のみであり、2 番目の方法を使用していると主張する人はまだいません。

ここではバージョンローリングに焦点を当てます。

バージョン-ローリング。 4 バイトバージョンには合計 32 ビットがあり、最初の 3 ビットのみが固定され、残りのビットはテクノロジのアップグレードまたはソフトフォーク時の投票に使用されます。しかし、実際のアプリケーションでは、29 のソフトフォーク投票を同時に行うことは不可能です。 4 ビットのみを使用する場合は、2^4 回多く実行され、同じタスクを受信した後、2^32 回の演算を 2^4 ラウンド実行できるため、マイニングマシンがデータを受信する回数が減り、消費電力が削減されます。 AsicBoost.com によれば、消費電力を約 20% 削減できるとのことです。もちろん、実際の使用効果はまだ長期間にわたってテストする必要があります。ブロックチェーンの世界に人が集まるにつれて、ネットワーク全体の計算能力は継続的に上昇する段階にあり、マイニングの利益はさらに減少する可能性があります。 20% の電力消費の節約は、マイナーにとってかなりの金額になるかもしれません。

興味のある友人は、Merkle Root Collisions についても学ぶことができます。図 2 に示すように、32 バイトの Merkle ルートは SHA256 操作のために 2 つのグループに分割され、最初の部分は 28 バイト、2 番目の部分は 4 バイトです。 Merkle ルート衝突の原理は、最後の 4 バイトが同じである多くの Merkle ルートを構築することです。このように、乱数が固定されている場合は、ブロックヘッダーの前半に対してのみ SHA256 操作を実行する必要があり、後半は変更されません。この方法の本質は、32 ビットのハッシュ衝突です。「誕生日のパラドックス」によれば、衝突のセットを見つけるために必要な試行回数は、実際にはそれほど多くありません。通常、新しい Merkle Root を試すには 2 つの方法があります。1 つは Coinbase トランザクションを変更することですが、ここでは問題があります。ブロックにコインベーストランザクションのみが含まれている場合、Merkle ルートの最後の 4 バイトを保証するのがはるかに簡単なので、マイニングプールは悪意を持って空のブロックを作成する可能性があります。 2 つ目は、トランザクションの順序を交換することです。この方法の問題点は、Segregated Witness (Segwit) ではハッシュ操作の量が 2 倍になることです。 Segregated Witness では、新しい Witness Merkle Tree と Witness Merkle Root が導入されています (図 3 を参照)。トランザクションの順序が変更されると、Witness Merkle Tree も変更され、元の Merkle Tree の coinbase トランザクションがさらに変更されるため、Merkle Tree 全体を下から上に向かって再計算する必要があり、作業負荷が 2 倍になります。ご存知のとおり、以前に更新されたビットコインコアバージョンでは、すでに分離された証人機能が完全にサポートされています。

（図3）

昨日の公式発表では、「Explicit Asic Boost」機能を有効にできるR4、T9、T9+、S9i、S9j用の新しいファームウェアも今週リリースされると述べられており、Poolin Mining Pool（Poolin.com）が率先してAsic Boostのサポートを行っています。マイナーはファームウェアを更新した後、追加の操作を実行する必要はなく、マイニングプールに接続して直接マイニングを開始できます。

参考リンク

ファームウェアダウンロードアドレス:

https://service.Bitmain.com/support/download

公式発表:

https://blog.bitmain.com/en/new-firmware-activate-overt-asicboost-bm1387-antminer-models/

AsicBoost公式サイト:

https://www.asicboost.com/

BDPL公式サイト:

https://blockchaindpl.org/

Slushpool の階層拡張プロトコル:

https://github.com/slushpool/stratumprotocol/blob/master/stratum-extensions.md

目に見えないAsicBoostに関するBitmexの声明: