1. परिचय

प्रूफ-ऑफ-वर्क (PoW) बिटकॉइन और एथेरियम जैसी प्रमुख क्रिप्टोकरेंसी के लिए मूलभूत सहमति तंत्र है, जो लेन-देन को मान्य करने और नए ब्लॉक बनाने के लिए कम्प्यूटेशनल प्रयास की आवश्यकता से ब्लॉकचेन को सुरक्षित करता है। हालाँकि, माइनिंग से होने वाले विशाल वित्तीय पुरस्कारों ने विशेष हार्डवेयर, मुख्यतः एप्लिकेशन-विशिष्ट एकीकृत सर्किट (ASIC) में एक होड़ पैदा कर दी है। इसके परिणामस्वरूप माइनिंग केंद्रीकरण हुआ है, जहाँ महंगे, कस्टम ASIC तक पहुँच रखने वाली कुछ इकाइयाँ नेटवर्क की हैशिंग शक्ति का असमान हिस्सा नियंत्रित करती हैं, जिससे ब्लॉकचेन प्रौद्योगिकी के विकेंद्रीकृत आदर्श को कमजोर किया जाता है। हैशकोर एक प्रतिमान परिवर्तन प्रस्तावित करता है: PoW को ASIC-प्रतिरोधी बनाने के बजाय, यह सामान्य-उद्देश्य प्रोसेसर (GPP) को वास्तविक ASIC बना देता है।

2. ASIC केंद्रीकरण समस्या

मूल मुद्दा आर्थिक और पहुँच-आधारित है। ASIC विकास पूंजी-गहन, समय लेने वाला है और अक्सर कुछ निर्माताओं द्वारा गोपनीयता में लिपटा रहता है। इससे प्रवेश में उच्च बाधाएँ पैदा होती हैं, माइनिंग शक्ति केंद्रित हो जाती है और 51% हमलों का जोखिम बढ़ जाता है। अधिकांश उपयोगकर्ताओं के लिए, प्रतिस्पर्धी ASIC खरीदना और संचालित करना अव्यावहारिक है, जिससे बड़े क्रिप्टोकरेंसी उपयोगकर्ता आधार और वास्तविक माइनरों के छोटे समूह के बीच अंतर पैदा होता है। यह केंद्रीकरण नेटवर्क सुरक्षा और विकेंद्रीकरण के लिए एक व्यवस्थित जोखिम पैदा करता है।

मुख्य समस्या मेट्रिक्स

प्रवेश बाधा: प्रतिस्पर्धी ASIC के लिए उच्च पूंजी लागत।

माइनर-से-उपयोगकर्ता अनुपात: माइनरों की असमान रूप से छोटी संख्या।

सुरक्षा जोखिम: समन्वित हमलों के प्रति बढ़ी हुई संवेदनशीलता।

3. हैशकोर डिज़ाइन दर्शन

हैशकोर पारंपरिक समस्या को उलट देता है। एक PoW फ़ंक्शन डिज़ाइन करने और फिर दूसरों द्वारा उसके लिए ASIC बनाने के बजाय, हैशकोर को इस तरह डिज़ाइन किया गया है कि हर किसी के पास पहले से मौजूद हार्डवेयर—सामान्य-उद्देश्य प्रोसेसर (जैसे, x86, ARM CPU)—काम के लिए इष्टतम रूप से कुशल हार्डवेयर है।

3.1. व्युत्क्रम बेंचमार्किंग

यह आधारभूत अवधारणा है। इंटेल और एएमडी जैसे चिप डिज़ाइनर अपने CPU को मानक बेंचमार्क सूट (जैसे, SPEC CPU 2017) पर अच्छा प्रदर्शन करने के लिए अनुकूलित करने में अरबों खर्च करते हैं, जो वास्तविक दुनिया के कम्प्यूटेशनल कार्यभारों के एक विविध सेट का प्रतिनिधित्व करते हैं। हैशकोर इन्हीं बेंचमार्क कार्यभारों की नकल करने वाले छद्म-यादृच्छिक रूप से उत्पन्न "विजेट" से अपना PoW फ़ंक्शन बनाकर इसका लाभ उठाता है। इसलिए, SPEC के लिए अनुकूलित एक CPU, डिज़ाइन के अनुसार, हैशकोर के लिए अनुकूलित है।

3.2. विजेट-आधारित आर्किटेक्चर

हैशकोर फ़ंक्शन SHA-256 जैसा एक स्थिर हैश नहीं है। यह रनटाइम पर कम्प्यूटेशनल "विजेट" का गतिशील रूप से संयोजित क्रम है। प्रत्येक विजेट सामान्य-उद्देश्य प्रोसेसर निर्देशों का एक क्रम निष्पादित करता है जो मुख्य कम्प्यूटेशनल संसाधनों (ALU, FPU, कैश, मेमोरी बैंडविड्थ) पर दबाव डालने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। विजेट का विशिष्ट संयोजन और क्रम ब्लॉक हैडर इनपुट के आधार पर छद्म-यादृच्छिक रूप से निर्धारित किया जाता है, यह सुनिश्चित करते हुए कि कार्यभार को हार्डवेयर में पूर्व-गणित या तुच्छ रूप से अनुकूलित नहीं किया जा सकता।

मूल अंतर्दृष्टि

  • लोकतंत्रीकरण: मौजूदा उपभोक्ता हार्डवेयर को प्रतिस्पर्धी माइनिंग उपकरण में बदल देता है।
  • उत्तोलित अनुकूलन: CPU अनुसंधान और विकास के अरबों डॉलर का लाभ उठाता है।
  • गतिशील रक्षा: रनटाइम विजेट जनरेशन स्थिर हार्डवेयर अनुकूलन को विफल कर देता है।

4. तकनीकी कार्यान्वयन और सुरक्षा

4.1. टकराव प्रतिरोध प्रमाण

पेपर एक औपचारिक प्रमाण प्रदान करता है कि हैशकोर विजेट कार्यान्वयन की परवाह किए बिना टकराव-प्रतिरोधी है, बशर्ते कि विजेट आउटपुट को जोड़ने वाला अंतर्निहित आदिम स्वयं टकराव-प्रतिरोधी हो। सुरक्षा इस क्रिप्टोग्राफ़िक आदिम (जैसे, मर्कल-डैमगार्ड निर्माण) की सुरक्षा तक कम हो जाती है। छद्म-यादृच्छिक विजेट जनरेशन यह सुनिश्चित करता है कि समग्र फ़ंक्शन का आउटपुट अप्रत्याशित और सुरक्षित है।

4.2. गणितीय आधार

PoW को एक नॉन्स $n$ ढूंढने के रूप में समझा जा सकता है जैसे कि: $$\text{हैशकोर}(\text{ब्लॉकहैडर}, n) < \text{लक्ष्य}$$ जहाँ $\text{हैशकोर}(H, n)$ की गणना इस प्रकार की जाती है: $$F( W_1( H || n || s_1), W_2( H || n || s_2), ..., W_k( H || n || s_k) )$$ यहाँ, $H$ ब्लॉक हैडर है, $n$ नॉन्स है, $s_i$ $H$ और $n$ से छद्म-यादृच्छिक रूप से प्राप्त बीज हैं, $W_i$ विजेट फ़ंक्शन हैं, और $F$ एक टकराव-प्रतिरोधी संयोजन फ़ंक्शन है (जैसे एक हैश)। विजेट अनुक्रम और पैरामीटर एक जनरेटर फ़ंक्शन $G(H, n)$ द्वारा निर्धारित किए जाते हैं।

5. विश्लेषण और निहितार्थ

उद्योग विश्लेषक परिप्रेक्ष्य

5.1. मूल अंतर्दृष्टि

हैशकोर केवल एक और "ASIC-प्रतिरोधी" एल्गोरिदम नहीं है; यह मौजूदा हार्डवेयर पारिस्थितिकी तंत्र का एक रणनीतिक सह-अधिग्रहण है। वास्तविक प्रतिभा यह पहचानने में है कि ट्रिलियन-डॉलर के सेमीकंडक्टर उद्योग ने पहले से ही कुछ प्रकार की समस्याओं के लिए आदर्श "ASIC" बना लिया है—CPU। एथेरियम के एथाश जैसी परियोजनाओं का लक्ष्य ASIC का विरोध करने के लिए मेमोरी-हार्डनेस था, लेकिन अंततः एथाश ASIC के विकास से स्पष्ट है, यह एक विलंब रणनीति है। हैशकोर का दृष्टिकोण अधिक मौलिक है: यह PoW के आर्थिक प्रोत्साहन को वैश्विक हार्डवेयर निर्माण की आर्थिक वास्तविकताओं के साथ संरेखित करता है। यह विकेंद्रीकरण को एक डिफ़ॉल्ट गुण बना देता है, न कि एक नाजुक लक्ष्य जिसकी रक्षा की जानी है।

5.2. तार्किक प्रवाह

तर्क आकर्षक रूप से सरल है: 1) समस्या की पहचान करें (ASIC-संचालित केंद्रीकरण)। 2) मूल कारण का निदान करें (PoW फ़ंक्शन सामान्य CPU कार्यभारों से भिन्न हैं)। 3) समाधान स्थान को उलट दें: यदि आप ASIC निर्माताओं को हरा नहीं सकते, तो उन्हें आपके लिए काम करवाएं। PoW को "जो कुछ भी CPU पहले से ही अच्छे हैं" के रूप में परिभाषित करके, आप इंटेल, एएमडी और ARM से निरंतर, विशाल अनुसंधान और विकास निवेश का लाभ उठाते हैं। यह विशेषज्ञता के लिए एक चलती हुई लक्ष्य बनाता है; जब तक कोई आज के विजेट मिश्रण के लिए एक स्थिर सर्किट डिज़ाइन करता है, अगले ब्लॉक का छद्म-यादृच्छिक जनरेशन एक अलग CPU उपतंत्र पर जोर दे सकता है। यह गतिशील जटिलता अन्य क्षेत्रों की अवधारणाओं को दर्शाती है, जैसे कि कुछ न्यूरल नेटवर्क प्रूनिंग तकनीकों में विशिष्ट हार्डवेयर के लिए ओवरफिटिंग को रोकने के लिए यादृच्छिक आर्किटेक्चर।

5.3. शक्तियाँ और कमियाँ

शक्तियाँ:

  • वास्तविक पहुँच: माइनिंग बाधा को एक मानक लैपटॉप या डेस्कटॉप की लागत तक कम करता है, संभावित रूप से अरबों उपकरणों को सार्थक रूप से भाग लेने में सक्षम बनाता है।
  • सतत विकेंद्रीकरण: माइनिंग वितरण को उपकरण स्वामित्व वितरण के साथ संरेखित करता है।
  • भविष्य-सुरक्षा: भविष्य के CPU आर्किटेक्चरल सुधारों (अधिक कोर, नए निर्देश, बेहतर कैश) से स्वचालित रूप से लाभान्वित होता है।
  • ऊर्जा विविधीकरण: मोनोलिथिक ASIC फार्मों की तुलना में डेटा केंद्रों और व्यक्तिगत उपकरणों में मौजूदा निष्क्रिय कम्प्यूट चक्रों का अधिक कुशलता से उपयोग कर सकता है।
महत्वपूर्ण कमियाँ:
  • प्रदर्शन अंतर: एक निश्चित कार्य के लिए एक GPP हमेशा एक उद्देश्य-निर्मित ASIC की तुलना में पूर्ण रूप से कम कुशल होगा। सवाल यह है कि क्या प्रति डॉलर प्रदर्शन और पहुँच का समझौता इसके लायक है। प्रारंभिक हैश दरें वर्तमान ASIC नेटवर्क की तुलना में कई गुना कम होंगी, जिसके लिए सुरक्षा के लिए एक महत्वपूर्ण समुदाय की भागीदारी और एक नए आर्थिक मॉडल की आवश्यकता होगी।
  • नए केंद्रीकरण वेक्टर: जोखिम ASIC स्वामित्व से क्लाउड कम्प्यूटिंग संसाधनों (AWS, Google Cloud) पर नियंत्रण की ओर स्थानांतरित हो जाता है। एक दुर्भावनापूर्ण अभिनेता अल्पकालिक हमले के लिए सस्ते में विशाल CPU फार्म किराए पर ले सकता है, जो पूंजी-गहन ASIC के साथ कम व्यवहार्य समस्या है।
  • कार्यान्वयन जटिलता और सत्यापन: एक गतिशील रूप से उत्पन्न, जटिल कार्यभार को कमजोरियों या सहमति बग को पेश किए बिना विभिन्न नोड्स पर सही ढंग से लागू करना और सत्यापित करना कठिन है। इसकी तुलना SHA-256 की सुरुचिपूर्ण सरलता से करें।
  • अन्य हार्डवेयर की उपेक्षा: GPU, जो व्यापक और शक्तिशाली भी हैं, प्राथमिक लक्ष्य नहीं हैं। GPU कार्यभारों के लिए अनुकूलित एक हैशकोर वेरिएंट उभर सकता है, जो विशेषज्ञता चक्र को फिर से शुरू कर देगा।

5.4. क्रियान्वयन योग्य अंतर्दृष्टि

ब्लॉकचेन आर्किटेक्ट और क्रिप्टो-अर्थशास्त्रियों के लिए, हैशकोर एक अनिवार्य विचार प्रयोग है। यह "कार्य के माध्यम से सुरक्षा" का वास्तव में क्या अर्थ है, इसका पुनर्मूल्यांकन करने के लिए मजबूर करता है। क्या यह प्रति सेकंड कच्चे, पूर्ण हैश के बारे में है, या उस हैशिंग शक्ति के वितरण के बारे में है? सेंसरशिप प्रतिरोध के लिए उत्तरार्द्ध तर्कसंगत रूप से अधिक महत्वपूर्ण है।

सिफारिशें:

  1. संकर दृष्टिकोण: नए ब्लॉकचेन को लॉन्च पर अधिकतम विकेंद्रीकृत माइनर आधार बूटस्ट्रैप करने के लिए हैशकोर जैसे PoW पर गंभीरता से विचार करना चाहिए, संभावित रूप से बाद में अन्य तंत्रों (जैसे, प्रूफ-ऑफ-स्टेक, PoS) में संक्रमण या संयोजन करना।
  2. क्लाउड जोखिम को कम करें: प्रोटोकॉल डिज़ाइन में अल्पकालिक किराया हमलों के लिए निरुत्साहन शामिल होना चाहिए, जैसे कि लंबे युग समय या बॉन्डिंग आवश्यकताएँ, शुरुआती PoS प्रणालियों में "नथिंग-एट-स्टेक" समस्या से सीखना।
  3. मानकीकरण और ऑडिट: क्रिप्टो समुदाय को विजेट लाइब्रेरी और जनरेशन फ़ंक्शन को महत्वपूर्ण सुरक्षा घटकों के रूप में मानना चाहिए, उन्हें क्रिप्टोग्राफ़िक आदिमों के समान कठोर ऑडिटिंग के अधीन करना चाहिए।
  4. आर्थिक मॉडलिंग: नए टोकनोमिक मॉडल की आवश्यकता है जहां सुरक्षा केंद्रित पूंजी के बजाय कम-शक्ति वाले माइनरों के विसरित आधार से प्राप्त हो। इसमें ब्लॉक पुरस्कार और लेनदेन शुल्क वितरण पर पुनर्विचार शामिल हो सकता है।
संक्षेप में, हैशकोर SHA-256 के लिए एक ड्रॉप-इन प्रतिस्थापन से कम और अनुमतिहीन, वास्तव में विकेंद्रीकृत नेटवर्क की अगली पीढ़ी के लिए एक मौलिक दर्शन अधिक है। इसकी सफलता न केवल तकनीकी सुंदरता पर, बल्कि एक अधिक लचीले और न्यायसंगत माइनिंग पारिस्थितिकी तंत्र को बढ़ावा देने की क्षमता पर निर्भर करती है।

6. भविष्य के अनुप्रयोग और दिशाएँ

हैशकोर के पीछे के सिद्धांत क्रिप्टोकरेंसी माइनिंग से परे फैले हुए हैं।

  • विकेंद्रीकृत भौतिक अवसंरचना नेटवर्क (DePIN): हैशकोर उन नेटवर्कों को सुरक्षित कर सकता है जो सामान्य-उद्देश्य कम्प्यूट संसाधनों (जैसे, रेंडरिंग, वैज्ञानिक कम्प्यूटिंग) के साझाकरण को प्रोत्साहित करते हैं, जहाँ कार्य स्वयं उपयोगी है और PoW नेटवर्क को सुरक्षित करता है।
  • अनुकूली प्रूफ-ऑफ-यूज़फुल-वर्क: विजेट को सत्यापन योग्य उपयोगी गणनाएँ (जैसे, प्रोटीन फोल्डिंग, गणितीय समस्या-समाधान) करने के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है, जो श्रृंखला को सुरक्षित करने का एक उपोत्पाद है, "प्रूफ-ऑफ-यूज़फुल-वर्क" के दृष्टिकोण की ओर बढ़ते हुए।
  • बहु-आर्किटेक्चर समर्थन: भविष्य के संस्करणों में विभिन्न प्रचलित आर्किटेक्चर (मोबाइल के लिए ARM, उभरते IoT के लिए RISC-V) के लिए अनुकूलित विजेट सूट शामिल हो सकते हैं, जिससे एक विषम लेकिन निष्पक्ष माइनिंग परिदृश्य बन सके।
  • जीरो-नॉलेज प्रूफ के साथ एकीकरण: कुछ विजेट अनुक्रमों की जटिल, गैर-समानांतर प्रकृति का उपयोग zk-SNARK के साथ संयोजन में किए गए कार्य के संक्षिप्त प्रमाण बनाने के लिए किया जा सकता है, जिससे हल्के ग्राहकों के लिए हल्का सत्यापन सक्षम हो सके।
मुख्य चुनौती जटिलता, सुरक्षा और सत्यापन क्षमता के बीच संतुलन बनाना है। भविष्य "बेंचमार्क-प्रेरित" विजेट के मानकीकृत, अच्छी तरह से ऑडिट की गई लाइब्रेरी बनाने में निहित है जिन्हें नए ब्लॉकचेन प्रोजेक्ट द्वारा सुरक्षित रूप से अपनाया जा सकता है।

7. संदर्भ

  1. Georghiades, Y., Flolid, S., & Vishwanath, S. (Year). HashCore: Proof-of-Work Functions for General Purpose Processors. [Conference or Journal Name].
  2. Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System.
  3. Back, A. (2002). Hashcash - A Denial of Service Counter-Measure.
  4. SPEC CPU 2017. Standard Performance Evaluation Corporation. https://www.spec.org/cpu2017/
  5. Buterin, V. (2013). Ethereum White Paper: A Next-Generation Smart Contract and Decentralized Application Platform.
  6. Dwork, C., & Naor, M. (1992). Pricing via Processing or Combatting Junk Mail. CRYPTO '92.
  7. Zhu, J., et al. (2017). Unpaired Image-to-Image Translation using Cycle-Consistent Adversarial Networks. ICCV 2017. (CycleGAN as an example of a framework designed for a general problem domain, akin to HashCore's design for general hardware).