1. Pengenalan

Bukti Kerja (PoW) ialah mekanisme konsensus asas untuk kriptowang utama seperti Bitcoin dan Ethereum, yang mengamankan rantaian blok dengan memerlukan usaha pengiraan untuk mengesahkan transaksi dan mencipta blok baharu. Walau bagaimanapun, ganjaran kewangan yang besar daripada perlombongan telah membawa kepada perlumbaan senjata dalam perkakasan khusus, terutamanya Litar Bersepadu Tujuan Khusus (ASIC). Ini mengakibatkan pemusatan perlombongan, di mana beberapa entiti yang mempunyai akses kepada ASIC tersuai yang mahal mengawal bahagian kuasa hashing rangkaian yang tidak seimbang, yang menjejaskan etos terdesentralisasi teknologi rantaian blok. HashCore mencadangkan anjakan paradigma: daripada menjadikan PoW tahan ASIC, ia menjadikan pemproses tujuan am (GPP) sebagai ASIC de facto.

2. Masalah Pemusatan ASIC

Isu teras adalah berasaskan ekonomi dan kebolehaksesan. Pembangunan ASIC memerlukan modal yang tinggi, memakan masa, dan sering diselubungi kerahsiaan oleh beberapa pengeluar. Ini mewujudkan halangan kemasukan yang tinggi, memusatkan kuasa perlombongan dan meningkatkan risiko serangan 51%. Bagi kebanyakan pengguna, membeli dan mengendalikan ASIC yang kompetitif adalah tidak praktikal, membawa kepada perbezaan antara asas pengguna kriptowang yang besar dan kumpulan pelombong sebenar yang kecil. Pemusatan ini menimbulkan risiko sistemik kepada keselamatan rangkaian dan penyahpusatan.

Metrik Masalah Utama

Halangan Kemasukan: Kos modal tinggi untuk ASIC yang kompetitif.

Nisbah Pelombong kepada Pengguna: Bilangan pelombong yang tidak seimbang kecil.

Risiko Keselamatan: Peningkatan kerentanan terhadap serangan terkoordinasi.

3. Falsafah Reka Bentuk HashCore

HashCore membalikkan masalah tradisional. Daripada mereka bentuk fungsi PoW dan kemudian orang lain membina ASIC untuknya, HashCore direka supaya perkakasan yang sudah dimiliki oleh semua orang—pemproses tujuan am (cth., CPU x86, ARM)—ialah perkakasan yang paling cekap untuk tugas tersebut.

3.1. Penanda Aras Terbalik

Ini adalah konsep asas. Pereka cip seperti Intel dan AMD membelanjakan berbilion-bilion untuk mengoptimumkan CPU mereka untuk berprestasi baik pada suite penanda aras standard (cth., SPEC CPU 2017), yang mewakili pelbagai set beban kerja pengiraan dunia sebenar. HashCore memanfaatkan ini dengan membina fungsi PoWnya daripada "widget" yang dijana secara pseudo-rawak yang meniru beban kerja penanda aras ini. Oleh itu, CPU yang dioptimumkan untuk SPEC, secara reka bentuk, dioptimumkan untuk HashCore.

3.2. Seni Bina Berasaskan Widget

Fungsi HashCore bukanlah hash statik seperti SHA-256. Ia adalah urutan "widget" pengiraan yang dipasang secara dinamik pada masa jalan. Setiap widget melaksanakan urutan arahan pemproses tujuan am yang direka untuk menekankan sumber pengiraan utama (ALU, FPU, cache, lebar jalur ingatan). Gabungan dan susunan widget tertentu ditentukan secara pseudo-rawak berdasarkan input pengepala blok, memastikan beban kerja tidak boleh dikira terlebih dahulu atau dioptimumkan dengan mudah dalam perkakasan.

Inti Pati Utama

  • Demokrasi: Mengubah perkakasan pengguna sedia ada menjadi peralatan perlombongan yang kompetitif.
  • Pengoptimuman Dimanfaatkan: Menumpang pada R&D CPU bernilai berbilion dolar.
  • Pertahanan Dinamik: Penjanaan widget masa jalan menghalang pengoptimuman perkakasan statik.

4. Pelaksanaan Teknikal & Keselamatan

4.1. Bukti Rintangan Pelanggaran

Kertas kerja ini memberikan bukti formal bahawa HashCore adalah rintang pelanggaran tanpa mengira pelaksanaan widget, dengan syarat primitif asas yang menggabungkan output widget itu sendiri adalah rintang pelanggaran. Keselamatan dikurangkan kepada keselamatan primitif kriptografi ini (cth., pembinaan Merkle-Damgård). Penjanaan widget pseudo-rawak memastikan output fungsi keseluruhan tidak dapat diramal dan selamat.

4.2. Asas Matematik

PoW boleh dikonsepsikan sebagai mencari nonce $n$ supaya: $$\text{HashCore}(\text{BlockHeader}, n) < \text{Target}$$ Di mana $\text{HashCore}(H, n)$ dikira sebagai: $$F( W_1( H || n || s_1), W_2( H || n || s_2), ..., W_k( H || n || s_k) )$$ Di sini, $H$ ialah pengepala blok, $n$ ialah nonce, $s_i$ ialah benih yang diperoleh secara pseudo-rawak daripada $H$ dan $n$, $W_i$ ialah fungsi widget, dan $F$ ialah fungsi gabungan rintang pelanggaran (seperti hash). Urutan dan parameter widget ditentukan oleh fungsi penjana $G(H, n)$.

5. Analisis & Implikasi

Perspektif Penganalisis Industri

5.1. Inti Pati Utama

HashCore bukan sekadar satu lagi algoritma "tahan ASIC"; ia adalah penggabungan strategik ekosistem perkakasan sedia ada. Kecemerlangan sebenar adalah mengenali bahawa industri semikonduktor bernilai trilion dolar telah membina "ASIC" yang sempurna untuk kelas masalah tertentu—CPU. Projek seperti Ethash Ethereum bertujuan untuk kekerasan ingatan untuk menentang ASIC, tetapi seperti yang dibuktikan oleh pembangunan akhirnya ASIC Ethash, ini adalah taktik penangguhan. Pendekatan HashCore adalah lebih asas: ia menyelaraskan insentif ekonomi PoW dengan realiti ekonomi pembuatan perkakasan global. Ia menjadikan penyahpusatan sebagai sifat lalai, bukan matlamat rapuh yang perlu dipertahankan.

5.2. Aliran Logik

Logiknya sangat mudah dan meyakinkan: 1) Kenal pasti masalah (pemusatan didorong ASIC). 2) Diagnosis punca akar (fungsi PoW tidak seperti beban kerja CPU biasa). 3) Balikkan ruang penyelesaian: jika anda tidak boleh mengalahkan pembuat ASIC, buat mereka bekerja untuk anda. Dengan mentakrifkan PoW sebagai "apa sahaja yang CPU sudah mahir", anda memanfaatkan pelaburan R&D yang berterusan dan besar dari Intel, AMD, dan ARM. Ini mewujudkan sasaran bergerak untuk pengkhususan; pada masa seseorang mereka bentuk litar statik untuk campuran widget hari ini, penjanaan pseudo-rawak blok seterusnya boleh menekankan subsistem CPU yang berbeza. Kerumitan dinamik ini mencerminkan konsep dalam bidang lain, seperti seni bina rawak dalam beberapa teknik pemangkasan rangkaian neural untuk mengelakkan terlalu sesuai dengan perkakasan tertentu.

5.3. Kekuatan & Kelemahan

Kekuatan:

  • Kebolehaksesan Sebenar: Menurunkan halangan perlombongan kepada kos komputer riba atau desktop standard, berpotensi membolehkan berbilion peranti mengambil bahagian secara bermakna.
  • Penyahpusatan Mampan: Menyelaraskan taburan perlombongan dengan taburan pemilikan peranti.
  • Bukti Masa Depan: Mendapat manfaat secara automatik daripada peningkatan seni bina CPU pada masa depan (lebih banyak teras, arahan baharu, cache yang lebih baik).
  • Peluasan Tenaga: Boleh menggunakan kitaran pengiraan terbiar sedia ada di pusat data dan peranti peribadi dengan lebih cekap daripada ladang ASIC monolitik.
Kelemahan Kritikal:
  • Jurang Prestasi: GPP sentiasa kurang cekap secara mutlak berbanding ASIC yang dibina khas untuk tugas tetap. Persoalannya ialah sama ada prestasi-per-dolar dan pertukaran kebolehaksesan berbaloi. Kadar hash awal akan menjadi beberapa magnitud lebih rendah daripada rangkaian ASIC semasa, memerlukan sokongan komuniti yang signifikan dan model ekonomi baharu untuk keselamatan.
  • Vektor Pemusatan Baharu: Risiko beralih daripada pemilikan ASIC kepada kawalan ke atas sumber pengkomputeran awan (AWS, Google Cloud). Pelaku berniat jahat boleh menyewa ladang CPU yang luas dengan murah untuk serangan jangka pendek, masalah yang kurang boleh dilaksanakan dengan ASIC yang memerlukan modal tinggi.
  • Kerumitan Pelaksanaan & Pengesahan: Beban kerja yang kompleks dan dijana secara dinamik adalah lebih sukar untuk dilaksanakan dengan betul dan disahkan merentasi nod yang berbeza tanpa memperkenalkan kerentanan atau pepijat konsensus. Bandingkan ini dengan kesederhanaan elegan SHA-256.
  • Mengabaikan Perkakasan Lain: GPU, yang juga meluas dan berkuasa, bukan sasaran utama. Variasi HashCore yang dioptimumkan untuk beban kerja GPU boleh muncul, memulakan semula kitaran pengkhususan.

5.4. Pandangan Boleh Tindak

Untuk arkitek rantaian blok dan ahli ekonomi kripto, HashCore adalah eksperimen pemikiran wajib. Ia memaksa penilaian semula tentang apa yang dimaksudkan dengan "keselamatan melalui kerja". Adakah ia tentang hash mentah, mutlak per saat, atau adakah ia tentang taburan kuasa hashing itu? Yang terakhir boleh dikatakan lebih penting untuk rintangan penapisan.

Cadangan:

  1. Pendekatan Hibrid: Rantaian blok baharu harus serius mempertimbangkan PoW seperti HashCore pada pelancaran untuk memulakan asas pelombong yang maksimum terdesentralisasi, berpotensi beralih kepada atau digabungkan dengan mekanisme lain (cth., Bukti Kepentingan, PoS) kemudian.
  2. Mengurangkan Risiko Awan: Reka bentuk protokol mesti menggabungkan halangan untuk serangan sewa jangka pendek, seperti masa epoch yang lebih panjang atau keperluan bon, belajar daripada masalah "tiada apa-apa dipertaruhkan" dalam sistem PoS awal.
  3. Piawaikan & Audit: Komuniti kripto harus menganggap perpustakaan widget dan fungsi penjanaan sebagai komponen keselamatan kritikal, menjadikannya tertakluk kepada audit yang sama ketat seperti primitif kriptografi.
  4. Pemodelan Ekonomi: Model tokenomik baharu diperlukan di mana keselamatan diperoleh daripada asas pelombong berkuasa rendah yang tersebar dan bukannya modal tertumpu. Ini mungkin melibatkan pemikiran semula tentang ganjaran blok dan pengagihan yuran transaksi.
Pada dasarnya, HashCore kurang sebagai pengganti terus untuk SHA-256 dan lebih sebagai falsafah asas untuk generasi seterusnya rangkaian tanpa kebenaran, benar-benar terdesentralisasi. Kejayaannya bergantung bukan hanya pada keanggunan teknikal, tetapi pada keupayaannya untuk memupuk ekosistem perlombongan yang lebih tahan lasak dan adil.

6. Aplikasi & Hala Tuju Masa Depan

Prinsip di sebalik HashCore melangkaui perlombongan kriptowang.

  • Rangkaian Infrastruktur Fizikal Terdesentralisasi (DePIN): HashCore boleh mengamankan rangkaian yang memberi insentif untuk perkongsian sumber pengiraan tujuan am (cth., untuk pemprosesan grafik, pengkomputeran saintifik), di mana kerja itu sendiri berguna dan PoW mengamankan rangkaian.
  • Bukti Kerja Berguna Adaptif: Widget boleh direka untuk melaksanakan pengiraan berguna yang boleh disahkan (cth., lipatan protein, penyelesaian masalah matematik) sebagai hasil sampingan untuk mengamankan rantaian, bergerak ke arah visi "Bukti Kerja Berguna".
  • Sokongan Seni Bina Pelbagai: Versi masa depan boleh memasukkan suite widget yang dioptimumkan untuk seni bina lazim yang berbeza (ARM untuk mudah alih, RISC-V untuk IoT yang muncul), mewujudkan landskap perlombongan heterogen tetapi adil.
  • Integrasi dengan Bukti Tanpa Pengetahuan: Sifat kompleks dan tidak boleh selari bagi beberapa urutan widget boleh dimanfaatkan bersama dengan zk-SNARKs untuk mencipta bukti kerja yang padat, membolehkan pengesahan lebih ringan untuk klien ringan.
Cabaran utama adalah mengimbangi kerumitan, keselamatan, dan kebolehpengesahan. Masa depan terletak pada penciptaan perpustakaan widget "diilhamkan penanda aras" yang piawai dan diaudit dengan baik yang boleh diterima pakai dengan selamat oleh projek rantaian blok baharu.

7. Rujukan

  1. Georghiades, Y., Flolid, S., & Vishwanath, S. (Tahun). HashCore: Proof-of-Work Functions for General Purpose Processors. [Nama Persidangan atau Jurnal].
  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 sebagai contoh rangka kerja yang direka untuk domain masalah umum, serupa dengan reka bentuk HashCore untuk perkakasan umum).