HashCore: Genel Amaçlı İşlemciler için Bir İş İspatı (Proof-of-Work) Fonksiyonu

1. Giriş

İş İspatı (Proof-of-Work, PoW), Bitcoin ve Ethereum gibi büyük kripto paraların temel fikir birliği mekanizmasıdır; işlemleri doğrulamak ve yeni bloklar oluşturmak için hesaplama çabası gerektirerek blok zincirini güvence altına alır. Ancak, madencilikten elde edilen muazzam finansal ödüller, özellikle Uygulamaya Özel Entegre Devreler (ASIC'ler) olmak üzere özel donanım alanında bir silahlanma yarışına yol açmıştır. Bu, pahalı, özel ASIC'lere erişimi olan birkaç kuruluşun ağın hash gücünün orantısız bir payını kontrol ettiği madencilik merkezileşmesiyle sonuçlanmış ve blok zinciri teknolojisinin merkeziyetsizlik ilkesini zayıflatmıştır. HashCore, bir paradigma değişimi önermektedir: PoW'u ASIC'e dirençli hale getirmek yerine, genel amaçlı işlemciyi (GPP) fiili ASIC haline getirir.

2. ASIC Merkezileşmesi Sorunu

Temel sorun ekonomik ve erişilebilirlik temellidir. ASIC geliştirme sermaye yoğun, zaman alıcıdır ve genellikle birkaç üretici tarafından gizlilikle örtülüdür. Bu, yüksek giriş engelleri oluşturarak madencilik gücünü yoğunlaştırır ve %51 saldırıları riskini artırır. Çoğu kullanıcı için rekabetçi ASIC'leri satın almak ve işletmek pratik değildir, bu da büyük kripto para kullanıcı kitlesi ile küçük gerçek madenciler havuzu arasında bir ayrışmaya yol açar. Bu merkezileşme, ağ güvenliği ve merkeziyetsizlik için sistematik bir risk oluşturur.

3. HashCore Tasarım Felsefesi

HashCore geleneksel sorunu tersine çevirir. Bir PoW fonksiyonu tasarlayıp sonra başkalarının bunun için ASIC yapması yerine, HashCore, herkesin zaten sahip olduğu donanımın—genel amaçlı işlemcinin (ör. x86, ARM CPU'lar)—görev için en verimli donanım olacak şekilde tasarlanmıştır.

3.1. Tersine Kıyaslama

Bu köşe taşı kavramdır. Intel ve AMD gibi çip tasarımcıları, standart kıyaslama paketlerinde (ör. SPEC CPU 2017) iyi performans göstermeleri için CPU'larını optimize etmeye milyarlar harcar; bu paketler gerçek dünya hesaplama iş yüklerinin çeşitli bir setini temsil eder. HashCore, tam da bu kıyaslama iş yüklerini taklit eden "widget" adı verilen sözde rastgele oluşturulmuş yapılardan PoW fonksiyonunu inşa ederek bundan yararlanır. Bu nedenle, SPEC için optimize edilmiş bir CPU, tasarım gereği HashCore için de optimize edilmiştir.

3.2. Widget Tabanlı Mimari

HashCore fonksiyonu SHA-256 gibi statik bir hash değildir. Çalışma zamanında dinamik olarak bir araya getirilen hesaplama "widget"larının bir dizisidir. Her widget, temel hesaplama kaynaklarını (ALU, FPU, önbellek, bellek bant genişliği) zorlamak için tasarlanmış genel amaçlı işlemci komutları dizisini yürütür. Widget'ların belirli kombinasyonu ve sırası, blok başlığı girdisine dayalı olarak sözde rastgele belirlenir, bu da iş yükünün donanımda önceden hesaplanamamasını veya önemsiz şekilde optimize edilememesini sağlar.

4. Teknik Uygulama ve Güvenlik

4.1. Çakışma Direnci İspatı

Makale, widget çıktılarını birleştiren temel ilkelin kendisi çakışmaya dirençli olduğu sürece, HashCore'un widget uygulamasından bağımsız olarak çakışmaya dirençli olduğuna dair resmi bir ispat sunar. Güvenlik, bu kriptografik ilkelin (ör. bir Merkle-Damgård yapısı) güvenliğine indirgenir. Sözde rastgele widget oluşturma, genel fonksiyonun çıktısının öngörülemez ve güvenli olmasını sağlar.

4.2. Matematiksel Temel

PoW, aşağıdaki koşulu sağlayan bir nonce $n$ bulmak olarak kavramsallaştırılabilir: $$\text{HashCore}(\text{BlokBaşlığı}, n) < \text{Hedef}$$ Burada $\text{HashCore}(H, n)$ şu şekilde hesaplanır: $$F( W_1( H || n || s_1), W_2( H || n || s_2), ..., W_k( H || n || s_k) )$$ Burada, $H$ blok başlığı, $n$ nonce, $s_i$ $H$ ve $n$'den sözde rastgele türetilen tohumlar, $W_i$ widget fonksiyonları ve $F$ çakışmaya dirençli bir birleştirme fonksiyonudur (hash gibi). Widget dizisi ve parametreleri, bir üretici fonksiyonu $G(H, n)$ tarafından belirlenir.

5. Analiz ve Çıkarımlar

Endüstri Analisti Perspektifi

5.1. Temel Kavrayış

HashCore sadece başka bir "ASIC'e dirençli" algoritma değildir; mevcut donanım ekosisteminin stratejik bir şekilde benimsenmesidir. Gerçek deha, trilyon dolarlık yarı iletken endüstrisinin belirli bir problem sınıfı için mükemmel "ASIC"i zaten inşa ettiğini—CPU'yu—fark etmektir. Ethereum'un Ethash'i gibi projeler ASIC'lere direnmek için bellek zorluğunu hedefledi, ancak Ethash ASIC'lerinin nihai gelişiminin kanıtladığı gibi bu bir geciktirme taktiğidir. HashCore'un yaklaşımı daha temeldir: PoW'un ekonomik teşviklerini küresel donanım üretiminin ekonomik gerçekleriyle uyumlu hale getirir. Merkeziyetsizliği savunulması gereken kırılgan bir hedef değil, varsayılan bir özellik haline getirir.

5.2. Mantıksal Akış

Mantık ikna edici derecede basittir: 1) Sorunu tanımla (ASIC odaklı merkezileşme). 2) Kök nedenini teşhis et (PoW fonksiyonları yaygın CPU iş yüklerine benzemez). 3) Çözüm alanını tersine çevir: ASIC üreticilerini yenemiyorsan, onları senin için çalıştır. PoW'u "CPU'ların zaten iyi olduğu her şey" olarak tanımlayarak, Intel, AMD ve ARM'ın sürekli, büyük AR-GE yatırımlarından yararlanırsın. Bu, uzmanlaşma için hareketli bir hedef yaratır; biri bugünün widget karışımı için statik bir devre tasarladığında, bir sonraki bloğun sözde rastgele oluşturma süreci farklı bir CPU alt sistemini vurgulayabilir. Bu dinamik karmaşıklık, belirli donanıma aşırı uyumu önlemek için bazı sinir ağı budama tekniklerindeki rastgele mimariler gibi diğer alanlardaki kavramları yansıtır.

5.3. Güçlü ve Zayıf Yönler

Güçlü Yönler:

• Gerçek Erişilebilirlik: Madencilik engelini standart bir dizüstü veya masaüstü bilgisayar maliyetine indirger, potansiyel olarak milyarlarca cihazın anlamlı şekilde katılmasını sağlar.
• Sürdürülebilir Merkeziyetsizlik: Madencilik dağılımını cihaz sahipliği dağılımıyla uyumlu hale getirir.
• Geleceğe Dayanıklılık: Gelecekteki on yıllar boyunca CPU mimari iyileştirmelerinden (daha fazla çekirdek, yeni komutlar, daha iyi önbellekler) otomatik olarak yararlanır.
• Enerji Yönlendirme: Veri merkezlerindeki ve kişisel cihazlardaki mevcut boş hesaplama döngülerini, tek parça ASIC çiftliklerinden daha verimli kullanabilir.

• Performans Açığı: Bir GPP, sabit bir görev için özel olarak üretilmiş bir ASIC'ten her zaman mutlak verimlilikte daha az verimli olacaktır. Asıl soru, dolar başına performans ve erişilebilirlik arasındaki denge-takasın buna değip değmediğidir. Başlangıç hash oranları mevcut ASIC ağlarından kat kat daha düşük olacaktır, bu da önemli bir topluluk desteği ve güvenlik için yeni bir ekonomik model gerektirir.
• Yeni Merkezileşme Vektörleri: Risk, ASIC sahipliğinden bulut bilişim kaynaklarının (AWS, Google Cloud) kontrolüne kayar. Kötü niyetli bir aktör, kısa vadeli bir saldırı için geniş CPU çiftliklerini ucuza kiralayabilir; bu, sermaye yoğun ASIC'lerle daha az mümkün olan bir sorundur.
• Uygulama Karmaşıklığı ve Doğrulama:

  Dinamik olarak oluşturulan, karmaşık bir iş yükü, güvenlik açıkları veya fikir birliği hataları ortaya çıkarmadan farklı düğümler arasında doğru şekilde uygulamak ve doğrulamak daha zordur. Bunu SHA-256'nın zarif basitliğiyle karşılaştırın.

• Diğer Donanımları Göz Ardı Eder: Aynı zamanda yaygın ve güçlü olan GPU'lar birincil hedef değildir. GPU iş yükleri için optimize edilmiş bir HashCore varyantı ortaya çıkabilir ve uzmanlaşma döngüsünü yeniden başlatabilir.