이더해시

이더해시(Ethash)는 러시아, 캐나다의 프로그래머이며 이더리움의 개발자인 비탈릭 부테린(Vitalik Buterin)이 개발한 블록 체인 통화의 작업 증명(POW; Proof Of Work) 기능이다.

개요

이더해시는 비트코인의 합의 알고리즘에 특화된 주문형 반도체(ASIC; Application Specific Integrated Circuit) 장비로 인해 채굴자가 대형화된 연산력을 바탕으로 이뤄진 중앙화를 해결하기 위해 개발된 알고리즘이다. 대거(Dagger) 알고리즘과 하시모토(Hashimoto) 알고리즘을 결합해 만든 대거-하시모토(Dagger-Hashimoto) 알고리즘을 사용한다. 이 알고리즘은 메모리를 활용하는 알고리즘이며, 연산장치의 물리적 한계를 사용함으로써 ASIC의 효율성을 낮춘다.

특징

2차원 배열 데이터(DAG; Directed Acyclic Graph) 파일을 이용해 GPU 연산의 효율성은 높힌다. ASIC 무력화를 위해 메모리를 사용하며, 컴퓨터 메모리 일정량의 데이터를 읽은 후 nonce와 hash 계산을 반복한다. 목적 자체가 ASIC의 효율성을 낮춰 제작에 어려움을 주는 것이기 때문에 그를 위해 3만 블록마다 수 GB의 DAG을 새로 생성해 해싱에 사용한다. 블록의 헤더들을 스캔해 seed값을 추출할 수 있으며 당 seed를 통해 16mb의 pseudo random cache를 계산할 수 있고 당 cashe를 통해 1gb 이상의 Full Dataset을 생성할 수 있다. 30000 블록 단위 별로 Full Dataset이 완전히 변형되며 선형으로 증가한다. 또 해당 Full Dataset의 랜덤값을 마이닝 해싱 작업에 포함 시키도록 하여 메모리의 읽기 연산과 Dataset 저장 공간에 제약을 줘 ASIC 제작에 어려움을 주며 마이닝 과정에서 페이지를 불러올 때 mix 과정을 통해 다음에 불러올 페이지를 예측할 수 없게 설계되어 있다. 캐시 용량 자체가 8kb~32kb의 작은 크기로 DAG를 저장하기가 현실적으로 불가하며 캐시 미스의 확률이 높기 때문에 일부를 캐시에 저장하는 것 또한 불가능하다. cache data를 이용해 64bytes의 데이터를 생성하고 이를 계산 결과에 맞는 Data size크기만큼 생성하도록 반복해 DAG 파일을 생성한다.

비트코인과의 비교

비트코인은 SHA256 연산만을 필요로 하지만 이더해시는 DAG를 사용해 예상 불가능한 순차적 메모리 연산을 필요로 해 ASIC의 제작이 어렵다. 비트코인과 같은 Pow 구조를 갖고 있으나 다른 매커니즘을 갖는다.

채굴 과정

비어있는 32개 길이의 배열을 Epoch수만큼 해싱한다. 그 값을 Seed값으로 삼아 FNV 해시를 이용해 DAG를 64회 참조하고 그걸 바탕으로 Digest를 생성한다. Digest와 Seed를 Keccak156해시를 해 결과값이 조건에 맞으면 채굴에 성공한다. Digest와 Nonce는 블록 헤더에 포함되는데 Digest 필드, Nonce 필드가 포함되지 않아 해시값에 변경이 없다.

참고자료

야옹메롱,〈크립토알고리즘 개념 및 종류〉, 《네이버 블로그》, 2018-10-03 니르바나,〈이더리움의 합의 알고리즘 - 작업증명〉, 《티스토리》, 2018 dongsamb,〈Ethereun PoW 알고리즘 비교 및 원리〉, 《steemit》, 2018

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