AsicBoost到底是个什么技术？让矿圈炸了。

昨晚的一则快讯引爆了矿圈，快讯称比特大陆发布了S9新固件，新固件用于实现“显性Asic Boost”功能。不少朋友问我这是项什么技术，大家如此关注。其实简单的从矿工朋友切身利益来说，就是使用该项技术可以降低功耗10%-20%（AsicBoost官网数据显示）。那么AsicBoost到底是什么，今天我们就来揭开它的神秘面纱。

一、比特币的核心算法：SHA256

首先我们来简要梳理下比特币的挖矿原理，比特币的挖矿是对区块头（blockheader）做两次SHA256运算，运算出来的结果必须小于当前难度周期所对应的难度目标。区块头有80个字节，包括4字节的版本号（Version）、32字节的父区块哈希（Previous Hash），32字节的当前候选区块打包交易的Merkle Root，4字节的时间戳（timestamp），4字节的难度，4字节的随机数（Nonce）。在挖矿过程中，版本号、父哈希、难度都是确定的，矿机需要去不断修改随机数来运算，而随机数只有4字节，只能做2^ 32次运算。因此矿工还需要修改Coinbase交易，得到新的Merkle Root，即每2^32次哈希后更改一次。随着算力的暴涨，独立矿机已经几乎不能出块，矿工都选择加入矿池来挖矿。挖矿过程就变成了矿池给不同的矿机发送不同的job，矿机计算出的share提交即可。

在做区块头的SHA256时，需要64字节一组去处理，很明显80字节超出了，这就需要用48字节的填充位将块头补充至128字节，填充位全填写0，所以被称作padding-zero。

这样区块头就被分成了前后两组来运算，结合上图可以看出，Merkle Root的前28个字节和后4个字节被分开了。

二、AsicBoost

从图2中我们不难看出，Merkle Root很尴尬，被分割在两个组中，而区块头的结构是写死不能修改的，于是AsicBoost就诞生了，2016年3月Dr. Timo Hanko提出了白皮书，后经过不断完善，最终确定了两种优化的方法，一种就是Version-rolling，另一种是Merkle Root Collisions。不过目前都是第一种实现方式，第二种暂时没人宣称使用。

这边就重点介绍一下Version-rolling。

Version-rolling（版本轮动）。4字节的Version总共有32个位，只有前3位是固定的，其他位用在技术升级或者软分叉时候的投票时使用，可是在实际应用过程中，不可能同时有29个软分叉投票吧，如果我们只取4位来用，那么就多了2^4次，也就是说在收到同一个任务后，可以进行2^4轮的2^32次运算，降低了矿机接受数据的次数，从而降低了功耗，据AsicBoost.com测算，可以降低约20%的功耗，当然实际使用效果还要经过长期的测试。随着越来越多的人涌入区块链世界，全网算力一直处于不断攀升的阶段，挖矿的利润可能会进一步下降，20%的功耗节约对于矿工来说可能也是一笔不小的钱。

感兴趣的朋友也可了解一下Merkle Root Collisions（梅克尔根碰撞）。如图2所示，32字节的Merkle Root被分割成两组来做SHA256运算，第一部分为28字节，第二部分为4字节。Merkle Root Collisions的原理就是构建出很多后4个字节相同的Merkle Root，这样在随机数固定的情况下，我们只需要对区块头的前半部分做SHA256运算，而后半部分是不变的。这种方法的本质是一个32位的哈希碰撞，根据“生日悖论”，找到一组碰撞需要的尝试次数其实并不多。尝试新的Merkle Root通常有两种方法：一是修改Coinbase交易，但这里有个问题，矿池可能会恶意打空块，因为当区块只有coinbase交易的时候，要保证Merkle Root后4个字节要容易的很多；第二是交换任意交易的顺序，这种方法的问题是，在隔离见证（Segwit）中，哈希运算量会增加一倍。隔离见证引入了一个全新的Witness Merkle Tree和Witness Merkle Root（见图3），如果修改交易顺序，那么Witness Merkle Tree也会更改，这就导致了在原有Merkle Tree中的coinbase交易进一步更改，从而使得整个Merkle Tree需要从下到上重新计算一次，增加了一倍的工作量，而我们都知道在之前更新的bitcoin core version中，早已经全面支持了隔离见证。