یک رویکرد سریع برای سیستم معدن cryptocurrency blockchain blockchain

رشد ارزهای رمزپایه مبتنی بر blockchain توجه بسیاری از زمینه ها را به ویژه در تحقیقات دانشگاهی مورد توجه بسیاری قرار داده است. یکی از آنها بیت کوین است ، محبوب ترین و با ارزش ترین رمزنگاری در بازار. SHA256 بخش اصلی پردازش در استخراج بیت کوین است که تا به امروز دشواری آن بسیار زیاد است و هنوز هم بی امان افزایش می یابد. از این رو ، بهبود سرعت هسته های SHA256 در سیستم استخراج بیت کوین ضروری است. در این مقاله ، ما یک معماری سخت افزار خط لوله دو سطح برای پردازش SHA256 پیشنهاد می کنیم. خط لوله سطح اول به سیستم کمک می کند تا تعداد چرخه های عملیاتی را کاهش دهد. علاوه بر این ، حداکثر فرکانس سیستم توسط خط لوله سطح دوم تقویت می شود. سخت افزار پیشنهادی در FPGA Xilinx Virtex 7-VC707 (فناوری 28 نانومتر) اجرا شده است. نرخ هش معدن با استفاده از هسته خط لوله پیشنهادی SHA256 به 514. 92 مگاهرتز در ثانیه می رسد که 2. 4 برابر در مقایسه با تکنیک معمولی مبتنی بر FPGA بهبود می یابد. توان هسته SHA مطالعه حاضر 296. 108 گیگابیت در ثانیه است که در مقایسه با روش استاندارد 240 برابر بیشتر است. معماری پیشنهادی همچنین در یک طراحی ASIC با استفاده از فناوری CMOS ROHM 180 نانومتر اجرا شده است ، که منجر به توان 69. 28 گیگابیت در ثانیه می شود که 18 برابر بیشتر از کار معمولی است که در فرآیند 14 نانومتر اینتل اجرا شده است.

معرفی

بیت کوین یک طرح ارز مجازی غیر متمرکز است. بر اساس فناوری blockchain ، معاملات بدون هیچ دولت یا نهاد حقوقی دیگری انجام می شود. بیت کوین در سال 2009 توسط Satoshi Nakamoto توسط Satoshi Nakamoto به عنوان یک نرم افزار منبع باز معرفی و معرفی شد. از زمان معرفی بیت کوین ، به محبوب ترین cryptocurrency در سراسر جهان تبدیل شده است.

بیت کوین های جدید توسط یک فرآیند رقابتی و غیرمتمرکز به نام معدن تولید می شوند. این روند پایدار و ایمن شبکه بیت کوین با افزودن بلوک های معتبر جدید به blockchain بیت کوین است [2،3]. در این فرآیند ، الگوریتم هش Double Secure - 256 (SHA256) پردازش اصلی است. ورودی آن هدر بلوک 640 بیتی است و خروجی یک هش بلوک 256 بیتی است. اگر هش بلوک کمتر از مقدار هدف باشد ، بلوک جدید پذیرفته می شود. در غیر این صورت ، معدنچی با افزایش مقدار غیر CECE ، ورودی هدر بلوک را تغییر می دهد تا زمانی که هش بلوک معتبر باشد. در حقیقت ، احتمال پیدا کردن یک مقدار غیرقانونی صحیح بسیار اندک است زیرا مشکل فعلی کاملاً زیاد است [[4] ، [5] ، [6]]. بنابراین ، سرعت بخشیدن به سیستم معدن بیت کوین ضروری است ، به این معنی که سخت افزار SHA256 در Miner باید تسریع شود [7].

بسیاری از آثار مرتبط در مورد اجرای سخت افزار هسته SHA256 وجود دارد. در مرجع.[8] ، روش های بهینه سازی SHA256 در سیستم استخراج بیت کوین پیشنهاد شده است ، اما نویسندگان هنوز آنها را در هیچ سخت افزاری پیاده سازی نکرده اند. در مرحله بعد ، یک معماری سخت افزار محاسباتی موازی با کارایی بالا در ASIC از Sha256 در Refs ارائه شده است.[9]فرکانس این طرح به 39/39 مگاهرتز می رسد ، اما برای تکمیل یک محاسبات هشویی تا 192 چرخه طول می کشد. نویسندگان [10] طرحی از هسته با توان بالا SHA256 را پیشنهاد می کنند. برای تکمیل یک محاسبه هشدار 32 چرخه طول می کشد ، اما فرکانس این طرح فقط به 156. 59 مگاهرتز می رسد. در مرجع.[11] ، یک شتاب دهنده سخت افزاری هشویی SHA256/W 230MV-950MV 2. 8TBPS/W SHA256/SM3 در 14 نانومتر CMOS TRI-GATE در بسیاری از ولتاژهای عرضه مختلف اجرا و ارزیابی می شود تا به بهترین سرعت و بهره وری انرژی برسد. در حالت SHA256 ، شتاب دهنده در یک اسمی اندازه گیری شده عمل می کند_حداکثراز 1. 19 گیگاهرتز ، دستیابی به توان 9. 5 گیگابیت بر ثانیه. با این حال ، این پیشنهادات فقط به کوتاه کردن مسیر بحرانی و کاهش اجزای محاسبه کمک می کند. به طور کلی ، چرخه های زیادی برای داشتن هش طول می کشد ، به این معنی که برای سیستمی مناسب است که مصرف انرژی کمتری نسبت به سیستم استخراج بیت کوین داشته باشد.

در این مقاله، یک معماری سخت افزاری خط لوله دو سطحی از دو SHA256 برای سرعت بخشیدن به سیستم استخراج بیت کوین پیشنهاد شده است. می تواند داده های ورودی را به صورت متوالی پردازش کند. علاوه بر این، قدرت محاسباتی به طور کامل مورد استفاده قرار می گیرد زیرا همه اجزای محاسباتی عملکردهای خود را همیشه انجام می دهند. معماری سخت افزار پیشنهادی بر روی آرایه گیت قابل برنامه ریزی میدانی Virtex 7 (FPGA) پیاده سازی و تأیید می شود. برای توجیه کار، پارامترهای زیر از عملکرد مطالعه فعلی تعیین می شوند: 1) نرخ هش سیستم استخراج بیت کوین پیشنهادی، 2) حداکثر فرکانس، و 3) توان عملیاتی هسته خط لوله SHA256. علاوه بر این، هسته پیشنهادی در فناوری ROHM 180nm CMOS پیاده سازی شده است، حداکثر فرکانس، مصرف انرژی و مساحت کل تراشه اندازه گیری می شود.

این مقاله به شرح زیر سازماندهی شده است. خلاصه ای از استخراج بیت کوین و SHA256 در بخش 2 ارائه شده است. سپس طرح پیشنهادی در بخش 3 توضیح داده شده است. سپس، نتایج پیاده سازی و تأیید در بخش 4 ارائه شده است. در نهایت، بخش 5 مقاله را ارزیابی و نتیجه گیری می کند.

قطعات بخش

زمینه

در این بخش، فرآیندهای استخراج بیت کوین و SHA256 به تفصیل شرح داده شده است.

طرح پیشنهادی

همانطور که در بالا توضیح داده شد، SHA256 دوتایی بخش اصلی پردازش در سیستم استخراج است. این شامل دو دور محاسبه SHA256 است. جریان کار SHA256 دوگانه در سیستم استخراج بیت کوین در شکل 2 نشان داده شده است. شامل سه هسته SHA256 است. SHA256 Core_1 و SHA256 Core_2 دور اول را اجرا می کنند و رشته 256 بیتی H1 نتیجه است. به طور مشابه، SHA256 Core_3 آخرین دور SHA256 را انجام می دهد و رشته 256 بیتی H2 نتیجه کل SHA256 دوگانه است. چون nonce هست

جریان تأیید

شکل 12 جریان تایید را برای سیستم استخراج بیت کوین نشان می دهد. جریان تایید شامل تست نرم افزار و تست سخت افزار است.

تست نرم افزار بر روی MATLAB 2018a MathWorks انجام شده است. ابتدا هدرهای بلوک و هش های بلوک طلایی از زنجیره بلاک بیت کوین جمع آوری می شوند. سپس از آنها برای تأیید اجرای نرم افزار دوگانه SHA256 استفاده می شود. هدرهای بلوک به عنوان ورودی و هش بلوک طلایی برای تأیید خروجی ها استفاده می شود. نرم افزار

نتیجه

در این مقاله ، هسته خط لوله دو سطح SHA256 برای سیستم استخراج بیت کوین ارائه شده است. در مقایسه با برخی از نشریات مرتبط ، از نظر توان نسبتاً زیاد است. نرخ هش معدن با استفاده از هسته خط لوله پیشنهادی SHA256 به 514. 92 مگاهرتز در ثانیه می رسد که 2. 4 برابر در مقایسه با تکنیک معمولی مبتنی بر FPGA بهبود می یابد. توان هسته SHA مطالعه حاضر 296. 108 گیگابیت در ثانیه است که 240 برابر بیشتر در مقایسه با تکنیک استاندارد است. معماری پیشنهادی نیز هست

اعلام علاقه رقیب

نویسندگان اعلام می كنند كه آنها هیچ منافع مالی رقیب یا روابط شخصی را كه به نظر می رسد بر اثر گزارش شده در این مقاله تأثیر می گذارد ، ندارند.

تصدیق

این تحقیق توسط دانشگاه فناوری اطلاعات-ویتنام Ho Chi Minh City تحت شماره کمک مالی D1-2020-07 تأمین می شود.< SPAN> در این مقاله ، هسته خط لوله دو سطح SHA256 برای سیستم استخراج بیت کوین ارائه شده است. در مقایسه با برخی از نشریات مرتبط ، از نظر توان نسبتاً زیاد است. نرخ هش معدن با استفاده از هسته خط لوله پیشنهادی SHA256 به 514. 92 مگاهرتز در ثانیه می رسد که 2. 4 برابر در مقایسه با تکنیک معمولی مبتنی بر FPGA بهبود می یابد. توان هسته SHA مطالعه حاضر 296. 108 گیگابیت در ثانیه است که 240 برابر بیشتر در مقایسه با تکنیک استاندارد است. معماری پیشنهادی نیز هست