מבוא

פרויקט שער ייצוב (FPGAs) חתמה תפקיד ייחודי וצומח במערכת האקולוגית החומרה התומכת ברשתות blockchain.בניגוד שבבים קבועים, FPGAs מציע תערובת משכנעת של יכולת שינוי, עיבוד מקביל, ויעילות חד וואט כי ישירות מטפלות בביקושים של מערכות מבוזרות, החל מאפקטים של עבודת כרייה ואימות ליעילות מעשית זו, אשר יכולים לספק את ההשפעות הכלליות של CPU מותאם אישית של פעולות סטנדרטיות של CPU מותאם אישית של פעולות.

הבנה FPGAs

FPGA, או FLT:0 , תצורה של שער ניתן להגדרה 1, הוא מכשיר מוליכים למחצה שנבנה סביב מטריצה של בלוקים לוגיקה שניתן לשנות באמצעות חיבורים הניתנים לתוכנה.לאחר ייצור, מעצב יכול "program" FPGA כדי להתנהג כעיגול מותאם אישית עבור עומס עבודה ספציפי.

התצורה חוזרת מגיעה מטבלאות (LUTs), טבלאות, ואבני מיוחדות כגון DSP פרוסות וחסימת RAM. FPGAs מודרנית מיצרנים כמו FLT:0AMD (לשעבר Xilinx) מתפתח 1 ו-FLT:2 IntelFLT 3 גם מהטמיעה במהירות גבוהה, בקרים קשים, ואפילו מתארת את יכולות ה-Flicationi-LGIRD (L) באופן קבוע, כלומר, כאשר הן מטביעות את הכלים המתאימים ל-L) באמצעות שימוש ב-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-Squaretials-L-L-L-L-L-L-L-D) באופן קבוע, מאפשר גם מטבוליזם (מתאים באופן קבוע, מאפשר שימוש חוזר באופן קבוע, באופן קבוע, תכונות מתודולוגיות, כולל מתודולוגיות, כולל מתודולוגיות, כולל מתודולוגיות, כולל מתודולוגיות, כולל מתודולוגיות, כולל כלי חומרה ו-Squaregram

האופי הגמיש של FPGA 1 (FLT:1) הציב אותו היסטורית ב prototyping, aerospace, ומסחר גבוה ⁇ , עם זאת, עלייה של כובד משקל, מטענים blockchain רגישים לעקביות פתח גבול חדש שבו חוזקות המכשיר מיישרות כמעט לחלוטין עם דרישות של מערכות אמון מבוזרות.

דרישות התגמול של blockchain

Blockchain הוא מובל מבוזר, לא מודע כי רשומות עסקאות ברחבי רשת של צמתים.כל בלוק מכיל קבוצה של עסקאות מאובטח על ידי חיתות קריפטוגרפיים, ובלוקים מוכנסים יחד על ידי כולל הישבן של בלוק הקודם כדי לשמור על קונצנזוס בקרב משתתפים לא בוטחים, רשתות מעסיקות מנגנונים כמו הוכחה-של עבודה חוזרת (PoS), הוכחה-of-ofstake (PoS), או אחרים, לעתים קרובות, פרוטוקולים עמידים, ללא ספק, זיהוי דיגיטלי, או, או, או בלתי-סגוני, או, כלומר, קונצנזוס, לעתים קרובות יותר ויותר, זיהוי, זיהוי, זיהוי אינטנסיבי של עץ, קונצנזוס, ואפקטיבי, קונצנזוס, כלומר, קונצנזוס, ואפקטיבי, לעתים קרובות יותר ויותר אינטנסיבי של קרינה, זיהוי, ואפקטיבי, זיהוי, זיהוי, זיהוי, זיהוי, זיהוי, ואפקטיבי, ואפקטיבי, ואפקטיבי, לעתים קרובות יותר ויותר אינטנסיבי של קרינה, זיהוי, זיהוי, זיהוי דיגיטלי של קרינה, זיהוי, ואפקטיבי של פעולות נוגדן, ואפקטיבי של קרינה, זיהוי, ואפקטיבי של קרינה, לעתים קרובות יותר ויותר אינטנסיבי של פעולות נוגדן, זיהוי, ואפקטיבי של קרינה, לעתים קרובות יותר ויותר אינטנסיבי

במשך שנים, CPUs ו GPUs שלטו הנוף החומרי עבור לקוחות blockchain, כורים, ואימות. אבל כמו רשתות בקנה מידה ותחרות אינטנסיבית, הצורך בחומרה שיכולה לספק ביצועים טובים יותר בעלויות אנרגיה נמוכות הפך דחוף.

למה FPGAs Fit Blockchain

שני תכונות הליבה של FPGAs להפוך אותם מתאימים במיוחד למשימות blockchain:0algorithmic גמישות FLT:1 ו FLT:2 אנרגיה יעילות יעילות יעילות יעילות פיזור 3 יחד, הם מתייחסים צווארי הבקבוקים הדוחקים ביותר ברשתות מבוזרות.

גמישות אלגורימית

פרוטוקולי בלוקצ'יין אינם סטטיים.הקשים, שינויים באלגוריתם, והופעתו של cryptocurrencies החדש כי חומרה אופטימלית חייבת להיות מסוגלת להסתגל במהירות. ASIC (עיגול משולב ספציפי לשכפול) נעולה באלגוריתם אחד ברמת המסיכה; אם האלגוריתם משתנה, כי ASIC הופך מיושן אלגוריתם אלגוריתם הוא גמיש יותר אך לעתים קרובות יותר משאבים פסולת פנימית כי ליבות הצל שלהם נועדו לגרפיקה, לא ניתן ליישם אלגוריתם חדש, כמו גם אלגוריתם חדש, או אלגוריתם, כמו גם אם זה יכול להיות שונה לחלוטין, או אלגוריתם, ללא אלגוריתם חדש לחלוטין, או אלגוריתם, 000, 000, ללא אלגוריתם, 000, 000, 000, 000, ללא אלגוריתם, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 זה יכול להיות שונה לחלוטין, 000, 000, 000, 000, 000 זה יכול להיות שונה לחלוטין, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 זה יכול להיות שונה לחלוטין, 000, 000 זה יכול להיות שונה לחלוטין, 000 זה יכול להיות שונה לחלוטין, 000

אנרגיה יעילה

צריכת חשמל היא גם עלות תפעולית וגם אתגר סביבתי בעולם הבלוקצ'יין.FPGAs לספק מקום מתוק: הם יעילים יותר אנרגיה מאשר GPUs כי הם מבטלים את ראש המעגלים הלא מוצפים, אך הם שומרים על יכולת התוכנית.כאשר אלגוריתם מיושם ישירות בשערים לוגיים ויחידות קידוד קשיחות יותר, המכשיר רק שורף כוח עבור פעולות חיוניות.

עיבוד במקביל ל-Deterministic Latency

ניתן להגדיר FPGAs כדי לבצע פעולות מרובות במקביל עם תזמון רציונאלי.עבור משימות קריפטוגרפיים שבו כל פעולה היא עצמאית - כגון אימות חתימות דיגיטליות רבות בלוק יחיד - ה-FPGA יכול צינורות או לשכפל את לוגיקה אימות על פני השבב.זה מציע יתרון על פני CPUs, אשר הסדרת את המבצעים ביותר, ואפילו על GPUs, שבו עבודה יכול להציג תזמון משתנה לאורך זמן לא קבוע במיוחד עבור בלוקים קשים.

FPGA בהוכחה- of-Work Mining

היישום הגלוי ביותר של FPGAs בבלוקצ'יין הוא כרייה, במיוחד עבור הוכחה של cryptocurrencies של העבודה.ההשפעה שלהם היא היסטורית וקדימה.

התפתחות מ- CPU/GPU ל-FPGA Mining

בימים הראשונים של ביטקוין, כרייה בוצעה על CPUs. Quickly, המשתתפים גילו כי GPUs יכול לספק פקודות של כוח גדול יותר של הישבן.עד 2011, הופיעו המכורים הראשונים של FPGA, המציעה קפיצת משמעותית בביצועים לוואט על השלבים הטובים ביותר של GPUs של הזמן.7 אלגוריתמים מוקדמים אלה השתמשו בהתקנים כמו Xilinx-6 ו-Virtex-5 כדי לשלוט ב-256 עד compital-256, אשר נותרו ללא שינוי HCD.

הופעות ב- Memory-Hard and Compute-Bound Algorithms

עבור Bitcoin של SHA-256, ASICs הם unchallenged in Raw כפל ויעילות אנרגיה. עם זאת, רבים altcoins להשתמש אלגוריתמים של זיכרון-Hard (Equihash, Crypto Night גרסאות, VerusHash) או אלגוריתמים אשר משתנים לעתים קרובות כדי לעמוד מול רמות CPU מבוזרת בלבד. בתרחישים אלה, FPGAs לעתים קרובות Outperform GPUs.

אפשרות ל-Hard Forks and New Coins

כאשר מטבע מבוזר קשיח עבורk מציג אלגוריתם חדש של הישבן, בעלי ASIC נשארים עם סיליקון חסר תועלת. GPU Miners יכול להצביע על השקיות שלהם מטבעות אחרים אבל עלול לסבול מיעילות תת-אופטימית. FPGA Miners, לעומת זאת, יכול לטעון קצת חדש בתוך דקות ולהמשיך כריה על אותה חומרה.

מעבר למינוס: אישור העסקה והסכמה

FPGAs משחק תפקיד גובר בביצוע של פרוטוקול הליבה: אימות עסקה, מניעת בלוק וביצוע חוזים חכמים.שימוש זה רלוונטי במיוחד בפלטפורמות blockchain ארגוניות ורשתות ציבוריות בעלות תפוקה גבוהה.

חתימה אימות

כל עסקה כוללת פעולות הצפנה: נתוני עסקה, אימות חתימות דיגיטליות, עדכון עצי מצב החשבון.בבלוקצ'יין כמו Ethereum (pre-merge) או Sona, מספר החתימות שיש לאמת אותן לבלוק יכול להיות עצום. FPGAs ניתן להגדיר כדי לבצע מספר רב של ECDSA או Schnor חתימות במקביל עם רזולוציה של כל אחד מהם הואשמו באופן משמעותי כמו טיפול ב- DGAxtexitamstextextextex, לעתים קרובות.

Zero-Knowledge Proof Acceleration

הוכחות Zero-DeKPs (ZKPs), המשמשות במטבעות פרטיות כמו Zcash ו-Croping פתרונות כגון ZK-rollups, הן חישובים כבדים לשמצה, אשר מייצרים הוכחה דורשות ריבוי רב-קלי של כפליים אינטנסיביים (MSM) ומספר-theoretic להפוך את הנתונים ל- Clips-P) באופן פעיל יותר מאשר קבוצות מחקר מוגבלות.

מדינת מרקיזציה וזמינות נתונים

בהוכחות לרשתות של נטילת הוכחה, תוקף חייב למקם את ההוכחות של Merkle עבור מאזן חשבון, אחסון חוזים וקבלות עסקאות. פעולות אלה הן למעשה סדרה של חישובים hash שניתן צינורות כבדים. FPGAs יכול ליישם מנוע עץ מרקל ייעודי ישבהה של בלוקצ'יין מרובים נתיבים שורש המדינה במקביל, מאיץ עדכונים קלים ואימות של לקוחות, באופן טבעי, הדורשים חסימת נתונים מקודמת פחמן (FCC) באופן טבעי) מקודמת חומרים מקודמת חומרים מקודמת (FCC) באופן טבעי) מקודמת נתונים מקודמתים (FCC) ו-FCCS) הדורשים באופן טבעי (FIDSIDS) הדורשים FPD משווקים משווקים משווקים משווקים משווקים באופן טבעי (מדומים ל-FIDS) משווקים משווקים משווקים משווקים משווקים משווקים משווקים משווקים באופן טבעי (מדומים ל-FIDS) משווקים באופן טבעי) מקבצי נתונים המבוססים על בסיס קבוע (מדומים ל-FIDSAPSAPSAPSIDSIDSIDSIDS) משווקים באופן טבעי) הדורשים FPDFSDSIDSIDSIDSIDSIDSIDקוד

יתרונות אבטחה

אבטחה בבלוקצ'יין משתרעת מעבר לעוצמה קריפטוגרפית כדי לכלול את השלמות של החומרה המבצעת את הפרוטוקול. FPGAs מציע כאן הטבות בולטות.

מכיוון שהלוגיקה היא בעלת ערך שדה, מפעילת צומת יכולה לאמת את השלמות של bitstream באמצעות בדיקות וחתימות קריפטוגרפיים לפני טעינה על המכשיר.אם פגיעה מתגלה, bitstream חדש יכול להיות פרוס על פני צי שלם על פני הרשת, תיקון החומרה ללא התערבות פיזית.

בנוסף, FPGAs יכול לארח את שורש החומרה של מודולים של אמון אשר משפר את האבטחה של ניהול מפתח ומבחן. עבור אימותים בהוכחה-of-stake רשתות, באופן מאובטח לאחסון מפתחות אימות בתוך FPGA מוגן של FPGA (או לפקח מאובטח זוג) עושה מיצוי מרחוק הרבה יותר קשה, צמצום הסיכון של התנגשויות הנגרמות על ידי פשרות כמה משפחות FPGA מוצפנים עם קוד פתוח מבטיח רק מפעילי קוד פתוח מבוססי קוד פתוח.

המונחים: real-World Deployments

ההתכנסות של טכנולוגיית FPGA ובלוקצ'יין כבר מייצרת יישום קונקרטי:

  • (FLT:0Mining RanchsualFLT:1) להשתמש אשכולות FPGA ל-altcoins שלי כגון VerusCoin או לעבור בין אלגוריתמים מרובים PoW באמצעות שירותי פריסת bitstream מבוססי ענן.לדוגמה, הקהילה של altLT:2VerusCoinFLT 3: מספק עיצובים קוד פתוח-GA אשר משיגים יעילות גבוהה על אלגוריתם ה-CPU-ידידותי שלהם VerHash.
  • (FLT:0Blockchain-as-a-Service ספקיםFearLT:1 , FPGA משלב קלפים כמו סדרת AMD Alveo כדי להאיץ פעולות קונצנזוס עבור רשתות blockchain ארגוניות המבוססת על בד היפרמסטר או קורדה.קלפים אלה מקלקלים אימות חתימה והמדינה Merkleization מן ה- CPU הראשי, שחרור משאבים עבור לוגיקה עסקית.
  • (FLT:0) ZK-rollup ספקיםFLT:1 הם בונים FPGA-מוכיחים כי יכול ליצור STARK או SNARK הוכחה ב- מילימטרים.לדוגמה, הסטארט-אפ Ingonyama מפתחת אשכולות FPGA כדי להאיץ את הוכחת אפס ידע עבור פתרונות שכבתית-2, המאפשרים פתרונות דלת-אפיל, במהירות גבוהה.
  • (FLT:0) תקשורת ו-IoTFLT:1 חברות להטביע FPGAs קטן (למשל, Lattice iCE40 או Microchip PolarFire) למכשירים קצה כדי לשמש לקוחות blockchain קלים, ביצוע פעולות קריפטוגרפיים באופן מקומי ללא מכריע המיקרובקר הראשי.זה קריטי עבור רשתות פיזיקליות מבוזרות (DePIN) שבו כוח נמוך ואמון הם חיוניים.

אתגרים ומגבלות

למרות היתרונות שלהם, FPGAs הם לא פתרון אוניברסלי, יש לשקול גורמים בעולם האמיתי לפני אימוץ תשתית blockchain ממוקדת FPGA:

  • (FLT:0) מורכבות פיתוח: FLT:1eur כתיבת שפה (HDL) קוד דורש מיומנות מיוחדת להגדיר כי הוא הרבה יותר נדיר מאשר תכנות GPU עם CUDA או OpenCL. כלים סינתזה ברמה גבוהה הם שיפור, אבל השגת ביצועים אופטימליים עדיין דורש ידע מעמיק של תזמון, צינורות ושימוש משאבים.
  • (FLT:0)עלות הקדמית: FPGAs בעל תכונות לוגיות מספיקות וזיכרון פסווי גבוה יכול לעלות באופן משמעותי יותר מאשר GPU דומה או אפילו כמה מכורים ASIC נמוך. נקודת ההפסקה תלויה במידה רבה על התנודתיות של מחירי המטבעות קריפטו ותוחלת החיים של אלגוריתם היעד.
  • (FLT:0) אבטחת הזרם: 1FLT אם תוקף מקבל גישה לממשק התצורה ומטען bitstream זדוני, ה-FPGA יכול להיות הפך כלי להתקפות ערוצים צדדיים או חבלה.
  • (FLT:0)Toolchain Lock-in:FLT:1 FPGA מערכות אקולוגיות פיתוח נשאר מעט קנייני. בעוד מאמצים כמו סימטריה בקוד פתוח של SymbiFlow קיימים, רוב השימוש המקצועי עדיין מסתמך על תוכנה ספציפית של ספקים, אשר יכול להגביל את יכולת התחזוקה ולהגדיל את עלויות תחזוקה לטווח ארוך.

כיוונים עתידיים

הנוף blockchain מתפתח במהירות, ועם זה התפקיד של FPGAs מוגדר להתרחב.כמה מגמות מצביעות על שילוב עמוק יותר:

מעבדי SoftSoft

FPGAs מודרני יכול ליישם את הליבה של RISC-V כולו עם הוראות מותאמות אישית פעולות blockchain.זה מטשטש את הקו בין מעבד ניתן לתוכנת ו accelerator ייעודי. A FPGA אחד יכול להפעיל תוכנה ללא de על ליבות משובצות תוך כדי הסרת פונקציות הצפנה כבדות בלוקים לוגיים ייעודיים.זה מקטין את הגמישות ואת הכוח בהשוואה לצמד CPU נפרד, מה שהופך אותו אידיאלי עבור מוטציות תקפים תקינים.

דינמיות חלקית Reconfigation

משפחות חדשות יותר FPGA מאפשרות לחלק מהמרקם להיות מוחזרים בעוד שאר השבב ממשיך לפעול.זה פותח את הדלת לצומת blockchain שיכול, למשל, להחליף מודול חדש של הפונקציה hash במהלך ציר קשה ללא אימות עסקה - רמה של עמידות שיכולה להיות חיוני עבור מימון מבוזר המשימה (DeFi) מערכות הפעלה קשה ללא תצורה של תוכנית רבודה מבוססת על בסיס יעילות, גם על בסיס FPGAsilience שיכולה להיות חיוני עבור מימון מבוזרת משימה מבוזרת משימה (Decial Reverse-reatives) מערכות.

FPGA-מבוסס Consensus Nodes for Proof-of-Stake

רשתות Stake גדלות הדומיננטיות.הם לא דורשים תשואות אבל צריך העלאה מהירה חתימה, מצב המרקליזציה, וזמינות נתונים דגימה.כל המשימות האלה תועלת מאיצה FPGA. אימותים לרוץ על אשכולות FPGA יכול לעבד יותר עסקאות לשנייה עם שקיפות נמוכה יותר, חיזוק הרשת הכוללת.

DePIN ו- Edge Blockchain

רשתות תשתית פיזיות מבוזרות (DePIN) לשים לקוחות blockchain על מכשירים מאומצים משאבים כמו נתבים, חיישנים, שערים. כוח נמוך FPGAs יכול להתמודד עם החנקות הקריפטוגרפיים הדרושים מבלי לרוקן את הסוללה העיקרית, המאפשרים באמת מבוזרים IoT ורשתות טלקום. כמו 5G ומקיימים מחשוב להרחיב, FPG תהפוך לבחירה טבעית עבור חישובים כי חייב להיות בטוח כוח מאובטח וגם בטוח.

מסקנה

FPGAs מציע שילוב נדיר של ביצועים, יעילות, הסתגלות כי הוא מאוד טוב משוחד עם הדרישות של טכנולוגיית blockchain. מ altcoins ו מאיץ אימות העסקה כדי לאפשר אפס ידע הוכחות ואבטחת Node, אלה התקנים הניתנים להחלפה למלא פער כי CPUs, GPUs, ו ASICs לא יכול לכסות לבד בעוד אתגרים כגון פיתוח מוקדם יותר, כמו גם תכונות טכנולוגיות להגדיל את ה- כמו גם תמיכה גבוהה יותר.