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Ein Gespräch Mit Profesor Rakesh Kumar

Bitcoin Ein Gespräch Mit Profesor Rakesh Kumar

AATS 2013 Mitral Conclave Thought Leaders: Dr. Michael Borger (Dezember 2018).

Anonim

Rakesh Kumar, außerordentlicher Professor in der Abteilung für Elektrotechnik und Computertechnik an der Universität von Illinois in Urbana-Champaign

Bitcoin Mining ist der Eckpfeiler des Bitcoin-Frameworks hat dazu beigetragen, dass es heute die beliebteste Kryptowährung ist. Der Wettbewerb für die Überprüfung von Transaktionen ist hart. Jeder Vorteil kann für den betreffenden Bergmann zu erheblichen Gewinngewinnen führen.

Diese Vorteile zu finden, war der Schwerpunkt eines Teams in der Abteilung für Elektrotechnik und Computertechnik an der Universität von Illinois in Urbana-Champaign. Matthew Vilim, Henry Duwe und Professor Rakesh Kumar haben untersucht, wie Approximation-Mining-Schaltungen, die Zuverlässigkeit mit Fläche und Verzögerung abwägen, die Hash-Rate eines Bergmanns beeinflussen und daher profitieren. In einer Peer-Review-Studie wurde gezeigt, dass die Angleichung die Minengewinne um bis zu 30% steigern kann. Die Zeitung wird diesen Juni auf der Design and Automation Conference in San Francisco Premiere feiern.

CoinReport hatte das Vergnügen, einen frühen Entwurf des Papiers zu lesen und mit Professor Kumar zu sprechen. In unserem Interview unten diskutiert Professor Kumar Näherung, die Studie des Teams und seine Implikationen für den Bitcoin-Bergbau.

CoinReport: Können Sie uns etwas über Ihren akademischen Hintergrund erzählen?

Prof. Kumar: Ich bin Associate Professor in der Abteilung für Elektrotechnik und Computertechnik an der Universität von Illinois in Urbana-Champaign. Dort leite ich eine Forschungsgruppe von etwa zehn Studenten, die sich mit verschiedenen Aspekten der Computerarchitektur, Low Power und fehlerresistentem Computer befassen Systeme und ungefähre Berechnung. Zu meiner Forschungsgruppe gehören Matthew Vilim und Henry Duwe, die Studenten, die diese Arbeit über den ungefähren Bitcoin-Bergbau geleitet haben.

CoinReport: Was hat dich an Kryptowährungen interessiert?

Prof. Kumar: Während ich immer von der Idee der Kryptowährungen fasziniert war, spornten zwei relativ neue Entwicklungen mein jüngstes Interesse an dem Thema an:

Zuerst wurde über Kryptowährungen und Blockchain gesprochen, um ein Internet zu ermöglichen. von allem Zukunft. Die Idee ist, dass wenn verschiedene Geräte in unserem Leben (zB Autos, Uhren, Waschmaschinen) miteinander und mit dem Internet kommunizieren und handeln müssen, während sie immer noch genug Misstrauen voneinander haben, vertrauenslose Kommunikations- und Transaktionsprotokolle wie Blockchain kann Schlüssel werden. Für einen akademischen Forscher wie mich ist dies sehr interessant, da dies die Allgemeinheit und die potenziellen Auswirkungen jeder Arbeit auf effiziente Hardware, die Blockchain und Kryptowährung unterstützt, erhöht.

Zweitens hat die Bergbauökonomie CPUs und GPUs auslaufen lassen - der Abbau erfolgt größtenteils mit ASICs und FPGAs.Dies ermöglicht einen einfacheren Weg für einen Forscher, da es sehr schwierig ist, einen CPU- oder GPU-Hersteller zu überzeugen, Änderungen an seinem Design vorzunehmen, um eine Anwendung zu unterstützen. Die Frage, die wir in unserer Gruppe stellten, lautet: Welche Rolle kann Hardware spielen, um das Blockchain-Protokoll und damit verbundene Anwendungen wie Kryptowährungen effizienter und sicherer zu machen? Unsere Arbeit zum ungefähren Bitcoin-Abbau ist unser erster Schritt in diese Richtung.

CoinReport: Können Sie unsere Leser durch Approximation führen? Warum ist das für Bitcoin-Mining wertvoll?

Prof. Kumar: Viele Anwendungen haben eine inhärente Fehlertoleranz. Selbst wenn sie auf Hardware laufen, die nicht garantiert immer die richtigen Ergebnisse liefert, ist ihre Ausgabe akzeptabel. Als ein typisches Beispiel neigen viele Signalverarbeitungsanwendungen (z. B. Bild, Video, Audio) dazu, gegenüber Hardware-Fehlern in hohem Maße tolerant zu sein.

Der Schlüssel für die approximative Datenverarbeitung ist, dass Hardware, die nicht ständig korrekte Ergebnisse garantieren muss, viel kleiner, schneller und leistungsschwächer sein kann als eine Hardware, die während des Betriebs keine Fehler erzeugen darf . Der genaue Grad der Vorteile hängt von der Anzahl der Fehler ab, die während des Betriebs zulässig sind. Je fehlertoleranter eine Anwendung ist, desto effizienter kann die für diese Anwendung entwickelte Hardware sein. Eine solche Hardware, die während des Betriebs Fehler erlaubt, wird als ungefähre Hardware bezeichnet.

Die wichtigste Beobachtung unserer Arbeit ist, dass Bitcoin-Mining fehlertolerant ist. Zwei Eigenschaften des Mining-Prozesses machen es fehlertolerant:

Erstens ist Bergbau eine peinlich parallele Anwendung. Jedes Nonce kann verwendet werden, um Bitcoin-Hashes unabhängig zu generieren. Auch wenn einer der Hashes fehlerhaft ist, wirkt sich dies nicht auf andere Hashes aus. So ist die Auswirkung eines Fehlers enthalten.

Zweitens ist Bitcoin Mining eine inhärent probabilistische Anwendung. Ein Fehler in einer Hash-Berechnung reduziert einfach die Wahrscheinlichkeit, dass der Hash gültig ist. Solange also ein genäherter Bit-Coiner-Miner so gebaut werden kann, dass er viel schneller, kleiner oder niedriger ist als die heutige Mining-Hardware, kann der Gesamtgewinn erhöht werden, selbst wenn die Wahrscheinlichkeit einer gegebenen Hash-Berechnung reduziert ist. Dies liegt daran, dass kleinere und schnellere Miners eine viel höhere Hash-Rate im selben Chip-Bereich erlauben, während ein niedrigerer Power Miner die Kosten des Mining reduziert. Es gibt eine gewisse Wahrscheinlichkeit, dass ein ungefährer Bergarbeiter einen ungültigen Arbeitsnachweis ausstrahlt, aber dies wird sofort vom Netzwerk erkannt und verworfen. Also ist die Blockchain niemals beschädigt.

CoinReport: Haben andere zuvor die Auswirkungen der Approximation auf Bitcoin Mining untersucht?

Prof. Kumar: Nach unserem Wissen gab es keine Arbeiten zur Annäherung für Bitcoin-Mining. Darüber hinaus gibt es nach unserer Kenntnis keine veröffentlichten Arbeiten zu Optimierungen für ASICs für Bitcoin Mining.

CoinReport: Können Sie uns einen Überblick über Ihr Studium geben?Wie haben Sie die Approximation für Bitcoin-Mining getestet?

Prof. Kumar: Unsere Studie analysiert zunächst die Hardware-Implementierung des Kernalgorithmus SHA-256, der in den heutigen Minenarbeitern verwendet wird, um Arbeitsbeweise zu erzeugen. Ziel war es, die primären Effizienz-Engpässe im Bergbau zu ermitteln. Wir stellen fest, dass die Hash-Rate der Miners durch die Verzögerung der Addierer bestimmt wird, die den Kern einer SHA-256-Hardware-Implementierung bilden. Wir haben dann diese Addierer durch verschiedene ungefähre Addierer ersetzt, die kleiner und viel schneller waren. Dies erlaubte uns:

  • a) mehr Hashing-Engines in den Chipbereich zu setzen
  • b) die Minenarbeiter mit viel höherer Frequenz laufen zu lassen.

Dies erhöhte die Minengewinne um über 15%.

Um mehr Profit zu erzielen, führen wir die resultierenden Minenarbeiter zu überhöhten Frequenzen. Dies sind Frequenzen, die höher sind als die Zeit, die ein Addierer benötigt, um die Addition zu vervollständigen. Unter solchen Frequenzen (wir nennen diese Betriebsnäherung, um diese von der funktionalen Annäherung zu unterscheiden, d. H. Ersetzen der Addierer durch ihre ungefähre Version), sieht ein Addierer gelegentlich Zeitfehler zusätzlich zu den Fehlern, die aufgrund der funktionalen Approximation verursacht werden. Frequenzüberschreitung erhöht die Hashrate eines Miners weiter. Dies erhöht die Minengewinne auf über 30% im Vergleich zu den Grundlinien-Miner-Designs.

CoinReport: Die Ergebnisse des Papiers haben gezeigt, dass Approximation den Gewinn für Bitcoin-Bergleute steigern kann. Wie sehen Sie die Bitcoin-Community, die diese Forschung in ihre Mining-Prozesse integriert?

Prof. Kumar: Bergbau ist ein Bereich, in dem neue Ideen unmittelbar Wirkung zeigen können. Dies liegt daran, dass die Bergbauökonomie immer wieder neue ASIC-Designs benötigt. So können neue Ideen in einen Spin der nahen Zukunft integriert werden. Noch wichtiger ist, dass die Wirtschaftlichkeit es vorschreibt, dass jedes ASIC-Design so kosteneffizient wie möglich ist, da bereits eine kleine Verbesserung der Effizienz zu einem großen Wettbewerbsvorteil führen kann.

Ich hoffe, dass diese Annäherung in künftige ASIC-Designs einfließt, um die Rentabilität zu verbessern. Außerdem hoffe ich, dass die Bergbauindustrie, die bekanntlich geheimnisvoll ist, für Forschung aus der Wissenschaft, die sich mit geringem Stromverbrauch und hohem Durchsatz beschäftigt, aufnahmefähiger wird, da die Forschung ihnen direkt mit Profitabilität helfen kann.

CoinReport: Wie fühlt es sich an, auf der Design and Automation Conference im Juni zu präsentieren?

Prof. Kumar: Ich freue mich darauf, diese Arbeit einer größeren Gemeinschaft von Hardware-Designern zu präsentieren. Wir haben nur an der Oberfläche gekratzt, wenn es um die Optimierung der Bitcoin-Mining-Hardware geht. Ich denke, dass die sorgfältige Anwendung von Hardwaretechniken, wie zum Beispiel Spannungs-Berechnung nahe der Schwelle, asynchrones Rechnen und adaptives Energiemanagement, das Potenzial hat, den Gewinn im Bergbau weiter zu steigern. Hoffentlich wird diese Arbeit solche Aktivitäten in der Hardware-Design-Community anstoßen. Im weiteren Sinne spielen Kryptowährungen und Blockchain eine wichtige Rolle, um Internet-of-All zu ermöglichen. Ich hoffe, dass zumindest einige Hardware-Designer die Rolle der Hardware bei der Unterstützung von Kryptowährungen und vertrauenswürdigen Kommunikationsprotokollen wie Blockchains untersuchen werden.

Foto mit freundlicher Genehmigung von Prof. Kumar

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