【摘 要】
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区块链技术受到广泛关注,共识机制是其核心技术之一,Equihash是一种工作量证明类型的共识机制算法。Equihash算法首先采用BLAKE2b算法产生2^(N/K+1)组N位哈希值,由N、K调整算法时间和空间复杂度,按照广义生日算法进行数据碰撞求解,经条件验证获得最终解,大量的数据碰撞操作需要很高的内存带宽,它是一种memory-hard算法,目前主流实现方式是采用高性能多核处理器或者GPU计算
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区块链技术受到广泛关注,共识机制是其核心技术之一,Equihash是一种工作量证明类型的共识机制算法。Equihash算法首先采用BLAKE2b算法产生2^(N/K+1)组N位哈希值,由N、K调整算法时间和空间复杂度,按照广义生日算法进行数据碰撞求解,经条件验证获得最终解,大量的数据碰撞操作需要很高的内存带宽,它是一种memory-hard算法,目前主流实现方式是采用高性能多核处理器或者GPU计算,功耗较大。本文应用FPGA SDK for OpenCL技术,以DE5-Net FPGA开发板为目标板,优化实现Equihash算法,主要工作如下:(1)优化实现BLAKE2b算法。深入分析Equihash算法,优化BLAKE2b输入数据模式,省去SIGMA置换;利用循环展开及流水线技术,消除数据依赖对数据吞吐率的影响,将 BLAKE2b 算法在 DE5-Net FPGA 上实现,性能可达 Intel Xeon E5-2670 CPU 的 59 倍。(2)Equihash算法包含多轮数据碰撞操作,后一轮操作依赖前一轮数据,本文采用流水线结构,空间换时间,提高吞吐率;采用静态聚合的方式,提高数据传输速率,减少资源占用;利用局部数据重用,把全局内存加载到局部内存,提高访存效率;针对板载DDR3存储芯片访问特点,按向量对齐方式存取数据,提高访存效率。(3)将优化实现的BLAKE2b算法应用于Equihash算法,编写优化后Equihash算法的OpenCL代码,并面向DE5-Net FPGA编译,最终在测试板上正确执行,算力约为3.2sols/s。
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