以太坊Ethash算法源码分析

Ethash是以太坊目前使用的共识算法，其前身是Dagger-Hashimoto算法，但是进行了很大的改动。

1. Dagger-Hashimoto

Dagger-Hashimoto算法想要达到以下几个目标：

• 抵制ASIC矿机
• 轻客户端验证
• 全链数据存储

实际上Dagger-Hashimoto是由两种不同的算法Dagger和Hashimoto融合而成的：

Hashimoto

Hashimoto算法由Thaddeus Dryja发明，旨在通过“内存读取”瓶颈来抵制ASIC矿机。ASIC矿机可以通过设计专用电路来提升计算速度，但是很难提升“内存读取”速度，因为经历了这么多年的发展，内存访问已经经过了极致的优化。Hashimoto算法直接采用区块链数据，也就是区块中的交易作为输入源。

注：为了减小计算量，Dagger-Hashimoto中实际上只使用了低64位参与移位。

Dagger

Dagger算法由Vitalik Buterin发明，旨在通过DAG（有向无环图）来同时获得“memory-hard计算”和“memory-easy验证”这两个特性，其主要原理是针对每一个单独的nonce只需要访问数据集中的一小部分数据。Dagger曾经被认为可以替代一些memory-hard的算法（如Scrypt），但是后来被Sergio Lerner证明该算法易于遭受共享内存硬件加速的攻击，从而逐渐被废弃。

Dagger-Hashimoto vs. Hashimoto vs. Dagger

Dagger-Hashimoto和Hashimoto的主要区别是：
Hashimoto直接使用区块链数据作为输入源，而Dagger-Hashimoto使用一个定制的1GB的dataset(数据集）作为输入源，该dataset每隔N个区块会被更新。dataset是通过Dagger算法生成的，轻客户端验证算法可以针对每一个nonce对其中一个子集完成高效计算。

Dagger-Hashimoto和Dagger的主要区别是：
与Dagger不同，Dagger-Hashimoto用于查询区块的dataset是半持久化（semi-permanent）的，需要间隔很长一段时间才会更新。这样生成dataset的工作量比例接近于0，Sergio Lerner用于共享内存加速的参数就可以忽略不计了。

2. Ethash

Ethash算法主要分为以下几个步骤：

• 根据区块信息生成一个seed
• 根据seed计算出一个16MB的伪随机cache，由轻客户端存储
• 根据cache计算出一个1GB的dataset，其中的每一个数据都是通过cache中的一小部分数据计算出来的。该dataset由完整客户端或者矿工存储，大小随时间线性增长
• 矿工会从dataset中随机取出数据计算hash
• 验证者会根据cache重新生成dataset中所需要的那部分数据，因此只需要存储cache就可以了

下面分别讨论这几个部分的实现。

2.1 生成seed

consensus/ethash/ethash.go:

func (d