Function
SHA-256 函数是传统的hash 算法，但是应用在区块链系统时，有一个缺点。Bitcoin mining 算法，就是使用传统的SHA-256 函数，而SHA-256 的优点，也正好就是它的一个缺点。
SHA-256 的问题
为了提升SHA-256 的计算速度，工程师会利用行平行处理（parallelism）的技术。利用平行运算，大幅提升SHA-256 的运算速度，这样做不是很好吗？
然而，这就是一个问题了。简单来说，一个能平行化的算法，就能使用硬件来做加速，例如：使用GPU、FPGA 或是ASIC。这里就是「弊端」所在了。从Proof-of-Work 的观点来看，「大家必须公平地做计算」，意思是说，因为hash 值的运算是「decentralization」的架构，所以「大家的硬件最好一样」。
Decentralization of Trust
Proof-of-work 的主要工作是mining。此外，验证交易的「可信度」，也是proof-of-work 的一环。Proof-of-work 的工作不此于此，例如：miner 间的资料库同步，也是包含在内。总之，proof-of-work 很忙。
这些proof-of-work 的工作，是miners 一起进行的，而不是由一个中央伺服器（centralized）来统一运算，这就是decentralization of trust 的观念。
更简单来看，这就是所谓的decentralization（去中心化）架构。以mining 来说，每个人都可以参与hash 值的运算（大家都可以挖矿），所以，想「快一点」的人，就会使用ASIC 挖矿机。可是，有些人是用自已的电脑来挖矿。
到这里，问题就很清楚了：大家的硬件如果等级不同，挖矿就会「不公平」。当大家的运算速度都差不多，没有人可以「大幅加速」时，理论上就公平了。
Memory-Hard Function
为了解决这个问题，科学家就想出了一个方法。这个方法非常简单，首先，你不可能强制每个人都要买一样的电脑才能挖矿，所以解决方式就要回归算法的本质：parallelism。
于是，科学家提出一种称为memory-hard function 的hash 算法观念：一种不能或难以平行化的hash 算法。
这让我想过几年前的一个有趣故事。过去，多核心处理器开始后，开始有Android 手机的制造厂，以「多核心手机」做为市场宣传口号。这当然很好啊，「多核就是快」。但是，学软件的人都知道一个道理，就是「软件必须支持多核心」。如果你的软件设计，本身就不是多核心架构，那就会像这支手机一样：明明是4 核心，但是开机后，其实只用了1 个核心，另外3 个核心被关闭（省电考量）了。
有了memory-hard function 后，「挖矿」就理论上公平了，并且也能消除弊端。因为，就算有顶极的挖矿机，也会像这支多核心手机一样：再强的硬件也很难加速软件运算。
Memory Intensive
Memory-hard function 是怎么做到这点的呢？上述的「一种不能或难以平行化的hash 算法」，其实是利用这个原理：降低平行处理的优势。让平行处理难有发挥的空间，这样就能降低GFP、FPGA 或ASIC 挖矿机的优势了。
要消除平行处理的优势，只要让软件是memory intensive 即可。Memory intensive 是每天都会看到的现象：内存不足时、电脑变慢。
Memory-hard function 的原理就是这样，在hash 运算时，可以透过「乱塞一堆资料到内存」的方式，降低硬件的运算优势。这样的hash 算法，就称为memory-hard function。这堆要塞到内存的资料，称为data array（array of data）。
Argon2
Argon2 是属于 memory-hard function 的一种算法，Blockchain 开发者会知道它，是因为 Argon2 在 2015 年，从 24 个参赛者中，拿下 PHC 竞赛的优胜。
小结
Argon2 可以取代传统的SHA-256 函数。如果想要知道原因的话，一般的说法就是：Argon2 没办法用ASIC 挖矿机进行挖矿。
接下来，可以试著 fork 一份项目，导入 Argon2 算法，并试著比较 Argon2 与 SHA-256 的挖矿困难度。
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