Khóa Luận Tốt Nghiệp Kỹ Thuật Máy Tính: Nghiên Cứu Thiết Kế Và Hiện Thực Phần Cứng Tạo Block Cho Ethereum Blockchain

• Tác giả: Đoàn Văn Hiếu
• Người hướng dẫn: TS. Lâm Đức Khải
• Trường học: Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ sư Kỹ thuật Máy tính
• Đề tài: Thiết Kế Và Hiện Thực Phần Cứng Tạo Block Cho Mạng Ethereum Blockchain
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
• 1.1. Giới thiệu đề tài
• 1.2. Một số nghiên cứu liên quan
• 1.3. Mục tiêu đề tài
• 1.4. Bố cục luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Công nghệ Blockchain
• 2.2. Giới thiệu về Blockchain
• 2.3. Đặc điểm chính của Blockchain
• 2.4. Các loại và các phiên bản công nghệ Blockchain
• 2.5. Các công nghệ hình thành nên công nghệ Blockchain
• 2.5.1. Mật mã học
• 3. CHƯƠNG 3: KIẾN TRÚC ĐỀ XUẤT
• 3.1. Hiện thực hệ thống trên phần cứng
• 3.1.1. Lấy dữ liệu đầu vào
• 3.1.2. Hiện thực Keccak
• 3.1.3. Hiện thực Ethash
• 4. CHƯƠNG 4: KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
• 4.1. Quy trình kiểm tra
• 4.2. Kết quả kiểm tra
• 4.2.1. Kết quả kiểm tra thiết kế phần mềm Ethash
• 4.2.2. Kết quả kiểm tra thiết kế phần cứng Ethash
• 4.2.3. Kết quả hiện thực
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 5.1. Kết luận
• 5.2. Hướng phát triển
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

I. Tổng quan đề tài

Khóa luận tốt nghiệp này tập trung vào việc thiết kế và hiện thực phần cứng để tạo block cho mạng Ethereum Blockchain. Đề tài nhằm mục tiêu nghiên cứu và phát triển một hệ thống phần cứng hiệu quả để giải quyết bài toán Ethash, một thuật toán quan trọng trong quá trình đào Ethereum. Blockchain và Ethereum là hai công nghệ nền tảng được phân tích sâu trong nghiên cứu này, với trọng tâm là cải thiện tốc độ xử lý và hiệu suất của hệ thống.

1.1. Giới thiệu đề tài

Đề tài nghiên cứu thiết kế phần cứng và hiện thực phần cứng để tạo block cho mạng Ethereum Blockchain. Ethereum là một nền tảng blockchain phổ biến, và việc tạo block là quá trình cốt lõi để duy trì hoạt động của mạng lưới. Đề tài này tập trung vào việc tối ưu hóa thuật toán Ethash để cải thiện hiệu suất và tốc độ xử lý.

1.2. Mục tiêu đề tài

Mục tiêu chính của đề tài là hiện thực phần cứng thuật toán Ethash và cải thiện tốc độ xử lý. Nghiên cứu này cũng nhằm mục đích tối ưu hóa kiến trúc hệ thống để đạt được hiệu suất cao hơn trong quá trình tạo block cho mạng Ethereum.

II. Cơ sở lý thuyết

Chương này cung cấp nền tảng lý thuyết về công nghệ blockchain, Ethereum, và các thuật toán liên quan như Ethash và Keccak. Blockchain là một công nghệ phân tán, trong khi Ethereum là một nền tảng blockchain hỗ trợ hợp đồng thông minh. Thuật toán Ethash là trọng tâm của nghiên cứu, với mục tiêu giải quyết bài toán tạo block một cách hiệu quả.

2.1. Công nghệ Blockchain

Blockchain là một công nghệ phân tán, cho phép lưu trữ và truyền tải dữ liệu một cách an toàn. Mỗi block chứa thông tin về thời gian khởi tạo và được liên kết với block trước đó. Blockchain được thiết kế để chống lại sự thay đổi dữ liệu và đảm bảo tính minh bạch.

2.2. Ethereum và Ethash

Ethereum là một nền tảng blockchain hỗ trợ hợp đồng thông minh. Thuật toán Ethash được sử dụng trong quá trình đào Ethereum, với mục tiêu tìm ra giá trị Nonce thỏa mãn yêu cầu của hệ thống. Quá trình này đòi hỏi sự tính toán phức tạp và tiêu tốn nhiều tài nguyên.

III. Kiến trúc đề xuất

Chương này trình bày kiến trúc tổng thể của hệ thống thiết kế phần cứng để tạo block cho mạng Ethereum. Hệ thống bao gồm các module chính như Keccak512, Keccak256, và FNV, được hiện thực trên phần cứng để tối ưu hóa tốc độ xử lý. Kiến trúc này được thiết kế để đảm bảo tính hiệu quả và khả năng mở rộng.

3.1. Hiện thực hệ thống

Hệ thống được hiện thực trên phần cứng bằng ngôn ngữ Verilog, với các module chính như Keccak512 và Keccak256. Quá trình hiện thực bao gồm việc kiểm tra tính đúng đắn của các thuật toán và tối ưu hóa kiến trúc để cải thiện tốc độ xử lý.

3.2. Tối ưu hóa kiến trúc

Kiến trúc hệ thống được tối ưu hóa bằng cách áp dụng kỹ thuật pipeline trong các module Keccak512 và Keccak256. Điều này giúp cải thiện đáng kể tốc độ xử lý và hiệu suất của hệ thống.

IV. Kiểm tra và đánh giá kết quả

Chương này trình bày quy trình kiểm tra và đánh giá kết quả của hệ thống thiết kế phần cứng. Kết quả hiện thực phần cứng được so sánh với kết quả phần mềm để đảm bảo tính chính xác. Ngoài ra, kết quả cũng được so sánh với các nghiên cứu liên quan để đánh giá hiệu suất của hệ thống.

4.1. Kiểm tra chức năng

Hệ thống được kiểm tra chức năng bằng công cụ Vivado, với các bước mô phỏng post-synthesis và post-implementation. Kết quả kiểm tra cho thấy hệ thống hoạt động đúng như thiết kế.

4.2. Đánh giá hiệu suất

Kết quả hiện thực phần cứng được so sánh với kết quả phần mềm và các nghiên cứu liên quan. Hệ thống đạt được tốc độ xử lý cao hơn so với các thiết kế trước đó, chứng minh tính hiệu quả của kiến trúc đề xuất.

V. Kết luận và hướng phát triển

Chương này tổng kết các kết quả đạt được trong nghiên cứu và đề xuất các hướng phát triển trong tương lai. Khóa luận tốt nghiệp đã thành công trong việc hiện thực phần cứng thuật toán Ethash và cải thiện tốc độ xử lý. Các hướng phát triển tiềm năng bao gồm tối ưu hóa thêm kiến trúc và mở rộng ứng dụng của hệ thống trong các lĩnh vực khác của công nghệ blockchain.

5.1. Kết luận

Nghiên cứu đã thành công trong việc hiện thực phần cứng thuật toán Ethash và cải thiện tốc độ xử lý. Kết quả cho thấy hệ thống đạt được hiệu suất cao hơn so với các thiết kế trước đó.

5.2. Hướng phát triển

Các hướng phát triển tiềm năng bao gồm tối ưu hóa thêm kiến trúc hệ thống và mở rộng ứng dụng của công nghệ blockchain trong các lĩnh vực như tài chính, y tế và giáo dục.