CryptoNote Standards 介绍了一种点对点的匿名支付系统，本文档是 CryptoNote Standards 的一部分，定义了 CryptoNote 的缺省工作量证明散列函数，CryptoNight。
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- 算法介绍
- 名词解释
- 初始化流程
- 内存处理流程
- 结果计算流程
- 参考内容
CryptoNight是一个使用物理内存的高强度hash算法函数。 它的设计适用于GPU，FPGA和ASIC架构上的有效性算力。流程的第一步是初始化大型暂存器与伪随机数据；下一步是算法对暂存器中包含伪随机地址的大量的读/写计算操作；最后一步是将整个暂存器的hash值进行hash效验，验证本次计算产生的价值。
hash函数：映射数据的有效计算函数，对于固定大小的数据、构造特定算法行为，产生类似随机数结果
暂存器：在算法过程中，申请用于存储计算时中间值的部分内存
首先，使用参数 b = 1600 和 c = 512 .对输入内容进行Keccak计算 [ KECCAK ]。计算结果的0..31字节用作AES-256密钥[AES]，并扩展为10个循环密钥；申请一个分配了2097152字节（2 MB）空间的暂存器；从计算结果的64..191字节处，提取出来数据并分割成8个块，每个块16字节。使用以下步骤对每个块进行加密：
for i = 0..9 do:
block = aes_round(block, round_keys[i])
aes_round() 函数执行一轮AES加密，对本块执行 SubBytes ，ShiftRows 和 MixColumns 步骤，其结果与round_key进行异或运算。但这不同于AES加密算法，第一轮计算和最后一轮计算没什么不同。
一轮下来得到的计算结果，写入暂存器的前128个字节，然后这些结果再次代入加密循环，再把这次循环结果写入暂存器的第二个128字节里。这里每次往暂存器里写入下一个128字节，都代表对先前写入的128字节内容在新一轮加密的结果。流程一直循环，直到暂存器写满。至此，一次算法的初始化就完成了。
该图表示暂存器初始化：
+-----+
|Input|
+-----+
|
V
+--------+
| Keccak |
+--------+
|
V
+-------------------------------------------------------------+
| Final state |
+-------------+--------------+---------------+----------------+
| Bytes 0..31 | Bytes 32..63 | Bytes 64..191 | Bytes 192..199 |
+-------------+--------------+---------------+----------------+
| |
V |
+-------------+ V
| Round key 0 |------------+---+->+-----+
+-------------+ | | | |
| . | | | | |
| . | | | | AES |
| . | | | | |
+-------------+ | | | |
| Round key 9 |----------+-|-+-|->+-----+ +---+
+-------------+ | | | | | | |
| | | | +------------------->| |
| | | | | | |
| | | | V | |
| | | +->+-----+ | |
| | | | | | S |
| | | | | | |
| | | | AES | | c |
| | | | | | |
| | | | | | r |
| | +--->+-----+ | |
| | | | a |
| | +------------------->| |
| | . | t |
| | . | |
| | . | c |
| | +------------------->| |
| | | | h |
| | V | |
| +----->+-----+ | p |
| | | | |
| | | | a |
| | AES | | |
| | | | d |
| | | | |
+------->+-----+ | |
| | |
+------------------->| |
| |
+---+
在主循环之前，对输入内容进行Keccak计算后取0..31字节和32..63字节进行异或，所得到的32字节结果用于初始化，变量a和b分别各占16字节，这两个变量将用于主循环，主循环进行524,288次迭代，当一个16字节值需要转换成暂存器中的一个地址，将以低字节顺序压入内存，21位低字节用作索引，但是索引中的4个低字节将被清除，以确保地址索引统一16字节对齐。 数据从16字节块中读取并写入暂存器。
迭代流程伪代码：
scratchpad_address = to_scratchpad_address(a)
scratchpad[scratchpad_address] = aes_round(scratchpad [scratchpad_address], a)
b, scratchpad[scratchpad_address] = scratchpad[scratchpad_address],
b xor scratchpad[scratchpad_address]
scratchpad_address = to_scratchpad_address(b)
a = 8byte_add(a, 8byte_mul(b, scratchpad[scratchpad_address]))
a, scratchpad[scratchpad_address] = a xor
scratchpad[scratchpad_address], a
8byte_add() 函数将每个参数表示为一对64位低位值，并将它们组合在一起，以分量形式进行快速模除 2 ^ 64。 其结果返回16字节。
8byte_mul() 函数仅使用每个参数的前8个字节，并分别解析为无符号64位低位字节整数，并相乘。 其结果返回16字节，最后，结果分半，两边的8字节相互交换。
内存处理流程图：
+-------------------------------------------------------------+
| Final state |
+-------------+--------------+---------------+----------------+
| Bytes 0..31 | Bytes 32..63 | Bytes 64..191 | Bytes 192..199 |
+-------------+--------------+---------------+----------------+
| |
| +-----+ |
+-->| XOR |<--+
+-----+
| |
+----+ +----+
| |
V V
+---+ +---+
| a | | b |
+---+ +---+
| |
--------------------- REPEAT 524288 TIMES ---------------------
| | address +---+
+-------------|----------------------------------->| |
| +-----+ | read | |
+-->| AES |<--|------------------------------------| |
| +-----+ V | |
| | +-----+ | S |
| +-->| XOR | | |
| | +-----+ write | c |
| | | +------------------------------>| |
| | +----+ address | r |
| +------------------------------------------>| |
| | +-----------+ read | a |
| +->| 8byte_mul |<--+------------------------| |
| | +-----------+ | | t |
| | | | | |
| | V | | c |
| | +-----------+ | | |
+------|->| 8byte_add | | | h |
| +-----------+ | | |
| | | write | p |
| +---------|----------------------->| |
| | | | a |
| V | | |
| +-----+ | | d |
| | XOR |<-----+ | |
| +-----+ | |
+------+ | | |
+-------------|-+ | |
| | +---+
-------------------------- END REPEAT -------------------------
| |
在内存操作完成之后，使用与第一步骤（初始化步骤）分相同的方式，进行Keccak计算，最终结果的32..63字节被扩展成10个AES循环密钥。
从Keccak结果里提取64..191字节，并与暂存器里前128个字节进行异或运算。然后结果以与第一步（初始化步骤）使用相同的方式进行加密，但是使用新的密钥。结果继续与暂存器中的第二个128个字节进行异或运算，依次循环加密迭代。
在暂存器的最后128个字节进行异或运算后，就是流程的最后一次加密，完成后将原本Keccak结果的64..191字节内容，替换为本次加密内容。然后，以b = 1600对整个块内容进行Keccak-f（Keccak排列）。
然后，结果中第一个字节的2个低位比特，用于进行散列函数运算：0 = BLAKE-256 [BLAKE]，1 = Groestl-256 [GROESTL]，2 = JH-256 [JH] 3 = Skein-256 [SKEIN]。最后将所选的散列函数应用于Keccak最终结果，生成的散列就是CryptoNight算法的计算输出。
结果计算流程图：
+-------------------------------------------------------------+
| Final state |
+-------------+--------------+---------------+----------------+
| Bytes 0..31 | Bytes 32..63 | Bytes 64..191 | Bytes 192..199 |
+-------------+--------------+---------------+----------------+
| | | |
| +--------+ | |
| V | | |
|+-------------+ | | |
|| Round key 0 |-|---+---+ | |
|+-------------+ | | | | |
|| . | | | | | |
|| . | | | | | |
|| . | | | | | |
|+-------------+ | | | | |
+---+ || Round key 9 |-|-+-|-+ | V |
| | |+-------------+ | | | | | +-----+ |
| |-|----------------|-|-|-|-|->| XOR | |
| | | | | | | | +-----+ |
| S | | | | | | | | |
| | | | | | | | V |
| c | | | | | | +->+-----+ |
| | | | | | | | | |
| r | | | | | | | | |
| | | | | | | | AES | |
| a | | | | | | | | |
| | | | | | | | | |
| t | | | | | +--->+-----+ |
| | | | | | | |
| c | | | | | V |
| | | | | | +-----+ |
| h |-|----------------|-|-|----->| XOR | |
| | | | | | +-----+ |
| p | | | | | | |
| | | | | | . |
| a | | | | | . |
| | | | | | . |
| d | | | | | | |
| | | | | | V |
| | | | | | +-----+ |
| |-|----------------|-|-|----->| XOR | |
| | | | | | +-----+ |
+---+ | | | | | |
| | | | V |
| | | +----->+-----+ |
| | | | | |
| | | | | |
| | | | AES | |
| | | | | |
| | | | | |
| | +------->+-----+ |
| | | |
V V V V
+-------------+--------------+---------------+----------------+
| Bytes 0..31 | Bytes 32..63 | Bytes 64..191 | Bytes 192..199 |
+-------------+--------------+---------------+----------------+
| Modified state |
+-------------------------------------------------------------+
|
V
+----------+
| Keccak-f |
+----------+
| |
+-----------+ |
| |
V V
+-------------+ +-------------+
| Select hash |->| Chosen hash |
+-------------+ +-------------+
|
V
+--------------+
| Final result |
+--------------+
举例：
Empty string:
eb14e8a833fac6fe9a43b57b336789c46ffe93f2868452240720607b14387e11.
"This is a test":
a084f01d1437a09c6985401b60d43554ae105802c5f5d8a9b3253649c0be6605.
[AES] "Announcing the ADVANCED ENCRYPTION STANDARD", FIPS 197, 2001.
[BLAKE] Aumasson, J.-P., Henzen, L., Meier, W., and R. C.-W. Phan, "SHA-3 proposal BLAKE", 2010.
[GROESTL] Gauravaram, P., Knudsen, L., Matusiewicz, K., Mendel, F.,
Rechberger, C., Schlaffer, M., and S. Thomsen, "Groestl - a SHA-3 candidate", 2011.
[JH] Wu, H., "The Hash Function JH", 2011.
[KECCAK] Bertoni, G., Daemen, J., Peeters, M., and G. Van Assche, "The Keccak reference", 2011.
[SKEIN] Ferguson, N., Lucks, S., Schneier, B., Whiting, D., Bellare, M., Kohno, T., Callas, J., and J. Walker, "The Skein Hash Function Family", 2008.