Jane Street 定期发布挑战，这次彻底吸引了作者，使其花了一个月时间解决。这篇概述介绍如何用固执和睡眠不足来破解，内容偏技术。挑战要求分析一个 ASIC（Application-Specific Integrated-Circuit，专用集成电路），即通常所说的计算机芯片。

Jane Street 定期发布挑战，这次彻底把我拖进了一个长达一个月的兔子洞。这篇文章概述了我如何用固执和睡眠不足解决了它。

挑战要求解析一个 ASIC（专用集成电路）的 GDS 文件，逆向工程出它的功能，里面可能藏着一个密码。挑战分两部分：热身题给了更多信息（包括芯片的实际设计），真正的谜题则只有文件和一个“祝你好运”。

文件里有什么？

我直接开始翻文件。里面看到了“clk”（时钟）、“rst”（复位）、“VGND”（地电压）和“VPWR”（电源电压）等熟悉词汇，还有一堆以 sky130_fd_sc_hd__ 开头、后面跟着像“or”、“not”之类逻辑元件名称的东西。

我用 Python 的 gdstk 库读取文件，发现热身题有 27 个元件。主谜题还有一个 VCD 文件，看起来是仿真输入或输出。我在里面看到一些可疑条目，像 ASCII 字符。写了个小程序运行后，输出是“TRY AGAIN”。原来电路里藏着信息！

分心与浪费时间

我花了好几天自己建电路仿真器、写硬件描述语言解析器、测试工具，甚至写了个 GDS 查看器，最后都放弃了。这部分可以跳过。

专注

Jane Street 博客指向了一个方便的 GDS 查看器。我仔细查看文件，大致标注了哪些是输入，后来通过文件中导线的位置确认了。因为这是热身题，我可以对比已知信息和看到的内容。

这些文件有不同“层”，像 3D 打印机的指令。我尝试提取右上角的 Jane Street 标志，结果提取了除它之外的所有东西。

后来我发现库能把元件导出为 SVG，里面包含描述元件部分的文本。这很关键，因为我可以利用这些信息找出哪些是输入输出。

真正阅读元件文档

我找到了 sky130 的官方文档。它包含了元件的功能描述，比如“and”是“与门”，而“o21bai”则复杂得多。利用文档信息和 SVG 标签，我可以把特定几何形状映射到电路元件的输入输出。我运气很好，库能检查两个元件在 2D 空间是否重叠，而且标签正好以中心点对齐，效果比预期好得多。

构建电路图

现在我可以从 GDS 文件提取电路了。这东西有 1000 条路径和近 17000 个多边形。我需要找到相邻层上重叠的“接触”元件。算法很烂但能用。我还把相连的导线段合并成一根导线。

花了好几天调试，我终于能把网络转换成 Verilog 硬件描述语言，运行基本仿真。我手动画出了连接图，最终理解了热身题的主要组件：两个移位寄存器、一个加法器和一个比较器。比较器名为 comparitor496，所以输入需要总和为 496。经过努力，仿真成功了。

真正的谜题

真正的谜题有更多元件类型（81 种对 20 种）和更多数量（近 10000 对 1000）。我快速调整了热身题的脚本，但提取电路需要近一分钟。我优化了导线段收集步骤，速度提升了 100 倍（从 3.4 秒降到 0.03 秒），但找连接组件仍需近一分钟。

我手动从文档复制了约 40 种新元件的实现。之后我构建并运行了仿真，但没成功。

有 Bug 吗？

我重新启用验证，发现仿真中有一根未驱动的导线。视觉检查确认代码正确识别了一根只连接两个输入引脚的导线。更奇怪的是，电路相邻引脚上有一个既不是输入也不是输出的连接。我向 Jane Street 报告了这个问题。第二天收到邮件确认我是对的，但这个 bug 不影响挑战结果。

鸟瞰视角

我花了很多时间映射子电路和连接导线。我发现通向“成功”信号的导线有 6 根，其中两根在特定时钟周期后变高，所以实际上只需处理 4 根。最左边的子电路像信号发生器，馈入其他部分。密码可能藏在元件结构里？结合来看，输出在 120 或 121 个时钟周期后变高，与提供的波形匹配。

我让每个子电路单独仿真成功，但连接成整体电路后，花了两三天才让整体仿真工作。原来我忘了设置“复位”引脚。修复后，我看到了“TRY AGAIN”。我还发现不同输入会输出不同信息：错误答案是“TRY AGAIN”，全 0 是“EMPTY SKY”，全 1 是“BIG BANG”。

停滞期

我找到了输入是 120 位，但不知道如何继续。穷举所有输入是不可能的。

逐线分析

我直接回溯输出导线，但输入太复杂。我想到“反向运行仿真”：我知道第 120 步想要的输出，也知道电路从全零开始。这像递推关系，理论上可解。我聚焦于移位寄存器，它依赖于之前的值，可能需要约束求解器。

用电子表格写 Verilog

我用电子表格写 Verilog，然后输入仿真电路。电子表格实际上是复杂的约束求解器。这个方法对两根导线有效，但整体上不够强大，因为它依赖我肉眼观察和手动调整。

约束求解器

我用了 z3 工具。它很神奇：告诉它“这根导线不能为低”或“这根导线在第 120 步必须为高”，它就能找到解决方案或告诉你不可行。我手动把电路翻译成 z3 约束，逐个处理需要的导线。大约有 24 根导线需要同时为高，我通过求解器和猜测，相对容易地解决了 22 根。

答案

我把所有约束合并成一个脚本，调试后得到了解决方案。加载到仿真器中运行，答案是 (* TWO STARS *)。我发邮件给 Jane Street，第二天早上得到了确认。

讨论气氛以祝贺和好奇为主，分歧集中在挑战的实际价值与工具选择上：多数人赞赏作者的逆向工程能力，少数人质疑 Jane Street 的动机或调侃其商业意图，同时有技术爱好者深入探讨了自动化方案。

祝贺作者完成挑战，欣赏其执着精神

• 评论者普遍对作者独立完成逆向工程表示敬佩，认为这是对技术热情和耐心的证明，甚至有人直接表达“喜欢这个人”。（高赞） > 太酷了，能看到有人如此热爱挑战。（@motoxpro）

猜测 Jane Street 设置挑战的动机

• 多数人认为这与高频交易相关，通过逆向工程芯片来发现延迟优化或硬件缺陷，但也有评论者好奇是否存在更隐蔽的应用场景，比如交易策略的硬件级实现。（较多人） > 好奇 Jane Street 设置这种挑战的实际用途……最明显的答案是交易更贴近硬件，但也许还有不那么明显的应用。（@gyanchawdhary）

讨论自动化工具与 LLM 的潜力

• 部分评论者认为未来可以用 LLM 或开源工具（如 Degate）自动完成芯片逆向，甚至直接生成仿真器，但作者本人表示用 AI 解决后“没学到太多”。（少数人） > 我好奇 LLM 能在这类任务上走多远。未来如果能直接给芯片拍照，让 LLM 生成仿真器，那就太酷了。（@charcircuit）

有价值的补充

• 有评论者分享了用 KLayout Python API 解析 GDS 文件提取网表的方法，并提到 yosys 的断言检查功能可用于验证。
• 另一评论者提供了将电路转换为 Z3 约束方程的详细笔记，并附上 GitHub Gist 链接。
• 有人指出 GDS 格式全称是 Graphic Data System II，源自 1970 年代的 Calma 公司，为技术背景的读者补充了历史知识。