Все о майнинге: что такое майнинг и зачем он нужен?

Что такое майнинг и зачем он нужен?

Содержание:

1. Вступление
2. Что такое майнинг?
3. Зачем рынку криптовалют майнеры?
4. История майнинга
5. Добыча валюты в пулах
6. Алгоритмы
• SHA-256
• Scrypt
• Scrypt-Jane
7. ASIC майнеры SHA256 и Scrypt
8. Мифы и заблуждения

Вступление

Появление новых монет – один из главных аспектов отрасли криптовалют. Многие пользователи привыкли к тому, что всё, что есть в цифровом виде, можно получить просто так – скопировать файл и пользоваться им как захочется. Технология цифровых валют несколько изменила представление о ценности виртуальных ресурсов.

Защита любой криптовалюты организована достаточно основательно, в особенности если речь идет о таких гигантах, как Биткоин или Эфир. Обойти их защиту в несколько раз сложнее, нежели защиту какого-нибудь ПО. При этом потратить валюту можно только единожды, вне зависимости от количества копий кошелька или базы данных.

Что такое майнинг?

Создание новых Биткоинов – это трудный и дорогостоящий процесс, даже несмотря на открытый код клиента и протокола. Запланировав количество Биткоинов, создатель установил ограничение на количество монет, которые могут быть сгенерированы. Так, чем больше монет добыто, тем больше усилий нужно приложить для дальнейшей работы. Требуется больше денег на покупку оборудования, оплаты электроэнергии, охлаждение и даже помещение.

Термин "майнинг" применяется по аналогии с "добычей полезных ископаемых", к примеру золота – именно отсюда, кстати, появилась аналогия называть Биткоин цифровым золотом. Защита сети обеспечивается количеством устройств, занятых майнингом. Люди, занимающиеся добычей – майнеры. В определенных контекстах так иногда называют и само оборудование для вычисления монет.

Блоки, появляющиеся в сети, имеют в себе зашифрованную подпись, формируемую на сведениях предшествующего блока. По такому принципу они соединены между собой в цепь – Блокчейн. Такая цепочка разделяется на несколько ответвлений, однако подтверждение получит та, на которой работает большее количество майнеров. Таким образом сеть саморегулируется.

Майнинг – это расшифровка подписи блоков, содержащих в себе данные об операциях, зафиксированных в прошлом блоке. В Биткоине применяется алгоритм хэширования (об этом подробнее далее) SHA-256, который сильно распространён в интернете. Участник сети, вычисливший криптографическую подпись, награждается Биткоином.

Согласно принципу POW или "доказательство работы", расчёт блока пропорционален его сложности. Параметр сложности запрограммирован и меняется после каждых 2016 блоков. Он изменяется с учётом среднего времени, когда были рассчитаны все блоки прошлого перерасчёта.

Растущая сложность не очень большое препятствие в майнинге. Каждые 4 года награда уменьшается почти в 2 раза. Когда система только начинала работу, вознаграждение за вычисление блока составляло 50 btc, затем 25 btc и т. д. по убывающей. Точная дата следующего падения стоимости остаётся неизвестной. Она зависит от того, насколько сложно будет добывать валюту.

Зачем рынку криптовалют майнеры?

Мы разобрались, что основа любой цифровой валюты – это майнинг. Он гарантирует 4 главные функции:

• Подтверждение операций
• Защищает блокчейн от неверных данных – ложных транзакций и пр
• Защищает сеть от атак
• Поддерживает децентрализованную систему сети

Операция, проводимая двумя пользователями сети, всегда должна подтверждаться участием в блоке данных. Майнер принимает операцию и добавляет её в блок. Затем монеты, учтённые в операции, использовуются в дальнейшем. Мошенники, пытающиеся подделать блоки, отсортировываются на начальном этапе создания блока.

Вообще мошенничество с Биткоином довольно сложный процесс. Чтобы внедрить поддельный блок в систему, потребуется его подпись, сформированная по предыдущему блоку и так до первого блока, появившегося в январе 2009 г. Чтобы вы понимали: для взлома сети потребуется "перелопатить" абсолютно весь Блокчейн, который к тому же ежесекундно растёт.

Объём этих работ невероятно огромен и по сути невыгоден. Прилагать столько усилий ради одного блока, опять же, невыгодно. Гораздо проще добывать монеты честным путём.

Разветвление цепи также не даст никаких результатов. Чтобы отдельная ветвь набирала силу, её мощности должны увеличиваться. Реализовать это очень сложно, придётся противостоять основной массе майнеров.

Чтобы получить власть над сетью, нужно будет вложить несколько миллионов долларов – это даст контроль над 51% вычислительных мощностей сети. Правда, при этом главными полномочиями мошенников останутся заморозка операций и изменение оплат со своего счёта.

Как известно, ключевым преимуществом Биткоина является децентрализация – распределение ответственности. Управление валютой не сосредотачивается в одних руках. Работа такой системы возможна за счёт майнеров по всему миру. Остановка некоторой части мощностей, конечно, не парализует сеть, но может несколько ее подорвать. Сеть прекратит работу только в случае решительного отключение всех майнеров.

Угроза децентрализованности сети создаётся из-за крупных пулов и датацентров. Впрочем, сейчас майнинг распространяется всё больше и вычислительные мощности не могут быть сосредоточены у кого-то одного в объёме больше 50%.

История майнинга

Когда процесс только начинался, блоки вычислялись при помощи центрального процессора компьютера. Тогда требовались гораздо меньшие мощности, чем сейчас. Для примера, процессор IntelCore i7 990x имеет производительность около 32 МH/s.

После того, как прогресс в этой индустрии шагнул вперёд, внимание переключилось на GPU – видеокарты. Благодаря своей архитектуре, эти устройства справляются с вычислениями лучше процессоров. Их скорость составляет около 660 MH/s. В последствии оказалось, что вычислительную мощность можно увеличивать, объединяя несколько устройств. Мини-ферма выглядела так: материнская плата, блок питания, оперативная память и несколько графических адаптеров (5-6 штук).

Впоследствии проблемы такого подхода проявились в высоком потреблении энергии. На замену GPU пришла вентильная матрица. Устройство было разработано в Butterfly Labs. FPGA – майнер потребляет почти в 5 раз меньше энергии и обеспечивает производительность в 25.2 GH/s. Однако у них была одна проблема – они стоили гораздо дороже GPU и их было сложно продать по хорошей цене после исчерпания ресурса.

С приходом на рынок Асиков (ASIC) прочие способы майнинга оказались в экономическом плане невыгодны. Асики работают над единственной задачей – вычисление криптографических подписей. Собственно, тем Асики и отличны от обычных видеокарт – она "запрограмированны" выполнять только одну единственную функцию, направляя на нее все свои мощности. Отсюда их большая производительность и эффективность.

Первоначально разработкой таких устройств занималась компания Butterfly Labs. В 12 году они начали принимать заказы на устройства, работающие по такой технологии. Тогда мощнейшей моделью был SC Mini Rig, его скорость была равна рекордным 1.5 GH/s.

С ростом требуемых мощностей майнинг стал промышленным явлением. Из маленьких ферм он превратился в крупные датацентры, обладающие огромнейшей мощностью. Заниматься майнингом по такой схеме становилось всё выгоднее.

В истории развития добычи криптовалют имеется и такое явление, как облачный майнинг. Его преимущество заключается в том, что вам не нужно покупать дорогое оборудование, тратить электроэнергию и следить за работой устройств. Вычислительные мощности можно приобрести за деньги у компании, предлагающей подобные услуги. Единственный риск, который здесь имеется – это не выплаты прибыли. Очень многие сравнивают работу облачного майнинга с хайп-проектами.

Другой способ добычи относится к мошенническим. Хакерский майнинг подразумевает использование чужого оборудования. Для это используется автономная компьютерная сеть и программы, незаметно майнящие монеты на чужом устройстве.

Добыча валюты в пулах

Требуемые мощности постоянно увеличиваются, а значит картам или пусть даже ферме в одиночку добыть блоки очень сложно. Чтобы решить такую проблему в сети создаются т. н. пулы, объединяющие майнеров для совместного поиска монет.

Пул – это сервер, выполняющий задачу распределения вычисления подписей блоков между пользователями. После окончания расчётов, награда делится на всех. Мощности каждого участника оцениваются в "шарах" (от слова share – делиться). Все они являются претендентами на вычисление подписи.

При распределении учитываются все участвующие шары. Это не зависит от того, какая именно шара дала итоговый результат. Например, в сети имеется майнер с маленькой мощностью, который будет работать долгое время и не принесёт результата – но он всё равно получит долю за возможность, что его предложение попадёт в цепь.

Распределение добычи в пулах упрощенно производится по следующей схеме:

1. В пуле выбирается минимальная сложность шары. Обычно, это степень числа "2". Оно формируется таким образом, чтобы снизить наплыв пользователей и иметь стабильный приток решений. Современные устройства работают со сложностью 16-128. При этом оптимальная величиной является 64-512. Сложность может выбираться вручную майнером либо сервером. Этот показатель не связан со сложностью сети, он просто действует для учёта в пуле.


2. Пул складывает полученные шары в определённый отрезок времени и умножает их на сложность. Это имеет вид, будто майнер предоставляет шары сложностью 1 в большом объёме. По такой величине рассчитывается заработок майнера – по количеству предложенных решений со сложностью, равной единице.


3. После нахождения решения пул делит полученную награду на количество шар, отправленных майнерами. Затем доля награды для одного шара, умножается на количество решений, полученных от одного майнера.


4. После 120 подтверждений блока пул может распоряжаться наградой и раздаёт Биткоины по аккаунтам. При наличии комиссии – она сразу удерживается. Крупные пулы выдают награды быстрее и авансом. Это делается, чтобы привлекать больше пользователей.

Алгоритмы

Технической основой криптовалюты является криптография. Именно она заведует в Биткоин-протоколе. Криптография работает по определённым алгоритмам, с которыми стоит познакомиться, чтобы понять как работает вся система.

SHA-256

Майнинг Биткоинов и большего количества его клонов строится именно на этом алгоритме. SHA-256 – это функция, суть работы которой состоит в хэшировании данных в код определённой длины, характеризующий исходные данные. В программе для майнинга это выглядит как строка кода, которая и является хэшем. Весь процесс построен на том, чтобы из миллионов комбинаций подобрать верную для определённого блока цепи.

Данный алгоритм применяется не только для криптовалют. Вы наверняка сталкивались с такими протоколами, как SSL, SSH, PGP и т. д. В них применяется SHA-256. Этот же алгоритм применяется в ASIC майнерах. С недавних пор наблюдается появление новых монет, добываемых на SHA-256. Например Zetacoin, Tekcoin и т. д.

Scrypt

Данный алгоритм появился по причине того, что SHA-256 оказался слишком лёгким для разработки оборудования, которое работало бы лучше процессора. Большая концентрация ASIC мощностей в одних руках может угрожать децентрализованности валюты.

Суть Scrypt-функции заключается в её сложности и требовательности к мощностям. Требуется много оперативной памяти, используемой для хранения последовательностей, образуемых во время работы алгоритма. После того, как вектор создан, отдельные элементы запрашиваются в случайном порядке и при комбинации формируются в итоговый ключ.

Алгоритм формирования вектора известен, это значит, что можно обойтись без большого объёма памяти. Элементы могли бы просчитываться во время обращения к ним. Однако при вычислении элемента, функция считывает отдельный элемент множество раз. Сам алгоритм имеет баланс, при котором, использование меньшего количества памяти делает процесс слишком долгим.

Такое искусственное усложнение процесса, делается с целью сделать менее эффективным оборудование для Scrypt-добычи. Это даёт возможность применять для майнинга видеокарты.

Вместе с тем, как большое распространение получило ASIC-оборудование, вырос спрос на Scrypt монеты, для майнинга которых требуется конфигурация мощностей с большим объёмом памяти – Litecoin, Dogecoin и т. д.

Scrypt-Jane

Это алгоритм, использующий как минимум три системы шифрования данных. Первая – это Salsa20/8. Её функция в приёме 192-байтной строки и трансформация её в 64-байтную. Сжатие данных достигается алгоритмом Rumba20.

Следующая функция – ChaCha20. Это шифр, увеличивающий сокращающий длительность одного раунда. В пуле, раунд означает время, за которое добывается блок.

Последняя функция – Salsa6420/8. Этот алгоритм применяется для доказательства верности 64-байтной строчки, производимой Salsa20/8.

Scrypt-Jane поддерживает некоторые хэш-функции. Например, SHA-256 и продвинутый SHA-512. Также поддерживаются BLAKE256/512, Skein512 и Keccak256/512.

Blake работает по таким компонентам как HAIFA и ChaCha. Эта функция обеспечивает высокую производительность, что необходимо для майнинга. На многих платформах Blake работает гораздо быстрее, нежели SHA-256.

Skein применяется для увеличения скорости, безопасности и гибкости алгоритма. Она хорошо показывает себя как на аппаратных, так и на программных платформах.

В Scrypt-Jane применяется n-фактор, означающий объём памяти, требуемой для вычислений. Это значение растёт по мере нахождения в цепи определённого количества блоков. Таким образом, с ростом числа n, качество добычи падает, поскольку требуются всё большие объёмы памяти. Такой алгоритм предполагает создание дополнительных препятствий в его реализации на ASIC-майнерах, ещё больших чем для SHA-256 и Scrypt.

Описанные алгоритмы используются в большинстве криптовалют. Есть отдельные монеты, которые предлагают уникальные системы, ведущие к отказу от ASIC-оборудования, но они пока лишь в стадии развития. Если выйдет хотя бы одна подобная криптовалюта – это будет революцией во всей криптоиндустрии.

ASIC майнеры SHA256 и Scrypt

Мы уже немного сказали про асики, но давайте теперь поговорим про них подробнее. Аббревиатура ASIC означает "устройство особого назначения", т. е. микросхема предназначенная для работы над определённой задачей. В качестве примеров можно привести микросхемы, применяемые для телефонов или кодирования аудио и видео сигнала.

Алгоритм Scrypt изначально создавался для противодействия ASIC-устройствам. Его сложность является искусственной мерой, он требует большого количества памяти. Создание таких асиков требует больше затрат, поэтому выгоднее использовать GPU-оборудование.

Оборудование для добычи криптовалюты может выпускаться в разных формах, исходя из нужд пользователя:

• Компактные – работают от USB разъёма. Они являются одними из первых устройств такого типа и имеют наименьшую мощность. Позже выпускались более производительные версии, но в конечном итоге, они стали просто сувенирами;
• Домашние майнеры имеют недорогой корпус и слабый кулер охлаждения. Они небольшие по размерам, для питания требуется обычный блок на 600 Вт;
• Профессиональные устройства используются для датацентров и размещения в серверных стойках. Они оснащены встроенным питанием и хорошим охлаждением.

Производством ASIC чипов заняты несколько организаций:

• Bitmaintech
• Spondoolies-Tech
• KnCminer – технологичные 20 нм ASIC, предполагается создание 16 нм версии)
• Innosilicon (Scrypt и SHA256)
• Bitfury – старые чипы, которые пользуются популярностью. Они обладают низким энергопотреблением и достаточно эффективны в работе
• ASICminer – устройства не производятся, но чипы применяют в других моделях
• Zeus (Scrypt) – компания признана банкротом, но чипы до сих пор используются

Большим доверием пользуется оборудование Bitmaintech. Их модели никогда не подводили пользователей. Актуальная версия на сегодня – ANTMINER S5 с чипом ВМ1384. Его производительность равна приблизительно 1150 GH/s, потребляет он порядка 600 Вт при напряжении до 12 В. Его рабочая температура 40-80°С.

Лучшими майнерами, работающими на Scrypt, считаются устройства компании Innosilicon. Нынешняя модель – TERMINATOR A2 с производительностью 90 MH/s. Он потребляет порядка 1 кВт, при напряжении в 12 В. Рабочая температура до 90°С.

Из-за разных прошивок работа в режиме соло настраивается отдельно для каждой модели асика. Отдельные устройства вообще не предназначены для режима соло.

Мифы и заблуждения

Существует ряд заблуждений и ошибочных мнений насчёт майнинга и отношения к нему:

• Многие относят добычу криптовалюты к получению "халявных" денег. В действительности майнинг играет второстепенное значение в философии цифровых валют. Первые Биткоины добывались, когда за это ещё не платили вознаграждение;
• Не все верно определяют цель майнинга – он предназначен не для генерации новых единиц, а для подтверждения операций;
• Майнеры не решают сложные задачи. Они работают по рутинным алгоритмам, пока не найдётся подходящая комбинация, при помощи которой будет подтверждено доказательство работы;
• Ещё одна ошибка заключается во мнении, что "задачи постоянно усложняются". Задачи остаются точно такими же, но меняется сложность доказательства работы (их подтверждения). Это делается для сохранения периодичности транзакции;
• Другое заблуждение связано с количеством цифровых монет. На самом деле 1 Биткоин делится на 100 млн частей – сатоши. Таким образом, в сети существует порядка 21 трлн единиц криптовалюты;
• Простой любитель вряд ли сможет "решить задачу". Конечно, его шансы на успех сохраняются, но они равны выигрышу в лотерее. Майнинг становится бизнес-отраслью, где применяется большой капитал и специализированное оборудование.

Принцип добычи криптовалют остаётся неизменным. На смену соло-майнингу приходят пулы, что угрожает децентрализованной системе, ведь они объединяют большие мощности и распоряжаются ими по своему усмотрению.

Главной целью майнеров должна оставаться децентрализация всех процессов. Технологии должны совершенствоваться в направлении, когда любой желающий сможет легко подключиться к одному из обычных пулов и майнить валюту.

Тарас С.Частный инвестор, предприниматель, блогер. Инвестирую с 2008 года. Зарабатываю в интернете на высокодоходных проектах, криптовалютах, IPO, акциях и других активах. Со-владелец нескольких ресторанов и сети магазинов электронной техники. Консультирую партнеров, делюсь опытом.

Присоединяйся в Telegram-канал блога со свежими новостями. Чат с консультантом в Телеграм.