Как работает майнинг алгоритм

В чем заключается суть майнинга. Простыми словами о сложном

Вряд ли сегодня можно найти людей, которые не слышали о майнинге. Зарождение криптовалют и их интеграция в мировую экономику создали невероятный ажиотаж. Тем не менее далеко не все понимают, что такое майнинг. Это может создавать неправильное представление не только о самом процессе, но и о перспективах валют. В этой статье мы расскажем о главных технических особенностях майнинга, рассмотрим принципы создания валюты, а также оценим степень доходности и будущие перспективы цифровых денег.

Понятие майнинга

Начнем с самого основного – сути работы майнинга и определения процесса создания новых криптоденег. Если максимально упростить термин, то выяснится, что он заключается в математических вычислениях, которые осуществляются на компьютерах, фермах или специально организованных крупных майнинг-центрах. Последние представляют собой целые ангары, напичканные «железом», они имеют огромную вычислительную мощность и потребляют большое количество электроэнергии. Самой распространенной валютой на данный момент является bitcoin, который стал практически синонимом понятия «криптовалюта».

Если говорить простыми словами, майнинг криптовалюты — это вычислительные задачи, основанные на криптографическом алгоритме (поэтому и криптовалюта). В ходе майнинга эмитируются новые криптомонеты.

В случае с биткоином вознаграждение за блок в первые годы составляло 50 BTC. В 2012 году размер эмиссии снизился до 25, а с 2016 года – до 12.5 BTC. В соответствии с прогнозами эмиссия замедлится к 2040 году, награда за создание блока не будет превышать 10–8 BTC. Дальнейшее строительство новых блоков будет осуществляться только за счет комиссионных вознаграждений.

Как появляется биткоин

Как же создаются биткоины и добывается криптовалюта? Эмиссия криптовалюты, в отличие от фиатных валют, происходит не с помощью печатного станка. Новые монеты рождают транзакции (переводы, покупки, продажи и т.п.). Осуществляют (проводят) транзакции – майнеры. Они собирают их в блоки. Блоки объединяются в цепочку. Получается длинная цепочка, состоящая из блоков транзакций.

Непрерывность такой цепочки обеспечивается включением в новый блок хеш-суммы предыдущего блока. Хеширование – это преобразование входных данных (в нашем случае – данных о предыдущих транзакциях) – в определенную битовую строку.

Пример хеша по алгоритму SHA-256 фразы «The quick brown fox jumps over the lazy dog» = D7A8FBB3 07D78094 69CA9ABC B0082E4F 8D5651E4 6D3CDB76 2D02D0BF 37C9E592.

Хэш-сумма – это некий дайджест хешированных блоков. В каждом новом блоке собрана информация обо всех предыдущих блоках. Таким образом, невозможно изменить блок, не изменив при этом хэши предыдущих блоков.

Хеширование осуществляется по криптографическому алгоритму. Именно с помощью такого алгоритма решается «задача византийских генералов», при которой успех проведения транзакции обеспечен, даже если большинство участников сети – злоумышленники.

Если задача решается правильно – блок создается. За созданный блок его создатель (майнер) получает вознаграждение в виде новой криптовалюты. Так и появляются новые криптомонеты. Так и появляется биткоин.

Децентрализованная система распределения

Задача византийских генералов:

Утром будет сражение с противником. Армия Византии состоит из нескольких легионов, у каждого свой генерал. Все они подчинены Верховному главнокомандующему. Некоторые генералы легионов подозреваются в предательстве и заинтересованности в падении Византии. Утром каждый получает приказ от Верховного главнокомандующего: «наступать» (на противника) или «отступать».

Возможные сценарии исхода битвы:

1. Все преданные генералы вступают в бой – Византия одерживает победу (благоприятных исход).
2. Все преданные генералы отступают – Византия сохранит войско без потерь (промежуточный исход).
3. Некоторые преданные генералы вступают в бой, некоторые отступают – Византия терпит поражение (негативный исход).

Необходимо учитывать, что Верховный главнокомандующий тоже может быть предателем и отдать разные приказы, чтобы добиться поражения Византии.

Если каждый генерал будет действовать самостоятельно, вероятность Византии одержать победу – крайне мала.

Как генералам коммуницировать и какое решение принять?

Эта задача вам что-то напоминает, не так ли? Вы правильно догадываетесь. Транзакции – это благоприятный исход. Генералы – это майнеры. Верховный главнокомандующий – это сеть. Блокчейн – система, в которой осуществляется майнинг, обеспечивает коммуникации и не дает возможности предателям осуществить свои злонамеренные планы. Договоренность генералов и Верховного главнокомандующего, при котором достигается благоприятный исход (транзакция) – называется консенсусом.

Структура консенсуса

Итак, мы узнали, что blockchain – это система алгоритмов консенсуса. Как и у любой системы, у блокчейна есть уровни. Их всего 3:

1. Узлы консенсуса (майнеры) – формируют блокчейн, группируют транзакции в блоки.
2. Узлы аудита – распределяют нагрузку по сети, проверяют работу майнеров.
3. Легкие узлы – клиенты – не имеют полной версии блокчейна (криптовалютные кошельки, программы).

Блокчейн биткоина – самый крупный блокчейн. Более 7000 узлов сети имеют полную его копию.

Криптографические алгоритмы

Несмотря на то, что задача византийских генералов была решена еще в 90х, блокчейн – более сложная задача. Все его узлы находятся в режиме постоянного изменения. Криптографические алгоритмы здесь отличаются от тех, что применяются в византийской головоломке.

В большинстве криптовалют используются алгоритмы на основе доказательства работы (proof-of-work, PoW) и на основе доказательства доли (proof-of-stake). Читайте в статье подробнее о PoW и PoS.

Добычу валюты на основе PoW принято называть майнингом (mining – англ. добыча), на основе PoS – форжингом (forging – англ. ковка).

Наиболее распространенный алгоритм, используемый криптовалютами – SHA256.

Задача алгоритма – хешировать блоки транзакций. SHA256 генерирует 256-битный хэш.

Ну а дальше вы все знаете: блоки выстраиваются в непрерывную цепочку, майнеры получают свои 12,5 BTC за блок.

Скоростью майнинга измеряется в хешах в секунду (h/s). Как оказалось, хэш-сумму можно посчитать с помощью ручки и бумаги. Если разложить алгоритм математически, то можно добиться скорости 0,67 хешей в день (при 12-ти часовой загрузке это, примерно, 0,000016 h/s). Однако, скорее всего, это не самый лучший способ майнинга, т.к. современные майнер-системы способны строить блоки со скоростью несколько терахешей/сек, что в квинтиллион раз быстрее человека.

ВИДЕО — майнинг биткоин с помощью ручки и бумаги:

Помимо SHA256 известны следующие алгоритмы криптошифрования:

Таблица. Наиболее известные криптовалюты с типами алгоритмов:

Варианты майнинга

Для новичка данная сфера может быть абсолютно непонятной, потому стоит рассмотреть наиболее актуальные виды майнинга. По принципу и механизму действия сегодня разделяют:

• майнинг на видеокартах (фермы);
• майнинг на Asic или просто асиках (специально созданные устройства, которые имеют большую вычислительную мощность и намного меньшее энергопотребление);
• облачный майнинг;
• форжинг (или PoS майнинг);
• объединение в майнинг пулы.

Последняя разновидность майнинга становится все более популярной. Из-за прихода на рынок «больших игроков» и существенного усложнения добычи криптовалют, которые требуют все большие и большие мощности, для домашнего майнинга и одиночек, пулы – единственный способ хоть как-то зарабатывать. В противном случае многое будет зависеть уже от удачи, которая является довольно важным фактором при открытии новых блоков.

Облачный майнинг становится невероятно популярным, так как не требует вложений в дорогое оборудование. Например, площадка ECOS или ViaBTC дает возможность купить контракты на добычу BTC или ETH.

Что касается самих валют, то сегодня самой большой популярностью пользуется биткоин, хотя прибыль от майнинга могут принести и следующие криптовалюты:

Также стоит учесть, что помимо ферм, асиков и прочих технологий, вычисление на процессорах уже давно стало нерентабельным и неэффективным процессом. Сегодня в нем нет практически никакого смысла.

Насколько выгодным может быть майнинг

Изначально стоит уточнить, что майнинг для начинающих перестал быть простым и прибыльным занятием еще в 2016 году. В 2018 он стал и вовсе не благоприятным. Еще 7-8 лет назад даже на одном ПК можно было получать довольно внушительный месячный доход. К сожалению, сегодня смысл майнить будет лишь в следующих случаях:

• существует доступ к бесплатной электроэнергии (тогда основные издержки майнинга, то есть оплату счетов за электричество, можно будет игнорировать);
• в наличии есть 4 или больше видеокарт (особенно от AMD);
• есть достаточная сумма свободных денег, которую можно вложить для сохранения от инфляции и небольшого заработка в перспективе.

Проще говоря, начать майнить может каждый. Именно поэтому с прилавков исчезли видеокарты за очень короткий срок и даже крупнейшие магазины в мире оправдывались за пустые склады. Что же произошло через несколько месяцев?

Все надежды получать пассивный доход лопнули, окупаемость видеокарт увеличилась в 2-3 раза, сложность майнинга значительно возросла, что прилично сократило доходы. Без вложений для увеличения вычислительной мощности, без покупки асика (которые и так стоят очень дорого), для большинства участников майнить сейчас невыгодно. Минимальный доход будет «съеден» счетами за электричество и прочими издержками, а прибыль в результате будет настолько незначительной, что не оправдает ни вложения, ни потраченное время.

Рассмотрим короткий пример выгоды валюты Zcash в 2018 году:

• Среднее вложение в майнинг этой криптовалюты около $2000.
• Без учета электроэнергии, при среднем доходе фермы в интервале 125-140$ в месяц, окупаемость будет от 15 до 19 месяцев, в зависимости от изменений стоимости валюты.
• Если учитывать электроэнергию, которая в среднем обойдется в России при таких вложениях на уровне 30-34$ в месяц, общий доход снизится и будет порядка 100$, а окупаемость фермы, наоборот, увеличится.

При этом просто работать на любой профильной должности, получая опыт и улучшая квалификацию, будет в большинстве случаев даже более выгодно, чем майнить.

Когда есть смысл начинать майнить с нуля

Несмотря на более сложные условия, особенно на старте, нельзя сказать, что начинать майнить невыгодно. Курс криптовалют показывает как небольшие падения, так и огромные скачки роста, потому, если вы не играете на бирже, то единственным способом будет взяться за все самому.

Если вы не совсем чайник или хотите попробовать получить опыт в довольно перспективной сфере, то всегда используйте калькулятор майнинга. Это необходимо для того, чтобы подводить общую статистику. Помимо хешрейта (можете взять из нашей таблицы), в калькуляторах нужно учитывать:

• общую мощность;
• энергопотребление;
• стоимость киловатт-часа.

Вы всегда будете знать, стоит ли увеличивать мощность, сколько прибыли даст экономия на электроэнергии и т.д.

Начиная майнинг необходимо:

• иметь достаточное количество времени для обучения и вникания во все тонкости процесса;
• начальный финансовый вклад, сумма которого увеличивается с каждым годом;
• умение разбираться в котировках; хотя бы базовые знания по графическому анализу для составления прогнозов и более выгодной реализации криптовалют;
• спокойствие и целеустремленность, особенно при том, что сложность и период окупаемости постоянно увеличиваются.

Заключение

Мы попытались рассказать вам в чем суть майнинга. Сегодня многие новаторы и специалисты вещают в различных видео о том, что майнинг это будущее, но, откровенно говоря, в данный момент только Япония и частично США признали биткоин как валюту. Более того, при отсутствии способов регулирования курса и проведения стандартных мероприятий, как в случае с «физической валютой», существует немало неопределённостей, которые не позволяют точно утверждать, что виртуальные валюты это на 100% будущее.

Блокчейн стал настоящим прорывом и на его базе уже создаются несколько крупнейших проектов с огромными инвестициями. Безусловно, сам майнинг стал настолько массовым, что с ним считаются даже центральные банки стран с самой развитой экономикой.

Подписывайтесь на наш Telegram канал. Будьте в курсе новых статей.

Источник

Алгоритмы майнинга: сущность, виды, особенности

Около десяти лет прошло с момента возникновения самой первой криптовалюты в истории применения блокчейн-технологий. Речь идет о биткоине (BTC) – первопроходце криптовалютной индустрии. За столь продолжительное время на рынке цифровых монет появилось множество иных денежных единиц, также защищенных криптографическим шифрованием, но базирующихся, однако, на различных механизмах хэширования. Многообразие применяемых алгоритмов майнинга, безусловно, способствует усложнению соответствующего рынка, но ощутимо расширяет при этом возможности заработка, основанного на формировании и добавлении хэш-блоков. Таким образом, выбор адекватного алгоритма криптодобычи становится важнейшей задачей для пользователя интернета, намеревающегося получать доход от майнинга.

Алгоритм криптодобычи представляет собой достаточно сложную совокупность вычислительных процессов, связанных с онлайн-генерированием той или иной цифровой монеты. Суть его сводится к нахождению/расшифровке хэш-блоков с последующим их добавлением к блокчейн-системе. По сути, майнеры вознаграждаются добываемой криптовалютой за деятельность по обеспечению работоспособности блокчейн-сети. Так, спецификой генерируемой монеты предопределяются не только технические требования к самому оборудованию, предназначенному для криптодобычи, но и алгоритмы майнинга, непосредственно используемые для расшифровки хэш-блоков.

Алгоритм в майнинге: что это такое

Чтобы разобраться в сущности алгоритма майнинга, необходимо уточнить понятия криптовалюты и блокчейна. Криптовалюта – цифровая денежная единица – задумывалась изначально как платежное средство, способствующее надежному осуществлению защищенных финансовых транзакций, совершаемых в небезопасном пространстве интернета. Безопасность совершаемых расчетов обеспечивается в этом случае децентрализованным подходом к эмиссии криптовалюты. В процессе онлайн-генерирования цифровой монеты одновременно задействуется большое количество майнинговых ферм, беспорядочно рассредоточенных по всему миру, но синхронно выполняющих идентичные вычисления, в результате которых формируются хэш-блоки, добавляемые в блокчейн конкретной криптовалюты.

Блокчейн криптовалюты представляет собой единую базу накопленных, упорядоченных сведений о транзакциях, совершенных с использованием генерируемой цифровой монеты, и правах собственности, установленных в отношении единиц добываемого актива. Блокчейн является цепочкой информационных блоков, увязанных между собой механизмом криптографического шифрования. Расшифровка и добавление этих блоков (хэш-блоков) в блокчейн-сеть составляют сущность майнинга криптовалюты, осуществляемого пользователем интернета по строго определенному алгоритму.

Информация, которая регулярно накапливается и хранится блокчейном, имеет разное целевое назначение. Это могут быть сведения о выполненных транзакциях, прикладное программное обеспечение, справочная информация, данные нотариального удостоверения, а также иной контент, который обычно собирается блокчейном. В блокчейн-системе криптовалюты, как правило, накапливаются и хранятся сведения о совершенных транзакциях, информация служебного характера, а также данные о каждом субъекте майнинга, имеющем непосредственное отношение к следующим действиям:

• формирование конкретного информационного блока;
• увязка этого хэш-блока с предыдущим хэш-блоком в порядке консенсуса, автоматически достигаемого между участниками блокчейн-сети;
• получение причитающегося вознаграждения за совершение процедуры майнинга.

Любые алгоритмы майнинга криптовалют охватывают следующие ключевые аспекты онлайн-генерирования цифровой монеты:

1. Правила, согласно которым соседние информационные блоки последовательно увязываются между собой в конкретной сети блокчейна.
2. Порядок достижения консенсуса между участниками блокчейн-сети.
3. Функция криптографической процедуры хэширования, используемая блокчейном при майнинге конкретной монеты.

Рисунок 1. Майнинг криптовалюты осуществляется по определенному алгоритму

Таким образом, алгоритм криптодобычи являет собой эффективное сочетание двух важных алгоритмов:

• криптографическое шифрование (так называемая хэш-функция);
• механизм достижения необходимого консенсуса, в качестве которого может рассматриваться подтверждение исполненной работы (Proof_Of_Work, POW) или иной вариант согласования, подразумевающий взаимодействие между участниками блокчейн-сети.

Главные алгоритмы шифрования: основные виды

Алгоритмы POW-майнинга, базирующиеся на достижении консенсуса между участниками сети блокчейна посредством автоматического подтверждения исполненной работы (Proof_Of_Work), являются самыми популярными на сегодняшний день. Именно они используются сейчас для онлайн-генерирования самых востребованных цифровых монет. Субъекту майнинга следует разбираться в том, какой алгоритм шифрования применяется для добычи той или иной криптовалюты.

SHA256

Алгоритм SHA256 активно используется для онлайн-генерирования биткоина (BTC) и некоторых других известных криптомонет. Примечательно, что появился он еще задолго до запуска BTC. В теперь уже далеком 2002 году его разработала американская структура АНБ – Агентство Национальной Безопасности США. Следует знать, что практически все пользователи интернета ежедневно сталкиваются с этим алгоритмом, когда посещают онлайн-ресурсы с SSL-сертификатом.

Хэш-функция SHA256 имеет характерную особенность – она принимает к обработке сведения, обладающие неограниченной длиной, а по итогу выдает информационную строку фиксированной продолжительности. Данная хэш-функция представляет собой своеобразную подпись для первоначального набора сведений, но при этом она не позволяет их расшифровать. Этот алгоритм считается наиболее простым (если сравнивать его с иными алгоритмами, также применяемыми для криптодобычи).

Рисунок 2. SHA256 считается самым простым криптоалгоритмом

Хоть SHA256 и считается алгоритмом майнинга биткоина, он используется также и для иных цифровых монет, генерируемых с помощью блокчейна. Самые известные из них – Steemit, BetaCoin, Namecoin и прочие. Когда криптовалютная индустрия только зарождалась, допускался майнинг цифровых монет на компьютерных процессорах и видеоадаптерах (видеокартах). Однако дальнейшее развитие этой отрасли закономерно привело к ощутимому усложнению производимых вычислений. Потребовались более мощные устройства для майнинга. Если раньше SHA256 использовался как алгоритм майнинга для процессора или компьютерной видеокарты, то в дальнейшем его стали внедрять под оборудование ASIC.

Для ASIC-майнинга применяются специализированные устройства, в составе которых имеются особые чипы, предназначенные для расшифровки используемых алгоритмов. Устройства ASIC функционируют с повышенной скоростью, что обеспечивает более эффективную добычу криптовалюты (если сравнивать с типичной процедурой майнинга, осуществляемой на нескольких видеокартах одновременно). Однако высокая стоимость устройств ASIC стала причиной существенного удорожания майнинга на SHA256 – алгоритме биткоина. Поэтому майнеры стали искать другие варианты онлайн-генерирования, более адекватные в новых условиях криптодобычи.

Scrypt

Создатели криптовалюты, заинтересованные в продвижении цифровых монет, обычно не приветствуют использование ASIC, поскольку такие устройства отрицательно воздействуют на блокчейн-систему и мотивацию майнеров. Ведь без майнеров не представляются возможными функционирование и дальнейшее развитие криптомонеты. Когда ASIC-устройства активно внедряются в майнинг криптовалюты, многие майнеры зачастую прекращают добычу такой монеты, так как они не желают вкладывать в неё столь значительные средства. Как результат, ASIC-майнинг этой криптовалюты становится исключительной прерогативой крупных инвесторов. Это приводит к централизации майнинга и дискредитации самой сути блокчейн-технологий.

Именно поэтому разработчики любой цифровой монеты всегда стараются максимально отсрочить появление ASIC. Эффективным способом обеспечения такой отсрочки считается регулярное обновление применяемых алгоритмов майнинга. Типичный пример – разработка алгоритма Scrypt, появившегося после BTC и лежащего в основе криптовалют Doge, Litecoin.

Рисунок 3. Scrypt-алгоритм применяется для майнинга LiteCoin

Применение Scrypt-алгоритма обуславливает использование майнером повышенного объема системной памяти. Она задействуется для сохранения data-последовательностей псевдослучайного происхождения, которые вырабатываются самим алгоритмом на ранних этапах функционирования. Если у майнера отсутствует возможность хранения таких данных, процесс вычисления может ощутимо затянуться по времени.

Устройства ASIC, применяемые для SHA256, изначально не подходили для Scrypt-алгоритма. Они функционировали по совершенно иному принципу. Однако подобное оборудование вскоре было адаптировано и для Scrypt-алгоритма.

Популяризация этого алгоритма онлайн-майнинга стала возможной благодаря криптовалюте Dash. Примечательно, что X11-алгоритм стал родоначальником целого семейства X-алгоритмов. Цифра, которая в названии этого алгоритма ставится после символа X, свидетельствует о количестве функций хэширования в блокчейне (например, X11, X13, X15).

Известные алгоритмы биткоин-майнинга (речь идет о SHA256) создавались достаточно давно под вычислительное оборудование пятнадцатилетней давности. Технический прогресс с тех пор шагнул далеко вперед. Угроза взлома для SHA256-алгоритма стала актуальной. Если эта угроза оправдается, блокчейн BTC будет уничтожен, а многие криптовалюты просто обесценятся.

Взломать майнинг-алгоритм X11 окажется гораздо сложнее, поскольку для этого понадобится выявить слабые звенья в каждой из 11 хэш-функций. Основная идея создания и использования X-семейства заключалась в защите блокчейн-сетей от ASIC-устройств. Однако и для этих криптомонет (майнинг-алгоритмов) все же изобрели ASIC-оборудование.

CryptoNight

Популярность этого майнинг-алгоритма обусловлена его применением для добычи Monero – всемирно известной криптовалюты. CryptoNight во многом похож на Scrypt-алгоритм, он также задумывался для отсрочки появления ASIC-устройств. Его характерной особенностью тоже является использование повышенных объемов системной памяти, необходимых для сохранения вычислительных сведений.

Рисунок 4. CryptoNight-алгоритм обеспечивает добычу Monero

Возрастающая сложность алгоритмов майнинга всегда становилась причиной внедрения устройств ASIC. Явные тому примеры – Dash, лайткоин, BTC. Создатели Monero предприняли успешную попытку избежать подобной участи для своей монеты. Они анонсировали регулярную корректировку майнинг-алгоритма – каждые 6 месяцев. Если для обычного субъекта майнинга такие изменения не будут сильно ощущаться, то для ASIC подобная практика может оказаться существенным препятствием. Постоянное устаревание оборудования, применяемого для ASIC-майнинга цифровых монет, использующих CryptoNight, будет приводить к убыточности ASIC-устройств. Это сделает нерентабельной саму идею их применения.

Ethash

Этот майнинг-алгоритм успешно применяется для онлайн-добычи криптовалюты Эфириум. С момента своего первоначального запуска алгоритм Ethash (прежнее наименование – DaggerHashimoto) существенно изменился. Что характерно, данные изменения коснулись не только его названия, но и самого содержания. Если раньше Ethash-алгоритм сильно напоминал вышеупомянутый Scrypt, то сейчас принцип его действия ощутимо изменился.

Рисунок 5. Ethash-алгоритм позволяет генерировать Эфириум

Функционирование Ethash-алгоритма предусматривает хэширование метаданных, относящихся к последнему блоку блокчейн-системы. Для этого используется цифровой ключ Nonce, представляющий собой типичное число двоичного типа. Это обеспечивает усиленную защиту Эфириума от рандомного подбора данных. Как результат, майнинг Эфириума – одной из самых популярных монет в криптоиндустрии – до сих пор осуществляется с помощью графических адаптеров. Полноценные ASIC-устройства для его добычи пока отсутствуют.

Таблица алгоритмов криптовалют

В качестве информационного ориентира майнеры часто пользуются специальными таблицами, содержащими сведения о популярных цифровых монетах и майнинг-алгоритмах, используемых для их добычи. Пример таблицы алгоритмов майнинга представлен ниже.

Источник