Что такое криптомайнинг?

09.05.202109.05.2021 xakes

3 января 2009 года началась первая операция по добыче биткойнов, и вознаграждение в размере 50 BTC было отправлено на адрес 1A1zP1eP5QGefi2DMPTfTL5SLmv7DivfNa . Хотя это и не подтверждено, скорее всего, он достался загадочному Сатоши Накамото, изобретателю Биткойна. Хотя никаких официальных транзакций в генезис-блоке зафиксировано не было, встроенный текст «The Times 03 / Jan / 2009 Chancellor in the edge of the second bailure for Banks» был намеком на финансовый кризис того времени и главным мотиватором децентрализованной зарождение валюты.

Перенесемся в май 2021 года, и эти 50 биткойнов принесут вам крутые 2,9 миллиона долларов США. Однако из-за особенностей системы или намеренной реализации в коде первые 50 BTC не могут быть потрачены. Вместо этого первая операция по добыче полезных ископаемых запустила то, что стало глобальным признанием видения Сатоши Накамото о децентрализованной валюте и стало финансовой и технической силой, с которой нужно считаться.

Сегодня существует не менее 1 миллиона уникальных «майнеров» только для биткойнов, не говоря уже обо всех других существующих криптовалютах. Эти майнеры обычно фигурируют в новостях по неправильным причинам: ежегодно тратят тераватт-часы энергии (0,51% мирового производства электроэнергии) на цели майнинга; поглощение графических процессоров в день запуска, несмотря на нехватку кремния; и введение новых, но несколько спорных вариантов использования цифровых технологий, таких как CryptoKitties и невзаимозаменяемые токены (NFT).

Как все это происходит? Какую роль играет майнер? И как это может изменить ландшафт вычислительной техники в будущем?

Прежде чем углубляться в детали добычи криптовалюты, стоит понять первоначальное видение Сатоши относительно мотивации криптовалюты и использования блокчейна для решения ряда очень конкретных технических проблем.

Видение Сатоши

Согласно исходному техническому документу, Биткойн – это «чисто одноранговая версия электронных денег», нацеленная непосредственно на современные финансовые учреждения, которые действуют как посредники для финансовых транзакций. По словам Сатоши Накамото, основной проблемой современных финансовых институтов является внутреннее доверие, необходимое для всех транзакций.

Это доверие может потенциально привести к неидентифицируемому мошенничеству со стороны посредника, повлечь за собой высокие затраты на посредничество между клиентами или сложность даже при небольших случайных транзакциях, столь же распространенных, как банковский перевод .

Для решения этих проблем Сатоши описал распределенную (т. Е. Не централизованную) систему электронных платежей, основанную на криптографических доказательствах, а не на доверии. Такая схема, как он утверждал, сделает финансовые транзакции неизменными и «вычислительно непрактичной для отмены» и поможет защитить от мошенничества. Все это при одновременном избавлении от необходимости в доверенном третьем лице во время транзакций.

Хотя теоретически это было здорово, была одна небольшая техническая проблема, которую нужно было решить. А именно, в публичной книге любой может потребовать транзакцию даже без необходимых средств. Кто должен выступать в арбитраже и утверждать, что все выполняемые транзакции подкреплены соответствующей суммой средств?

Например, если у Алисы есть 100 долларов в начале дня, она может пообещать Бобу, Чарли и Дэвиду независимо друг от друга, что она пришлет им каждые 100 долларов к концу дня. В то время как Алиса могла показать им, что она владеет 100 долларами, и все они будут довольны и согласны с транзакцией, у Алисы есть только 100 долларов. Таким образом, если в конце дня публичный реестр (который после завершения, так сказать, высечен в камне) включает в себя 3 транзакции, инициированные Алисой за 100 долларов, система будет сломана, и никто не захочет ее использовать.

В централизованной системе, такой как в современных банках, будет существовать единая бухгалтерская книга, которая может проверять, сколько денег имеет конкретное лицо, и, таким образом, может гарантировать, что клиент не может потратить больше, чем он имеет. Однако, когда мы говорим о децентрализованной одноранговой системе, кто может помешать умному человеку быстро потратить свои деньги несколько раз, прежде чем его поймают?

Чтобы решить эту потенциальную проблему, на игровое поле выходят крипто-майнеры. По сути, майнеры играют роль децентрализованного банкира и будут выполнять необходимую работу, чтобы гарантировать, что система функционирует должным образом, без двойных расходов. В обмен на свою работу они будут вознаграждены некоторой криптовалютой.

В частности, для биткойнов майнеры первоначально соревновались за вознаграждение в размере 50 BTC примерно каждые 10 минут. Сегодня это вознаграждение было три раза уменьшено вдвое, что снизило вознаграждение с 50 BTC до 6,25 BTC. Следующее событие сокращения вдвое ожидается в 2024 году, и майнеры будут продолжать испытывать события уменьшения вдвое, пока не будет добыт весь 21 миллион биткойнов (ожидается, что это будет около 2040 года).

Как выразился Виталик Бутерин, создатель Ethereum, «побудительным мотивом событий халвинга является удержание инфляции под контролем». После того, как все биткойны (или любая криптовалюта) будут добыты, сеть продолжит работу за счет комиссии за транзакции.

Но почему вообще существует вся эта сложность? Двойные траты, криптографическое доказательство доверия, уменьшение вдвое, ограниченное количество криптовалют, неизменный реестр и распределенный блокчейн? Все это восходит к исходной статье Сатоши, целью которой было создание системы электронных денег с надлежащими сдержками и противовесами, при этом финансовая власть перешла от централизованных сил к распределенным массам.

Было ли это видение реализовано или похищено, все еще остается предметом споров. Однако, если отвлечься от экономики, как такая система появилась на свет из простого 9-страничного технического документа?

Давайте глубоко погрузимся в техническую составляющую того, что делают вычислительные майнеры (сознательно или непреднамеренно), чтобы осуществить революцию криптовалюты.

Внедрение криптовалюты в криптовалюту

В оригинальной газете Биткойн слово GPU вообще не упоминалось. Фактически, он полностью сосредоточился на процессорах как на оборудовании для майнеров. Теперь даже графические процессоры могут быть устаревшими, поскольку хардкорным майнерам, вероятно, нужны FPGA или ASIC, чтобы быть конкурентоспособными и приносить золото, чтобы выиграть награду за майнинг. В чем основное различие между этими разными архитектурами в контексте майнинга криптовалюты? Ответ: высокий уровень параллелизма для конкретной задачи решения сложной математической задачи.

Работа майнера двоякая. (1) Для проверки блоков данных и добавления транзакций в цепочку блоков. Только один майнер может одновременно выполнять эту операцию и добавлять новый блок. Таким образом, чтобы иметь честь организовать следующий блок транзакций, майнер должен (2) первым найти правильное 64-значное шестнадцатеричное число («хэш»), которое решает числовую задачу.

Хорошая новость для майнера заключается в том, что математическая задача на самом деле не так уж и сложна. Цель состоит в том, чтобы найти правильное число (традиционно называемое «nonce»), которое при подключении к криптографической функции (SHA-256, в случае Биткойна) будет давать число, меньшее заданного значения. Плохая новость заключается в том, что определение правильного одноразового номера – это практически догадки, поскольку это, в конце концов, криптографическая функция.

То, что майнеры, по сути, делают со своими массивными вычислительными процессорами и большим количеством электроэнергии, – это параллельное угадывание множества одноразовых значений. Однако сам по себе одноразовый номер – это просто средство для достижения цели: на самом деле майнер стремится к правильному хэш-значению, которое вычисляется в результате правильного одноразового номера.

Чтобы сделать это более конкретным, взгляните на следующий блок из цепочки биткойнов:

Вы увидите много вещей в блоке, но если вы посмотрите на хэш, вы найдете целевое число, за которым охотятся майнеры. Одна вещь, которую вы можете заметить, – это количество ведущих нулей в хэше: это не случайно, и на самом деле это то, что помогает определить сложность алгоритма майнинга. Подробнее об этом чуть позже.

Одноразовый номер, который использовался для генерации блока 678411, был 2,217,356,589 (или 0x842a2d2d в шестнадцатеричном формате). Одноразовый номер используется в сочетании с несколькими другими значениями (включая такие вещи, как хэш предыдущего блока, корень Меркла, временная метка и т. Д.), Так что хеш этих объектов вместе дает значение меньше определенного целевого значения 00000000000000000006c9fad44b7f37429b239d99d50396df13f8c4f4fa9194.

Чтобы понять вычислительную сложность этой криптографической функции, вот удобный калькулятор, который можно использовать для вычисления SHA-256 произвольного сообщения.

Теперь представьте, что «сообщение» – это сводка нескольких транзакций (например, Алиса отправила Бобу 100 долларов) и различных метаданных (хэш предыдущих блоков, корень Меркла, временная метка и т. Д.) И одноразового номера. Задача состоит в том, чтобы определить правильный одноразовый номер, который при включении как части сообщения даст результат с 19 ведущими нулями.

Вы заметите, что, играя с этим калькулятором, это практически «случайное» значение, и для получения любого набора начальных нулей потребуется чрезвычайно большое количество догадок, не говоря уже о не менее 19. Фактически, на высоком уровне, by изменяя количество ведущих нулей, вы можете повысить сложность майнинга блока и, следовательно, держать под контролем цель «10 минут на блок», особенно по мере того, как на поле появляется все больше майнеров.

В блоке 678411 вы также увидите, что вознаграждение за майнинг составило 6,25 BTC плюс дополнительное вознаграждение в размере примерно ~ 1,11 BTC. На момент написания этой статьи 6,25 – это стандартное вознаграждение в биткойнах, которое в конечном итоге уменьшится вдвое еще несколько раз, пока не будут добыты все BTC. После того, как все BTC будут добыты, сеть будет работать исключительно за счет комиссии за транзакции, предоставляя майнерам долю транзакций в блоке для их работы.

Эта система майнинга обычно называется «Proof-of-Work» (PoW). Идея фактически восходит к концепции доверия: вместо того, чтобы доверять централизованному объекту для выполнения всех транзакций и принимать их слова как «доказательство» того, что ничего злонамеренного не произошло, система PoW требует, чтобы майнер проделал правильный объем работы. как показатель надежности. Поскольку криптографические функции требуют «решения» тонны работы, путем определения правильного одноразового номера майнер эффективно доказал, что они выполняли необходимую вычислительную работу за кулисами.

Другие системы включают Proof-of-Stake (на который Ethereum в конечном итоге перейдет как ETH2), который фактически изменяет роль майнера, пропорциональную количеству хранимых монет.

Криптографический алгоритм лежит в основе криптовалюты. Есть определенные атрибуты, которые делают криптографические алгоритмы идеальными для решения «математических задач» майнеров, в том числе:

Их нецелесообразно вычислять в обратном направлении (начиная с целевого значения и получая одноразовый номер)
Чтобы вычислить в прямом направлении, требуется много догадок.
Сложность майнинга можно отрегулировать, чтобы было труднее угадать, когда на игровое поле выходит больше майнеров. Это помогает сделать сеть более защищенной от атак.
Блокчейн неизменен, и попытка связать любую предыдущую транзакцию фактически сломала бы все последующие транзакции математически.

SHA-256 – не единственный алгоритм майнинга, используемый для криптовалют. Как упоминалось ранее, одна из ловушек майнинга биткойнов заключается в том, что большинство майнеров теперь используют ASIC, которые представляют собой специализированное оборудование, которое может быть спроектировано исключительно так, чтобы быть эффективным при вычислениях SHA-256. Ethereum, например, использует алгоритм Dagger-Hashimoto, который изначально нацелен на устойчивость к ASIC. Monero, ByteCoin и Dashcoin используют алгоритм CryptoNight, который также считается устойчивым к ASIC и использует обфускацию блокчейна для лучшей конфиденциальности. С этого момента ландшафт растет почти экспоненциально с точки зрения цели криптовалюты, алгоритма майнинга и различных других технических деталей.

Горный пейзаж: философские и технические различия

Хотя Биткойн положил начало повальному увлечению майнингом в 21 веке, сегодня мы находим более 4500 различных типов криптовалют в дикой природе. Поскольку создать новую криптовалюту относительно легко, многие из них действительно являются мошенничеством, и очень важно провести исследование, прежде чем покупать или добывать монету. Но почему вообще так много криптовалют?

За каждой новой монетой стоит разработчик (или несколько разработчиков), и это может привести к разным личным или финансовым планам. Например, многие криптовалюты вышли на поверхность после того, как ASIC вошли в сферу майнинга, чтобы вернуть массам распределенную природу блокчейна, а не несколько организаций с достаточным капиталом, чтобы бросить их на фермы ASIC.

Другие, такие как Litecoin, на самом деле очень мало отличались от предыдущих монет и стремились решить более фундаментальную техническую проблему. В случае Litecoin это был дополнительный доход от Биткойна, который уменьшил время генерации блока до ~ 2,5 минут, чтобы сделать его более ликвидным для транзакций. С этой целью, помимо других технических изменений, было увеличено общее количество монет с 21 миллиона до 84 миллионов.

По мере роста криптосообщества росли и мнения о том, какой должна быть идеальная криптовалюта. Должен ли BTC по-прежнему основываться на оригинальных идеях и реализации Сатоши в 2009 году? Или нужно адаптироваться к времени? Последнее закончилось тем, что Биткойн превратился в Bitcoin Cash, что изменило блокчейн с размера блока 1 МБ на максимальный размер блока 32 МБ. По сути, это позволяет разместить больше транзакций в каждом блоке цепочки блоков.

Когда 19-летний Виталик Бутерин не смог убедить разработчиков биткойнов внедрить программируемую криптовалюту в цепочку биткойнов, он приступил к созданию своей собственной. Теперь сеть Ethereum является второй по величине криптовалютой по размеру рынка, а также имеет ценную функцию блокчейна, а именно смарт-контракты (или программируемые деньги). Позже Фабиан Фогельстеллер, разработчик Ethereum, создал стандарт ERC-20, позволяющий практически любому создать «токен» криптовалюты, который работает поверх блокчейна Ethereum.

ERC-20 привел к притоку многих новых криптовалют в качестве первичных предложений монет (ICO). В зависимости от того, кого вы спросите, ICO либо в основном представляют собой мошенничество с очень небольшим количеством практических валют, либо, как правило, практичны с мошенническими монетами во многих случаях. Тем не менее, ERC-20 привел к созданию не менее 800 проектов на основе токенов в основной сети Ethereum, включая Tether, Binance Coin, обернутый биткойн (WBTC) и монету USD. Будущее Ethereum теперь переходит в систему Proof-of-Stake (PoS) по указанию консорциума академических и финансовых умов из Enterprise Ethereum Alliance .

Стоит ли вам быть шахтером?

Прежде чем погрузиться в мир майнинга, вы должны задать себе множество вопросов. Даже войти в игру может быть довольно дорого (учитывая глобальную нехватку графических процессоров на фоне проблем с цепочкой поставок), но даже если у вас есть запасной графический процессор, могут возникнуть другие вопросы, такие как стоимость электроэнергии. Майнинг – это чрезвычайно затратный с точки зрения вычислений процесс, который практически полностью перегрузит любой процессор или графический процессор.

Есть также выбор криптовалюты. Биткойн, например, сегодня очень сложно майнить как индивидууму из-за широкого использования майнеров ASIC. Другие монеты, такие как Ethereum и Monero, могут быть прибыльными, только если они присоединятся к пулу майнеров и поделятся мощностью майнинга. Результатом является общая прибыль, которая (хотя и меньше), скорее всего, будет получена с учетом комбинированной скорости хеширования майнинг-пула.

Чтобы принять решение, вам следует учесть многие из следующих вещей и, возможно, использовать калькулятор :

хешрейт вашей установки
вознаграждение за блок
текущая сложность майнинга
стоимость электроэнергии
потребляемая мощность (Вт)
комиссии за майнинг пул
цена криптовалюты
увеличение сложности (скорость майнеров)

Последние две точки часто наиболее изменчивы, и их труднее всего предсказать. Опять же, если прибыль вторична и вы верите в видение Сатоши о действительно распределенной одноранговой денежной системе, возможно, определение правильной монеты и ее добыча – это ваше призвание. Тем не менее, всегда имеет смысл понимать технические детали и различия криптовалют, чтобы сделать обоснованное суждение о валюте, в которую инвестируются.