Алгоритм майнинга Эфириума (Ethereum) — принцип работы и важные нюансы

Прежде всего, алгоритм Ethash предназначен для майнинга крипты Ethereum. Работает он на базе PoW — последнем варианте другого алгоритма Dagger-Hashimoto.
Сама расшифровка Proof of Work указывает, что пользователи стараются найти такое решение, которое при попытках хеширования будет выдавать значение ниже предварительно определенного порога. Так, криптографические параметры хеш-функции делают крайне затруднительным обратное вычисление «nonce», подходящего пот требования целевого порога – оставалось бы подыскивать возможные варианты в ручном режиме.

Алгоритм Dagger-Hashimoto был создан в результате объединения 2 других алгоритмов: Dagger, автором которого стал один из сооснователей «эфира», и Hashimoto Thaddeus Dryja. Целью объединения было утяжеление майнинга для ASIC-оборудования при одновременной облегченной проверки и возможности нормального хранения в цепочке. Отметим, что такое затруднение майнинга позволило бы пользователям в условиях недостаточного капитала для приобретения устройства нормально добывать крипту.

Обзор алгоритма Ethash

В этой статье я расскажу про алгоритм Ethash, который используется для майнинга различных криптовалют, но главная из них это, конечно, Ethereum. Ethash — это Proof of Work (PoW) алгоритм, который является последней версией алгоритма Dagger-Hashimoto, хотя его больше нельзя назвать таковым, так как многие из исходных функций обоих алгоритмов были кардинально изменены.
Термин Proof of Work означает, что майнеры ищут решение (“nonce” или одноразовый номер), которое при хешировании выдаст значение меньше целевого порога, который предварительно задан. Из-за криптографического характера хеш-функции практически невозможно обратное вычисление одноразового номера (“nonce”), удовлетворяющего целевому пороговому пределу. Только если вручную перебирать все возможные варианты.

Алгоритм Dagger-Hashimoto был придуман путем соединения алгоритма Dagger — Виталика Бутерина (одного из основателей Ethereum) и алгоритма Hashimoto Thaddeus Dryja. Он создавался, для того чтобы затруднить майнинг для ASIC-оборудования (Application Specific Integrated Circuits), а также для того, чтобы была легкая проверка и полное хранение в цепочке.

Затруднение майнинга для ASIC-оборудования необходимо, чтобы дать возможность добывать монеты пользователям, у которых нет достаточного объема капитала для покупки таких устройств.

Многие знают, что в данный момент майнинг монет Bitcoin невозможен даже на очень мощном компьютере. Это вызвано тем, что существует большое количество майнинговых ферм, состоящих из ASIC-оборудования, и имеющие гораздо большие вычислительные мощности чем любой персональный компьютер. Именно этой ситуации старались избежать разработчики алгоритма Dagger-Hashimoto и, соответственно, Ethash.

Что же такое ASIC-устройство? Это специальное оборудование, которое создается на основе интегральных схем, специально разработанных для майнинга монет. Мощность такого устройства сравнима с общей мощностью нескольких самых продвинутых видеокарт, однако при этом энергопотребление значительно ниже.

Создание больших ферм на ASIC-оборудовании негативно влияет на блокчейн, так как значительно уменьшает уровень децентрализации. А децентрализация необходима для надежности криптовалюты. С помощью равномерной рассредоточенности узлов блокчейна и многократному дублированию файлов платформы, получается создать систему, которая будет невосприимчива к блокировке, удалению, изменению и хакерским атакам.

В итоге, появление ASIC-устройств вынудило пользователей, у которых нет достаточного капитала для их покупки, перестать майнить Bitcoin. По прогнозам некоторых аналитиков, в скором времени Bitcoin будут майнить только крупные ASIC-фермы, что приведет к централизации.

Как уже было сказано выше, алгоритм Ethash создавался с целью предотвратить появление ASIC-устройств для майнинга на этом алгоритме. Но в начале 2022 года компания Bitmain анонсировала выпуск первых ASIC-устройств для Ethash. Однако Ethereum решительно выступил против перспективы доминирования этих устройств в их сети, что привело к разговору о “брикетировании” этого оборудования. Брикетирование это технологическое обновление сети, которое делает аппаратное обеспечение бесполезным или даже сломанным, если оно подключено к сети. Из-за этого майнеры на таком оборудование были вынуждены скрыть свое присутствие и снизить мощность хеширования своих устройств. Также план Ethereum по переходу на технологию PoW/PoS (гибрид Proof of Work и Proof of Stake) c просто PoW делает разработку ASIC устройств для Ethash очень рискованным для производителей.

Выводы

Последовательные выборки DAG страниц в алгоритме хеширования Ethash достигают пределов пропускной способности памяти современного аппаратного обеспечения.

В данный момент ограничен их теоретический максимальный хэшрейт.

Какими мы увидим будущие майнеры Эфириума? Они, вероятно, не будут основаны на ASIC или FPGA. Скорее всего, они будут основаны на готовых чипах (мобильных GPU или VPU), а не на форм-факторе традиционной видеокарты, который мы так привыкли видеть в современных компьютерах потому, что мобильных GPU или VPU более заточены под пропускную способность памяти.

Одна заключительная оговорка: Каспер

Эта статья написана о текущем протоколе Ethash, основанном на Proof-of-Work, который используется для майнинга Ethereum. В системах на основе Proof-of-Work, подобных этой, майнеры выполняют значительные объемы вычислений для нахождения новых блоков, и получают денежные вознаграждения.

Как только сеть Ethereum перейдет на систему Proof-of-Stake (предположительно после 2022 года с фазой Ethereum 2.0 или Serenity), денежные вознаграждения будут предоставлены держателям валюты Ethereum, а не майнерам, что, вероятно, сделает добычу Эфириума устаревшей.

Когда этот переход произойдет, пока неясно, ожидается, что первая фаза будет запущена уже 3 января 2022 года.

Вы можете прочитать больше о первой, подготовительной фазе Ethereum 2.0 или Serenity.

Принцип работы алгоритма Ethash

В основе Ethash лежит особый граф, состоящий из последовательных узлов. Граф можно представить в виде своеобразного дерева, обладающего большим числом ответвлений. Эта особенность заметно усложняет создание ASIC-устройств для работы с этим алгоритмом. Поэтому для майнинга монет, основанных на Ethash, можно применять лишь видеокарты.

В начале процесса майнинга на память видеокарт загружается специальный DAG файл. Размер этого файла постоянно увеличивается и чем больше существует криптовалюта, тем размер большое. Поэтому необходимо помнить, что чем объемнее DAG файл, тем более мощная видеокарта нужна для добычи этой криптовалюты.

Размер DAG-файла увеличивается каждый раз, когда создаются новые 30000 блоков. На данный момент размер DAG файла для Ethereum около 3,5 Гб. Это означает, что скоро видеокарты на 4 Гб не смогут заниматься майнингом этой монеты. Еще более печальная ситуация была у Ethereum classic, когда размер DAG приблизился к 3,96 Гб. В тот момент было принято решения уменьшить размер файла до ~2,5 Гб. Это было необходимо сделать, так как большая часть майнеров использовала видеокарты на 4 Гб и, соответственно, они бы не смогли майнить, что привело бы к централизации майнинга у крупных игроков и уменьшению надежности криптовалюты.

Теперь перейду к описанию алгоритма хэширования Ethash:

Процесс состоит из 6 основных этапов:

1. На вход алгоритму подается препроцессированый заголовок, полученный из последнего блока и “nonce”. “Nonce” число, выбранное случайным или псевдослучайным образом. Это подается на SHA-3 подобную функцию, которая создает 128 байтный микс.
2. Далее этот микс используется для того, чтобы определить какую 128-байтную страницу из DAG нужно извлечь.
3. Полученная страница сочетается с миксом с помощью специальной функции смешивания
4. 2 и 3 шаг повторяется 64 раза
5. Полученный в итоге микс обрабатывается для получения более короткого 32-байтного дайджест микса.
6. В конце дайджест микс сравнивается с целевым порогом. Если дайджест микс меньше или равен порогу, то “nonce” считается успешным и транслируется в сеть Ethereum. Если же дайджест микс больше порога, то выбирается новый “nonce” путем рандомного выбора или прибавлением единицы к старому “nonce”. И потом алгоритм перезапускается с новым значением “nonce”.

Какой алгоритм используется в Ethereum?

Настало время поговорить о том, на каком алгоритме майнится Эфириум. Алгоритм шифрования Ethereum первое время носил имя DaggerHashimoto и очень напоминал собой алгоритм скрипт. Однако сам его механизм хеширования обладал существенным отличием от предшественника, так как создавал целый граф (дерево с большим количеством ответвлений) последовательных узлов. Эта система ещё более усложняла процесс расшифровки и делала практически невозможным случайный подбор значений. В последствии в алгоритм DaggerHashimoto были внесены некоторые улучшения и проведен ребрендинг, в результате которого он был переименован в Ethash.

Ethash славится своей любовью к видеокартам компании AMD, особенно к архитектуре последнего поколения Polaris. Кроме того, если вы решите майнить эфир на видеокарте, то позаботьтесь о том, чтобы у нее было хотя бы четыре гигабайта видеопамяти, так как в связи с особенностями алгоритма при каждом повышение сложности системы возрастают и требования к памяти устройства. Такой подход практически исключает актуальность ASIC-майнеров и обеспечивает высокую степень децентрализации криптовалюты. Также довольно неплохие результаты в майнинге Эфира демонстрирует последняя линейка видеокарт Nvidia под кодовым названием Pascal. По сути, требования для них аналогичны, что и для карт AMD, разница заключается только в настройке.

Майнинг с помощью алгоритма Ethash

Майнинг на алгоритме Ethash можно производить как на CPU, так и на GPU. Однако, майнинг на CPU практически не приносит прибыли, так как GPU гораздо эффективнее. Также я упоминал про майнинг на ASIC-устройствах и FPGA, которые в настоящее время способны к интеллектуальному анализу Ethash, однако они неэффективны по сравнению с графическими процессорами и не приветствуются как сообществом, так и разработчиками. Поэтому наиболее выгодным является майнинг на GPU.

Ethash занимает мало памяти, однако требует не менее 2-3 ГБ ОЗУ на каждый используемый графический процессор. GPU от компании AMD обычно показывают лучшие результаты, чем GPU от компании Nvidia. Для того чтобы начать майнить, необходимо скачать специальную программу, например Ethminer.

Майнинг в пуле также очень популярный способ добычи криптовалют. Он позволяет людям с низкими вычислительными мощностями участвовать в майнинге и получать с этого какую то прибыль. За это создатели пулов берут какой-то процент, обычно в районе 1-2% от дохода.

Далее сравним основные способы майнинга:

Способ	Суть	Минусы	Плюсы
Самостоятельный майнинг	Майнер приобретает оборудование самостоятельно	1. Затраты на видеокарты 2. Шум от оборудования 3. Самостоятельный сбор и настройка фермы 4. Затраты на электроэнергию 5. Риск поломки оборудования Читайте также:  МСФО № 33 Прибыль на акцию - особенности применения	Майнер получает все деньги
Майнинг через пул	Майнер приобретает оборудование самостоятельно и подключается к пулу	1. Затраты на видеокарты 2. Шум от оборудования 3. Самостоятельный сбор и настройка фермы 4. Затраты на электроэнергию 5. Риск поломки оборудования	Есть разные схему распределения прибыли, однако чаще всего это выгоднее чем самостоятельный майнинг
Облачный майнинг	Майнер арендует вычислительные мощности	1. Плата за аренду	Нет минусов связанных с покупкой, настройкой и обслуживанием оборудования.

Ethash: что это за папка?

Исходя из общепринятого описания этого объекта, он предназначен для хранения данных, которые использует майнер криптовалют в виде платформы Ethereum. Майнер представляет собой средство зарабатывания денег. Из огромного количества комбинаций он должен подобрать единственно правильный хэш, после чего владельцу начисляется премия в размере 25 биткоинов.

Папка Ethash в Windows, как правило, находится в пользовательской локации (основной каталог AppData, директория Local). Обычно в ней имеется несколько файлов, названия которых начинаются с «full-». Размер каждого объекта составляет порядка 1,0-1,5 Гб.

Монеты на основе алгоритма Ethash

В настоящее время алгоритм Ethash используется во многих криптовалютах. Но самым популярными из них являются:

1. Ethereum
2. Ethereum Classic
3. Expanse
4. Ubiq

Далее мы более подробно рассмотрим каждую из них:

1. Ethereum. Это вторая по популярности криптовалюта после Bitcoin. Ее капитализация составляет 67,5 млрд $, что сопоставимо с капитализацией Газпрома. Одним из основателей является выходец из Коломны Виталик Бутерин. Эта платформа позволяет создавать собственные токены, создавать и применять умные контракты и собственные децентрализованные онлайн сервисы и приложения.
2. Ethereum Classic. Эта криптовалюта появилась в результате несогласия некоторых пользователей с хард-форком оригинального Ethereum. Он произошел из-за того, что один хакер нашел уязвимость и воспользовался ею, чтобы украсть около 50 млн $. Разработчики в свою очередь выпустили обновление, убирающее эту уязвимость, а также позволившее вернуть украденные деньги владельцам. Часть людей посчитало, что злоумышленник не нарушал никаких правил. А так как платформа является децентрализованной, то никто не имеет право вносить в нее изменения. И поэтому они высказались против обновления. И в итоге это привело к созданию Ethereum Classic.
3. Expanse. Появление этой криптовалюты произошло в 2015 году из-за форка Ethereum. Эта криптовалюта является платежным средством на децентрализованной платформе Expanse Tech, которая создавалась для создания онлайн сервисов. Эта криптовалюта уникальна тем, что все решения о развитие сети принимаются только участниками путем голосования. Если большинство решит, что обновление плохое, то его отменят.
4. Ubiq. Эта криптовалюта появилась в результате очередного форка Ethereum в 2022 году. Команда разработчиков совершенствует исходный код для того, чтобы криптовалюта обладала более высоким уровнем гибкости и надежности, по сравнению с Ethereum. Платформа была создана для того, чтобы создать среду защищенную от форков для частного использования, так и для бизнеса. Однако у многих аналитиков есть сомнения в полезности этой криптовалюты, так как она не несет в себе ничего нового.

Expanse

стоимость: $2.31; капитализация: $18 279 193; торгуется на биржах: Bittrex, Poloniex, Cryptopia, LiteBit.eu, Bleutrade, YoBit; Официальный сайт; Facebook; Твиттер; Github;

Expanse — это открытая блокчейн платформа, которая позволяет создавать и использовать децентрализованные приложения, работающие на этой технологии. Как и биткоин, никто эту валюту никто не контролирует — это проект с открытым исходным кодом, созданный многими людьми по всему миру. Но в отличие от протокола биткоинов, Expanse был разработан, чтобы быть более гибким.

Вирус ли это?

Это вкратце о директории Ethash. Что это за папка, немного понятно. Теперь самый главный вопрос, на который предстоит дать ответ: «Вирус это или нет?». Многие пользователи действительно склоняются к мысли, что это вирус-червь, аналитики утверждают обратное. Правы и те, и другие.

Если у пользователя на компьютере установлен майнер, папка Ethash Windows-систем создается автоматически, и она жизненно необходима для работы основного приложения. А вот когда майнер на пользовательский компьютер устанавливается самопроизвольно, а пользователь об этом даже не догадывается, разумеется, и сам майнер, и все его сопутствующие компоненты можно классифицировать как некую разновидность вирусных угроз.

Что такое хэшрейт

Слово «hashrate» используется для обозначения единиц измерения мощности устройств, которые применяются для добычи криптовалюты. Чем выше хэшрейт, тем мощнее оборудование. Сейчас есть большой выбор техники, созданной специально для расшифровки хэша. Одним из самых известных примеров являются Asic-майнеры.

В случае с майнингом под мощностью нужно понимать скорость решения криптографической задачи. Чтобы решить одну задачу, нужно выполнить тысячи отдельных мелких операций. Цифра хешрейта показывает, сколько таких вычислительных действий в секунду может произвести оборудование для майнинга.

Подключение вычислительных мощностей разных пользователей необходимо для поддержания стабильной работы блокчейна, и при использовании техники с высоким хэшрейтом шансы на успешную добычу блока ощутимо возрастают. За каждый такой блок майнер получает вознаграждение в виде криптовалюты того блокчейна, с которым он работает.

Уже запущено немало блокчейнов с механизмом добычи блоков на основе алгоритма POW – доказательства выполненной работы. При этом уровень сложности криптографических задач у разных цепочек блоков может сильно отличаться.

Например:

• для добычи блока в сети биткоина требуется вычислительная мощность на уровне 203 EH/s;
• хешрейт Doge составляет 347.883 TH/s;
• у криптовалюты ZEC этот показатель находится на уровне 6.94 GH/s.

То есть для майнинга биткоина нужно самое мощное оборудование. В случае с ZEC подойдет техника попроще.

Зная точную вычислительную мощность асика/видеокарты, можно посчитать, сколько получится добыть отдельной криптовалюты за день, неделю или месяц. Без точных цифр по хешрейту техники и блокчейна спрогнозировать прибыль не получится.

Одним из популярных решений для увеличения скорости майнинга являются пулы. Так называют группы майнеров, которые объединяют свои вычислительные мощности для более быстрого решения криптографических задач разных блокчейнов.

Как работают облачные фермы для майнинга

Компания, которая открывает удаленный дата-центр для облачного майнинга, должна пройти несколько важных этапов:

1. Закупка техники для майнинга: видеокарты, процессоры, системы охлаждения, блоки питания и т.д.
2. Создание криптоферм. Каждая ферма может состоять из нескольких подключенных единиц техники для майнинга, и ее работа контролируется специальным ПО. Правильную установку могут выполнить только опытные специалисты.
3. Запуск добычи цифровой валюты. Компания может предлагать майнить различные виды монет в зависимости от особенностей фермы.
4. Создание сайта, через который компания предлагает арендовать мощности своих ферм. Обычно клиентам доступно несколько контрактов на выбор. Их стоимость зависит от хешрейта – скорости добычи.
5. Майнеры покупают контракт на аренду мощности. Взамен они получают процент от добытых монет. Чем дороже тариф, тем выше доходность.
6. Компания получает выручку в виде комиссий за аренду мощности. Часть суммы уходит на обслуживание фермы и зарплату персоналу. Оставшиеся деньги – это чистая прибыль.

В итоге все остаются в плюсе. Майнеры получают свою цифровую валюту, а облачные сервисы – прибыль от сдачи мощности в аренду.

Какой уровень хэшрейта считается хорошим

Майнеры заинтересованы в том, чтобы блокчейн, с которым они работают, был максимально надежен. В этом случае чем выше хешрейт, тем лучше.

Если для добычи блока нужно подключать значительные вычислительные мощности, то взлом системы становится очень сложной задачей. Для этого потребуется получить контроль над 51% мощности сети. То есть чтобы преодолеть защиту биткоина, придется потратить огромную сумму денег. При этом сам майнинг надежной криптовалюты будет дорогим из-за расходов на оборудование и электроэнергию.

Если речь идет о долгосрочных планах по добыче цифровых монет, то выбирать нужно такие сети, у которых хешрейт высокий и постоянно растет. Например, за 2020—2021 годы хешрейт биткоина вырос на 49%.

Выгодный уровень вычислительной мощности

Для майнеров с небольшим стартовым капиталом лучшим вариантом будут сети с умеренной сложностью. В этом случае их шансы на добычу блока выше, чем при работе с «тяжелыми» блокчейнами.

Уровень надежности сетей с умеренным хешрейтом ниже, но зато майнер сможет получить прибыль. А когда появятся более серьезные средства, можно перейти к блокчейнам с высокой конкуренцией за добычу блока.

Внимание нужно обращать и на размер вознаграждения за добытый блок. У разных сетей он может сильно различаться. Плюс многие проекты (по примеру биткоина) периодически производят «уполовинивание» (халвинг) вознаграждения. С каждым халвингом эффективность хешрейта оборудования снижается вдвое.

В итоге самым выгодным вариантом для майнеров-одиночек являются сети с умеренным уровнем хешрейта, хорошим вознаграждением и монетой, имеющей потенциал роста. Майнить актив без явных перспектив повышения его котировок тоже бессмысленно.

Важно не забывать о расходах на электроэнергию. Некоторые асики могут потреблять заметные объемы. Итоговая сумма заработка может ощутимо уменьшится, если одновременно работает несколько единиц техники с высоким хешрейтом. По этой причине есть смысл потратить время на подбор техники с низким энергопотреблением.

Определять прибыльность майнинга удобно при помощи специальных калькуляторов. В них можно внести цену за электричество, модель видеокарты/асика и количество единиц техники. В итоге сервис выдает точные цифры потенциальной прибыли.

Существуют также специальные сайты для определения доходности видеокарт по моделям.

Подобные сервисы можно найти и для оценки потенциальной прибыли асиков.

Если майнинг будет производиться через пул, то нужно учитывать размер комиссии и количество доступных для добычи криптовалют. Например, Binance Smart Pool позволяет добывать Bitcoin, Bitcoin Cash и Bitcoin SV.