Принцип майнинга криптовалют

Рассказывая, что такое майнинг криптовалюты простым языком в какой-то момент осознаёшь, что каждое из этих так называемых «простых» слов надо отдельно пояснять. Поэтому мы сначала дадим определение майнинга простыми словами (даже если это будет очень утрированное определение), потом немного конкретизируем и уточним терминологию, а потом вернёмся к каждому этапу майнинга криптовалюты и расскажем,что это такое простыми словами, когда уже станет более-менее понятным значение всех отдельных элементов процесса. А заодно узнаем, как это работает, для чего нужен майнинг и откуда берутся деньги-криптовалюта. Итак, майнинг: что это – его плюсы и минусы.

Понятие майнинга: значение каждого слова в определении

Что такое майнинг криптовалюты простыми словами в изложении для чайников? Это процесс автоматизированного вычисления определённой задачи, поставленной виртуальной системой перед компьютером пользователя. Со стороны это выглядит как последовательность следующих простых этапов:

1. Подключение к системе.

   Фактически это означает выход в интернет и установку на свой компьютер программы, которая позволяет связаться с остальными пользователями определённой одноранговой сети (то есть, такой сети, в которой все пользователи имеют равные права).Сейчас существует множество платёжных систем, в каждой из которых «ходит» своя криптовалюта – виртуальные деньги. Криптовалюта – это цифровой код, который человек (подключивший вычислительные мощности своего компьютера к системе) получает в качестве вознаграждения за автоматизированное решение задачи. Наиболее известная среди всех систем и одноимённых криптовалют – Bitcoin.

2. Получение задачи и вычисление решения.

   На этом этапе пользователь устанавливает на свой компьютер программу, которая получает задачу от платёжной системы и перенаправляет её на процессоры для поиска решения. Решение производится перебором вариантов и требует от вычислительных мощностей задействования всех ресурсов и постоянного потребления электроэнергии аппаратурой, работающей на полную мощность, поэтому технически вся процедура максимально оптимизируется. Необходимость оптимизации связана с тем, что в противном случае даже стоимость электроэнергии может превышать размер вознаграждения за решение.

3. Нахождение решения и получение вознаграждения.

   Поскольку решением задачи занимаются вычислительные мощности различных компьютеров по всему миру, вознаграждение получает тот владелец компьютера, чьи вычислительные мощности нашли решение быстрее других. Если решение в виде некоего цифрового кода принято, в пользовательский кошелёк приходит транзакция с определёнными характеристиками, которая и является криптовалютой. А владелец компьютера, получивший такой «перевод», может по праву называться майнером.

Это упрощённый ответ на вопрос, «что значит майнить?». Остановимся теперь на том, в чём суть майнинга и как устроен майниг, подробнее.

Понятие и сущность процесса

Само слово «майнинг» переводится как «добыча». Соответственно «майнер» – это добытчик. Раньше термин чаще связывался с горнодобывающей промышленностью, разработкой месторождений и добычей полезных ископаемых. Сейчас он более распространён в значении добычи виртуальных «полезных ископаемых» – криптовалют.

Знаменитый биткойн – это не единственная криптовалюта, существующая в мире, но пока самая распространённая и, вместе с одноимённой платёжной системой, – самая популярная. Её распространённость и популярность – одна из главных причин высокой конвертационной цены биткоина. Но с точки зрения майнера-одиночки криптовалюта биткоин уже не представляет первоочередного интереса, потому что её стало слишком сложно добывать.

Продолжая аналогию с горнодобывающей промышленностью, биткоины можно сравнить с золотом, которое осталось только в труднодоступных местах, и теперь для его добычи нужна очень дорогостоящая техника и сложная инфраструктура. Зато на поверхности пока ещё лежат потенциально такие же ценные «полезные ископаемые», добывать которые ещё относительно несложно и экономически целесообразно. Поэтому майнеры-одиночки переключились на добычу альтернативных биткоину криптовалют – альткоинов.

На данный момент наиболее серьёзный «конкурент» биткоину среди альткоинов – эфириум, функционирующий на одноимённой платформе Ethereum. Но с каждым годом число систем, платформ и действующих в них криптовалют растёт, сложность добычи каждой из них постоянно увеличивается, и поэтому какие криптовалюты для майнинга будут интересны «завтра» с учётом их востребованности и курса, – покажет время. Про самые перспективные из них мы подробнее расскажем в следующем разделе.

Почему же сложность вычислений увеличивается, если с каждым годом техника совершенствуется, а мощность компьютеров растёт? Для ответа на этот вопрос разберёмся, как происходит майнинг с точки зрения технологии вычисления.

Задача вычисления

Технический смысл майнинга – в расчёте хеша заголовка блока, в который, помимо прочего, входят:

• хеш набора транзакций,
• хеш заголовка предыдущего блока,
• случайное число.

Сразу проясним терминологию. Хеширование – это преобразование входящего массива цифровых данных любой длины в строку кода, имеющую фиксированную длину. Преобразование производится по определённому алгоритму, а в результате преобразования на выходе получается битовая строка, которая выглядит как набор цифр и букв латинского алфавита. Это и есть хеш – результат преобразования.

Принцип майнинга криптовалют в том, чтобы получить значение хеша, меньшее, чем текущая цель. То есть, автоматически подбирается такое значение Nonce, которое не превысит заданное значение числа таргета (DifficultyTarget). Это число – Difficulty Target – целевой уровень сложности. Оно не постоянно и в системе Биткойн, например, это число пересчитывается с интервалом в 2016 блоков, что происходит приблизительно каждые две недели.

Слово «пересчитывается» означает, что этот целевой уровень сложности либо уменьшается, либо увеличивается так, чтобы поддерживать средние затраты времени на генерацию одного блока. Уровень средних затрат времени должен составлять 10 минут (соответственно, для 2016-ти блоков – 20160 минут). Этот пересчёт даёт стабильное время генерации независимо от совокупных вычислительных мощностей майнеров:

1. Если блоки начинают формироваться быстрее, после пересчёта сложность корректирующим образом увеличивается (то есть, уменьшается числовое значение параметра, который нельзя превышать).
2. Если блоки начинают формироваться медленнее, то, спустя приблизительно 10 минут, пересчёт снизит уровень сложности и упростит задачу.

Чем больше вычислительные мощности какого-либо соло-майнера в сети, тем пропорционально выше добытый им объём криптовалют. То есть, вероятность получения майнером вознаграждения за результат вычисления в любой 10-минутный период времени прямо пропорциональна доле вычислительных мощностей майнера в общей мощности всей сети. Понятно, что при прочих равных, в условиях постоянно растущей вычислительной мощности сети вероятность нахождения решения соло-майнером уменьшается. Поэтому майнеры объединяются в пулы, то есть объединяют свои вычислительные мощности.

Вознаграждение

За каждое решение задачи вычисления майнеру приходит вознаграждение – транзакция с его адресом в качестве получателя, но без адреса отправителя. Первая транзакция блока – это всегда автоматически сформированная транзакция, передающая вознаграждение за создание блока. Например, вознаграждение в сети Биткоин – это заранее заданная и регламентированная алгоритмом убывающая прогрессия:

• Первые 210 тысяч блоков (они были сформированы с января 2009 года по ноябрь 2012) вознаграждались по 50 биткоинов за блок.
• Вторая «порция» из 210 тысяч блоков (сформированы с ноября 2012 по июль 2016) вознаграждались по 25 биткоинов за блок.
• Третьи 210 тысяч будут сформированы к 2020 году, но пока этого не произошло, цена за блок будет составлять 12,5 биткоинов и т.д.

К 2031 году вознаграждение за создание нового блока будет менее 1 биткоина. Эмиссия должна полностью остановиться к 2140 году, когда вознаграждение «упрётся» в размер минимальной величины дробления – сатоши.

Почему, говоря о вознаграждении за добычу криптовалюты, или майнинг, мы, в первую очередь, упоминаем биткоин (BTC)?

• Во-первых, на примере BTC хорошо видно, как уменьшение размера вознаграждения за добытый блок с лихвой компенсируется стремительно растущим курсом криптовалюты.
• Во-вторых, среди всех криптовалют именно биткоин вызывает наибольший интерес у начинающих майнеров как криптоденьги, доказавшие (по крайней мере, до сих пор доказывавшие) свою рентабельность.
• В-третьих, ситуация с системой Биткоин и одноимённой криптовалютой напрямую влияет на перспективы других систем и криптовалют: если биткоин «обвалится», это сильно повлияет и на востребованность остальных криптоденег, для нормального функционирования которых нужна разветвлённая сеть и доверительная поддержка клиентов, увеличивающих цену монет увеличением спроса на них.

Однако именно рентабельность добычи биткоина для соло-майнеров стала проблемой. Причём, если в 2012-13 годах эта проблема решалась приобретением более производительного оборудования, сейчас, с общим многократным увеличением мощности сети, только таким способом проблему уже не решить. Выход находят в комбинации различных видов и направлений майнинга.

Направления и виды майнинга

Все способы добычи криптовалюты можно условно разделить на следующие виды майнинга:

1. Самостоятельная добыча криптовалют (соло-майнинг) путём организации майнинговых ферм.
2. Использование арендованных вычислительных мощностей – облачная добыча.
3. Процесс майнинга с объединением вычислительных мощностей нескольких участников в составе пулов.

Разделение это условно, поскольку майнинговые фермы могут работать как на самостоятельную добычу, так и входить в состав пула. А разросшиеся до целых фабрик майнинговые фермы могут предоставлять услуги аренды своих мощностей другим участникам системы. Ниже рассмотрим плюсы и минусы майнинга в разных форматах.

Майнинговые фермы

Для того чтобы рентабельно производить вычисления в системе, нужно, чтобы соотношение вычислительных мощностей майнера и суммы вычислительных мощностей всей сети не делали вероятность решения задачи майнером ускользающе малой. В первые месяцы развития сети Биткойн майнерам для расчётов могло хватить и мощности центрального процессора компьютера. В интерфейсе программы даже была кнопка, позволяющей запускать вычислительный процесс простым нажатием.

Минус такого использования центрального процессора был в том, что вся его производительность расходовалось на перебор вариантов решения. Кроме того, при постоянной работе «в полную силу» он быстро выходил из строя. А поскольку особенность перебора хешей допускала эффективное распараллеливание вычислений, на следующем этапе эволюции темы майнить криптовалюту начали с помощью многопоточных графических процессоров видеокарт, которые были к тому же в сотни раз производительнее центрального процессора.

Для того чтобы создать работающую ферму, помимо программы-майнера, которая бы обрабатывала и направляла входящий и выходящий поток, нужны были мощные видеокарты и блоки питания, а также соответствующие требованиям материнская плата, оперативная память, жёсткий диск (от бесполезных мониторов в целях экономии на фермах отказывались). Процесс постоянной работы видеокарт (даже с учётом того, что в целях стабилизации процесса их чаще не разгоняли на полную мощность) сопровождался высокой теплоотдачей и шумом. Чтобы обеспечить максимальную вентиляцию и охлаждение аппаратуры видеокарты стали комплектовать по 4-6 штук на каркасы без стенок, оставляя достаточно места для циркуляции воздуха, а в помещении стремились создать более низкую температуру.

Одновременно с этим производители аппаратуры начали выпускать специализированные процессоры для майнинга, делая более «холодную», менее шумную, и при этом максимально производительную технику. В результате на смену видеокартам пришли более дорогие, но и более рентабельные интегральные схемы. Так, например, для вычисления хешей биткинов наиболее продуктивным решением стал специализированный процессор ASIC.

На базе ASIC стали создаваться целые фабрики, в которых собирались тысячи процессоров, ориентированных на добычу биткоинов. Но как для фабрик, так и для соло-майнеров оставалась проблема соотнесения получаемого дохода со стоимостью аппаратуры и потребляемой электроэнергии. Даже многомиллионные майнинговые центры с мультидоходом чаще всего возводились на территориях с естественным избытком электроэнергии и низкой температурой воздуха. Соло-майнеры тем более должны были соотносить сложность получения вознаграждения с затраченными на это ресурсами (стоимостью электричества и дорогих видеокарт и процессоров). В результате значительная часть майнеров переключились на добычу альткоинов.

Сегодня рентабельность майнинговых ферм зависит от целого ряда параметров:

• стоимости специализированного оборудования и электроэнергии,
• сложности вычислений в конкретной крипто-сети (объёма совокупных мощностей и криптоалгоритма: SHA-256, Scrypt, Scrypt-n, X11, X13, X15, CryptoNight, Ethash, Equihash).
• курса выбранной криптовалюты и её перспектив.

Так, например, считается, что добычу Zcash эффективнее производить с помощью видеокарт Nvidia, а добычу Ethereum – картами AMD.

Сейчас сложилась ситуация, при которой некоторые криптовалюты добывать относительно просто, но из-за недостаточного развития сети и востребованности, стоят они дёшево и серьёзную отдачу начнут давать, когда (и если) их курс вырастет вслед за курсом биткоина. Среди «догоняющих» биткоин криптовалют можно назвать следующие:

• Ethereum – это созданная в 2015 году система онлайн-сервисов (куда входит и платёжная система) на Blockchain. «Эфир» построен на алгоритме Ethash (Daggerhashimoto), который считается улучшенным вариантом SHA-256, лежащим в основе Bitcoin.
• Monero – криптовалюта, не имеющая ограничений по эмиссии, которая построена так, что после первоначального выпуска 18,4 млн каждые две минуты добывается 0,6 монеро. При низких энергозатратах требует больших ресурсов оперативной памяти.
• Dash (предыдущие названия Xcoin и Darkcoin) – крипотосистема основана на работе нескольких алгоритмов (X11, X13, X15), и добыча криптовалюты считается менее энергозатратной и наиболее оптимальной по соотношению затрат на добычу и скорости добычи. Курс этой криптовалюты не такой высокий, как у биткоина, но в конце 2017 года он колебался в пределах 750-950 долларов.
• Zcash – эмиссия этой криптовалюты ограничена 21 миллионами (как и в системе Биткойн), но это более молодые криптоденьги (система представлена в начале 2016 года), и пока ещё добыча Zcashна домашних фермах считается рентабельной.

Чтобы не вкладываться в дорогостоящее оборудование, учитывая требования к технической подготовке майнера, многие начинающие добытчики, выбирают более простой и дешёвый путь – арендуют мощности в интернете.

Облачный майнинг

Концепция облачных вычислений появилась в 2006 году, но с тех пор объём виртуальных мощностей увеличился в тысячи раз. Для начинающего майнера облачная добыча удобна тем, что «стартовать» можно с незначительных сумм (порядка 100-200 долларов), покупая некий объём вычислительных ресурсов. Кроме того, не надо следить за состоянием оборудования, обновлениями софта и обеспечением работы.

Окупаемость такого способа заработка зависит от перспектив выбранных для добычи валют. Расчётный период окупаемости в момент «захода» может составлять и год-полтора. Однако, если валюта стремительно начинает расти в цене, вложения могут отбиться и за 1-2 месяца.

Важно внимательно отнестись к выбору ресурса, который предоставляет услуги облачного майнинга. По оценкам некоторых специалистов, некоторые компании, которые заявляют себя в этом качестве, на самом деле не располагают достаточными мощностями для проведения данной деятельности.

Пулы

Для объединения мощностей отдельных майнеров и для получения более предсказуемого и равномерного результата добычи майнеры объединяются в пулы, используя для этого соответствующие веб-службы. В результате вычисления распараллеливаются, а вероятность достижения цели пуломв целом – увеличивается. Все мощности пула действуют в платёжной системе как соло-майнер, но распределения вознаграждения отдельным майнерам внутри пула зависит от условий организатора пула. Так наиболее распространены три алгоритма начисления вознаграждения в пулах (кроме того, у каждого из них есть свои варианты):

1. Вознаграждение за найденный блок разделяется пропорционально мощностям каждого участника.
2. Вознаграждение за каждый присланный shares – блок с хешем, который засчитался бы при сложности, равной единице. Награда рассчитывается как объём вознаграждения, разделённое на текущую сложность.
3. Вознаграждение за shares, формат вознаграждения за который определяется организатором пула.

Наибольшие пулы для майнинга биткоинов находятся на территории Китая, но им немногим уступает пул компании BitFury, которая сама и производит майнинговые чипы.

Нелегально для генерации криптовалют нередко используется скрытый майнинг – когда ресурсы чужих компьютеров начинают работать на решение вычислительных задач без ведома их владельцев. Чтобы запустить программу для майнинга на чужом компьютере, её присоединяют к рассылаемым вирусам или, в более легальном варианте, предлагают установить в качестве дополнения при установке (обновлении) основной программы. Таким дополнением, например, считается программаEpicScale, которая идёт довеском к торрент-клиентуμTorrent, начиная с версии 3.4.2build 28913. Кроме того, программные компоненты для скрытого майнинга были обнаружены в дополнениях к браузерам и на нескольких популярных сайтах, «втягивающих» в процесс своих посетителей.

Автор статьи: Κирилл Τретьяков