Сложность добычи Биткоинов – график роста и особенности

Сложность сети Bitcoin: что это

Все сведения о транзакциях биткоинов с момента запуска системы хранятся в открытом реестре — blockchain (цепочке блоков). Для защиты от ложных записей блоки данных имеют цифровую подпись (хеш), расчет которого требует больших вычислительных мощностей. Этой работой заняты компьютеры майнеров, которые получают за нахождение валидной подписи блока 12,5 BTC. Эта сумма эмитируется блокчейном как плата за поддержание работы сети. Алгоритм добычи биткоинов контролирует скорость нахождения хешей таким образом, чтобы в среднем было закрыто 6 блоков в час. Это делается путем регулировки сложности расчетов хешей.

Сложность биткоина, график которой публикуется на официальном сайте и специализированных ресурсах, представляет собой совокупность математических вычислений, необходимых для расчета хешей. Чем выше это показатель, тем более мощное оборудование требуется для своевременного закрытия блока.

Регулировка скорости добычи (эмиссии) BTC выполняется в автоматическом режиме. После закрытия 2020 блоков анализируется среднее время на нахождение одного хеша. Если оно превышает 10 минут, трудоемкость расчетов уменьшается, иначе — увеличивается. Благодаря такому подходу эмиссия bitcoin производится в строгом соответствии с графиком, заложенным Сатоши Накамото, разработавшим концепцию криптовалюты. Независимо от производительности и количество задействованного оборудования, каждый час закрывается ровно 6 блоков транзакций. В результате не происходит неконтролируемой эмиссии и падения стоимости монет.

1) SHA-256 — предназначение и особенности

Алгоритмы для майнинга бывают простыми и сложными. SHA-256 предназначен, чтобы добывать монеты биткоина. Он считается самым известным среди других, а также одним из самых старых. Если говорить простым языком, то он представляет собой набор чисел и цифр, которые необходимо выстроить по определенному принципу. После этого блок считается законченным, что дает исполнителю вознаграждение в виде монет биткоина. Для этого используется хэширование.

Когда алгоритмов для майнинга было не много, а также они были простыми, то владельцы обычных персональных ПК могли осуществлять эффективную добычу крипто монет. Для этого достаточно было иметь мощный процессор. Если на начальных этапах массового майнинга главную роль играли видеокарты, то в настоящее время на первый план выходит аппаратная техника — FPGA.

Хэш-алгоритм работал стабильно, что позволяло «добытчикам» извлекать выгоду. Однако традиционный метод стал менее популярным среди пользователей, так как были разработаны асики, которые предназначаются для работы с SHA-256. Нововведение позволило извлекать монеты более эффективно, что не входило в планы разработчиков системы. Майнинг-алгоритм оказался с изъяном, что побудило разработчиков к созданию более сложных аналогов.

Этапы роста

В добыче биткоинов участвуют как крупные фермы с тысячами мощными ASIC так и энтузиасты-одиночки с одним или несколькими устройствами для добычи. Совокупная вычислительная мощность сети демонстрирует положительную динамику. Краткая история эволюции майнинга включает три этапа:

• Майнинг на процессоре. Сразу после запуска сети расчетом хешей были заняты процессоры ПК. Этот период закончился как только начала расти популярность и курс биткоина.
• Добыча на видеокартах. Для увеличения хешрейта и уменьшения энергопотребления майнеры стали использовать видеокарты. Это сильно подняло общую производительность сети и стало причиной роста сложности добычи биткоин.
• Применение ASIC. Компании, специализирующиеся на разработке и производстве микроэлектроники, создали интегральные схемы, смонтированные на одной плате. Их архитектура и ПО спроектированы специально для поиска хешей. Это помогло в десятки и даже сотни раз поднять энергоэффективность и хешрейт. Что привело к еще большему увеличению сложности и вытеснению из сети биткоин ферм на видеокартах.

Второй и третий этапы можно отследить на графике изменения сложности биткоина — использование более мощной техники заставило алгоритм снова и снова увеличивать трудоемкость вычислений хешей. Но это не единственная причина роста.

Scrypt-Jane

Описание алгоритмов криптовалют мы хотим закончить на довольно интересном алгоритме под названием Scrypt-Jane. Особенностью данного алгоритма является наличие сразу трёх механизмов шифрования, названных в честь латиноамериканских танцев – Salsa20, ChaCha20 и Salsa6420/8.
Главной задачей функции Salsa20 является приём 192-байтной строки и преобразование её в 64-байтную строку. Другими словами, функция сжимает строку до состояния 64-байтной, хотя она, по сути, таковой не является, то есть, она может быть длиннее данного размера, но с 192-байтной строкой уже не сравняется. Происходит это не в последнюю очередь благодаря внутреннему алгоритму сжатия под красивым названием Rumba20.

Вторая функция ChaCha20 во многом схожа с предыдущей и также представляет собой потоковый шифр. Но также она предлагает дополнительные возможности, как, например, дополнительная устойчивость к криптоанализу или улучшенное перемешивание информации на каждый раунд. То есть, при майнинге с данной функцией при использовании алгоритма Scrypt-Jane вы можете заметить, что каждый раунд имеет разную длину. И хотя на данный процесс влияют множество факторов, основная заслуга в этом лежит на плечах ChaCha20.

Последняя функция Salsa6420/8 является, по сути, улучшенной версией функции Salsa20 и позволяет работать с гораздо более высокобайтными блоками информации.

По функционированию Scrypt-Jane очень напоминает Scrypt-n и имеет аналогичные с ним особенности в плане усложнения нахождения блоков и увеличении потребляемой памяти, но является ещё более сложной системой. Основной задачей внедрения данного алгоритма было вернуть часть майнинга на центральные процессоры. И следует сказать, что частично данную задачу выполнить все же удалось. Майнинг Scrypt-Jane на видеокартах не приносит столь же большой выгоды, как на других алгоритмах, а процессоры более не выглядят абсолютно бесполезными.

Факторы увеличения сложности майнинга

Алгоритм, управляющий сетью Bitcoin, после закрытия каждых 2016 блоков усложняет или упрощает вычисления хешей на основе анализа двух величин:

• Совокупный хешрейт сети — скорость вычислений хешей всеми асиками, задействованными в майнинге.
• Среднее время поиска каждого хеша группы блоков.

Присоединение новых майнеров и замена оборудование на более производительное поднимает хешрейт и сокращает длительность подбора валидных ключей для блокчейна. Алгоритм проводит корректировку так, чтобы текущая сложность обеспечила закрытие тех самых 6 блоков в час. Проблема в том, что рост трудоемкости вычислений уменьшает доходность оборудования. Количество майнеров, заинтересованных в добыче, падает. Это сдерживает дальнейший рост общего хешрейта и трудоемкости расчетов подписей блоков. Следующая формула упрощенно описывает алгоритм корректировки сложности биткоина: t=D/H, где

• t — время нахождения блока;
• D — показатель сложности вычислений;
• H — совокупный хешрейт асиков, добывающих BTC.

Отсюда видно, что при фиксированной величине времени (10 минут) трудность майнинга будет обратно пропорциональна производительности оборудования в сети. Фактически динамика колебаний сложности реагирует лишь на изменения общего хешрейта оборудования.

Почему растет хешрейт сети

С момента запуска сети график сложности майнинга биткоин демонстрирует стабильную тенденцию роста. Этому есть несколько причин:

• Совершенствование оборудования. Новые видеокарты и, на более позднем этапе, асики сразу же включались в общую сеть. Рост эффективности расчетов сокращал время нахождения блока, на что алгоритм bitcoin реагировал соответствующим образом.
• Увеличение спроса на биткоин. Как только биткоин стал известен за пределами круга энтузиастов криптовалюты, он начал стремительно набирать популярность. Вплоть до начала 2020 года это его биржевая цена поднималась и все больше людей вкладывали деньги в добычу перспективного актива.
• Высокая рентабельность инвестиций. В стремительно растущий актив вкладывались новые и новые инвесторы, что повышало привлекательность майнинга. Даже сейчас, после скачкообразного удешевления биткоина, на нем можно неплохо заработать за счет биржевой торговли.
• Переток мощностей. Разочаровавшись в альткоинах, казавшихся перспективными, начинающие и опытные майнеры обращают внимание на биткоин и другие топовые валюты.
• Другие факторы влияния. Востребованность монет зависит от общей экономической ситуации, прогнозов аналитиков, принятых и готовящихся к принятию законопроектов.

Все это отражается на графике сложности, который публикуется на интернет-ресурсах.

На что влияет сложность

Этот показатель отражается на самой главной для майнеров цифре — величине дохода на 1 мегахеш. Усложнение добычи ведет к падению прибыльности фермы. Когда синхронно со сложностью добычи у криптовалюты изменяется и цена, майнеры не ощущают неудобств. Так происходило до 2020 года, когда, несмотря на стремительный рост трудоемкости добычи, прибыльность майнинга только росла.

Падение цен на криптовалютном рынке резко сказалось на доходах ферм. Устаревшие устройства вовсе утратили актуальность. Их низкая энергоэффективность привела к тому, что доходов от продажи добытых биткоинов стало не хватать на оплату счетов энергокомпаний. Тенденция стала особенно заметна в регионах с дорогой электроэнергией. В результате устаревшие ASIC отключились от сети. Рост сложности провоцирует гонку производительности и еще более уменьшает удельный доход на 1 мегахеш. Майнеры пытаются не отстать от темпов роста сети и покупают все более дорогое и быстрое оборудование.

Дата-центры

Выгодоприобретателями станут и дата-центры, часть майнингового оборудования которых уже замещена новыми моделями. По оценкам BitRiver, клиенты ЦОДов успели заменить от 30% до 60% оборудования.

«Второе рождение майнеров» даст рынку такое количество устройств, которое физически не сможет хоститься на существующих площадях», – отмечает Дмитрий Ушаков.

Быстрое строительство новых площадок без качественного технического обслуживания и стабильных поставок, повлечет за собой массовый выход ASIC-майнеров из строя.

«Средний уровень сервиса дата-центров, ориентированных на майнинг криптовалют, резко снизится, а процесс выхода на прежний уровень займет годы», – полагает эксперт.

Где публикуется хешрейт сети

Узнать какая сейчас сложность майнинга можно в онлайн режиме на официальном сайте bitcoin и других ресурсах, посвященных криптовалютам (bitinfocharts.com, whattomine.com и другие).

4) DaggerHashimoto (Ethash) — плюсы и минусы

DaggerHashimoto — алгоритм майнинга эфириума (хэширования). Современная модель, имеющая внушительный потенциал, однако в ближайшем будущем должны появится пользователи, которые будут использовать асики для добычи цифровой валюты Dash. Алгоритмы для майнинга видеокартой доступны каждому, однако она должна обладать солидным объемом ОЗУ, что позволит эффективно разгадывать блоки, что ведет к добыче цифровых монет.

Другие не менее популярные алгоритмы

5) Decred

Decred – модель для майнинга одноименной цифровой валюты. Работа может осуществляться на видеокартах. Существует возможность одновременной добычи двух видов монет. Лучше всего сочетается с DaggerHashimoto.

6) CryptoNight

CryptoNight — подойдет пользователям, которые используют для расшифровки блоков мощности своих процессоров. На этой базе работает криптовалюта Монеро. Алгоритм разгадывается легко, что отражается на стоимости. Однако Монеро выделяется на фоне своих собратьев тем, что позволяет участникам ее системы анонимно проводить транзакции. Если брать за основу процессор Intel Core I7, то владелец сможет заработать примерно 25 центов за час, что является незначительным заработком для майнера, однако не стоит пренебрегать возможностью пассивного заработка.

7) Equihash

Equihash – алгоритм майнинга криптовалюы zcash. Пользуется успехом среди криптоинвесторов, однако так было не всегда, так как ранее эфириум добывался более простым способом, что привлекало к себе пользователей. Процесс добычи у обоих электронных валют осуществляется видеокартами.

X11Gost

X11Gost — отечественная разработка, которая имеет ГОСТ знак — Р 34.11-2012. Используется для получения Sibcoin (Сибирский Червонец).

9) ECDSA

ECDSA — предназначен для создания цифровой валюты Ripple. Разработка системы была направлена на облегчение банковской деятельности, так как позволяет осуществлять переводы в более безопасном и ускоренном формате.

10) Blake2b

Blake2b — модель, используемая Siacoin. Можно считать серой мышкой среди остальных алгоритмов, однако данные сохраняет эффективно, так как разработчики делали акцент на это.

Как менялась сложность

Наблюдая за графиками хешрейта биткоин, можно заметить как сильно растет сложность добычи. Сложность майнинга bitcoin на сегодня опеределяется совокупным хешрейтом, превышающий 34 эксахеш в секунду. В момент запуска системы ее создателем — Сатоши Накамото — хешрейт был равен 1 хешу в секунду. За первые два года существования биткоин сумел выйти за пределы криптосообщества. Рост количества майнеров поднял показатель до 14 килохеш/с. В январе 2012 скорость сети увеличилась в миллион раз, если сравнивать с моментом основания и составила 1 Мх/с. До сентября 2013 сложность добычи поднялась еще в сто раз, что после чего начался лавинообразный рост интереса к криптовалютам. В январе 2014 скорость достигала 1,4 Гх/с и продолжала расти. Интересно, что даже падение курса биткоина не слишком повлияло на рост сложности. До октября производительность сети превысила 61 эксахеш, после чего начался период спада до текущего значения. Причина падения кроется в продолжающемся обесценивании стоимости биткоина. Многие майнеры вынуждены были покинуть бизнес по причине убытков.

3) X11 – предназначение и эффективность

Алгоритм X11 – это более современная модель шифрования монет. Если применять доступное описание, то это шифр, который основывается на математических формулах. Существует 3 основных типа: X11, X13 и X15. Цифры представляют собой набор параметров, которые используются для расшифровки блоков. Добыча цифровых монет осуществляется при помощи видеокарт, что позволяет получать достойных доход. Также стоит отметить, если майнер выбрал пул для совместной обработки блоков, то он может получить профит не только от самой добычи, а также от организации сетевых узлов. Алгоритм майнинга биткоинов помог создать форк — Dash. Его капитализация составляет более 2,5 миллиардов долларов.

Прогноз на ближайшее время

На момент написания статьи тенденций роста цены Bitcoin. Монета смогла немного подрасти с недавних 3700$ до 4200$, но динамика последних дней отрицательна. Если стоимость BTC не вырастет, дальнейший отток майнинговых мощностей будет неизбежен. Однако, с учетом традиционно высокой волатильности актива и востребованности анонимного защищенного платежного средства, точных прогнозов не может дать никто. Зато неизбежно удвоение сложности в 2020 году. Это связано не с прогнозами роста хешрейта, а с алгоритмом системы, которые в следующем году уменьшит награду за блок с 12,5 до 6,25 BTC. Поэтому доход с одного мегахеша упадет вдвое. При нынешней цене монеты содержание большинства ферм станет нерентабельным. Это неизбежно приведет к уменьшению совокупного хешрейта, снижению трудоемкости добычи и росту доходов тех майнеров, которые останутся в сети.

2) Script

Нельзя сказать что это лучший алгоритм для майнинга, однако он помог обычным «добытчикам» эффективно конкурировать с огромными фермами, которые управляются организациями. Главную роль в добыче электронной валюты играет не мощность оборудования, а продуктивность HHD и видеокарт.

Данная технология не новая на сегодняшний день, но уже доказала свою эффективность на популярных криптовалютах. Script применяется для шифрования лайткоина, догкоина и т. д. В основе работы алгоритма лежит хэш-функция, которая осложняет вычисления для asic устройств. Простыми словами генерируется большое количество случайных последовательностей, на проверку подлинности которых уходит значительно больше времени.

Таблица алгоритмов применяемых в криптовалютах