Обзор криптографического алгоритма Ethash, майнинг криптовалют

В основе каждой криптовалюты лежит алгоритм, который расшифровывают майнеры, чтобы добыть монеты. Алгоритм dagger hashimoto был разработан в 2020 году. Он базируется на двух алгоритмах, автором одного из которых является Виталик Бутерин, заложивший свое детище в платформу Ethereum. Алгоритм был задуман для противодействия асикам, разработанным для его предшественников. Позже он был переработан и получил новое название Ethash, став более созвучным названию первой криптовалюты, использовавшей его.

Алгоритмы в криптовалюте

На сегодняшний день существует около тридцати различных алгоритмов, каждый из которых разработан с определенной целью и принципиально отличается от других. В таблице приведены наиболее популярные и перечислены известные криптовалюты, созданные на их основе.

Как майнить на алгоритме хашимото

Для майнинга эфириума подходят видеокарты. При запуске майнера в память видеокарты загружается специальный файл DAG. Он может быть разного размера. Чем больше файл, тем мощнее нужна видеокарта. Требования к карте растут вместе с размером DAG, который увеличивается пропорционально времени существования блокчейна.

После каждых выпущенных 30 тыс. блоков происходит смена эпох. За одну эпоху файл DAG добавляет по 8 мб. Поэтому видеокарты с оперативной памятью 2 Гб стали непригодны для майнинга в конце 2016 года. DAG файл просто перестал помещаться в доступный объем оперативной памяти. Отметим, что невозможно использовать оперативную память на 100%, часть будет использована для служебных целей.

SHA 256: с чего все начиналось

Алгоритм, лежащий в основе майнинга легендарного Bitcoin и множества его форков, разработан Агентством национальной безопасности США. При использовании системы безопасности или алгоритма консенсуса Proof-of-Work задача вычисления хэша решается с помощью процессора, CPU и GPU. Понятно, что возможности майнера напрямую зависят от производительности его оборудования. Благодаря этому, алгоритм SHA-256 реализован в большинстве выпущенных на настоящий момент специализированных ASIC-майнеров. Добыча Bitcoin стала привилегией владельцев крупных майнинговых ферм. Алгоритм SHA-256 помимо криптовалюты используется в некоторых протоколах.

Оборудование для майнинга по Ethash-алгоритму

Не существует единого мнения относительно того, какое конкретно оборудование лучше всего подходит для майнинга Эфириума. Все зависит от конкретных задач, а также от предпочтений пользователя.

Рекомендуемые рабочие параметры видеокарты:

• 4 гигабайта оперативной рабочей памяти и выше;
• частота от 1200 Mhz;
• количество выполненных хэш-операций в секунду — 22–26 миллионов (Mh/s);
• наличие наиболее актуальных версий установленных драйверов.

Становится популярным мнение, что в будущем механизмы распределения ресурсов претерпят изменения, и процесс майнинга, как такового, несколько преобразится. По предположению Бутерина, выдвинутому в его статье, опубликованной на личном сайте, со временем роль майнинга в добыче Эфира будет постепенно снижаться. Посему стоит обратить внимание на альтернативные способы добычи Эфира.

Scrypt: баланс между памятью и временем

Для того, чтобы устранить уязвимость SHA-256, разработан второй по популярности алгоритм Scrypt. Процесс майнинга с использованием этих двух протоколов одинаков:

1. На вход подается блок данных.
2. К его обработке применяется хэш-функция.
3. На выходе получается хэш с заданными параметрами.

Принципиальная разница в хэш-функции. Она нарочито сложна. В начале вычислений генерируется вектор битовых последовательностей, которые хранятся в памяти. В процессе получения ключа эти последовательности запрашиваются в случайном порядке, комбинируются, функция постоянно обращается к памяти. В принципе, алгоритм генерации последовательностей известен. Можно не хранить их, а вычислять нужную в момент запроса. В таком случае процесс становится очень медленным. Созданный на основе Scrypt ASIC уже не сможет на порядки превзойти простых майнеров, использующих память.

Какой алгоритм используется в Ethereum

В алгоритме Ethash (до ребрендинга Dagger Hashimoto), применяемом для майнинга Ethereum, также максимально используется фактор памяти. Ethash задает метаданные последнего блока с применением кода Nonce. Случайным образом угадать его невозможно, требуется переборка всех возможных вариантов. Возрастающие требования к памяти объясняется тем, что подмножества для расчетов выбираются из фиксированного файла для вычисления хэшей. Он является направленным ацикличным графом или Directed Acyclic Graph (DAG). Меняется DAG через 125 часов работы или через 30 тысяч блоков. Этот интервал времени, когда задействован определенный DAG, называется эпохой.

Увеличивающаяся сложность майнинга Ethereum обусловлена тем, что алгоритмом консенсуса для Ethash является Proof-of-Work или «Доказательства выполнения работы». Это принцип защиты сетевых систем, цель которого в криптографическом доказательстве того, что для получения результата была выполнена определенная последовательность действий. Надежность защиты Proof-of-Work обеспечивается ростом сложности вычислений. А рост возможен только в процессе активного майнинга.

В недалеком будущем Ethereum планирует перейти на систему защиты Proof-of-Stake или «Доказательства доли владения». Переход требует переписывания значительной части кода и длительной отладки жизнеспособности системы. Хардфорк, посредством которого будет произведен переход на новый алгоритм консенсуса, планируют назвать Constantinople. Основное преимущество – независимость безопасности системы от объемов майнинга. Монеты на алгоритме Ethash станут самыми безопасными среди подобных.

Важно! К 2020 году из-за роста сложности вычислений значительно увеличатся затраты электроэнергии затраченной на майнинг. Переход на Proof-of-Stake – стремление разработчиков Ethereum быть боле экологичными, но при этом сохранить надёжность системы.

В структуре алгоритма Ethash есть существенная особенность, отличающая ее от Bitcoin. Это дополнительное поле в транзакции, содержащее смарт-контракт. В нем может быть заключен алгоритм определенной процедуры (например, перевод денег) между двумя участниками. Все условия и сроки прозрачны для сторон сделки, выполнение отслеживается и регулируется смарт-контрактом. Такие возможности обеспечивают востребованность алгоритма не только для майнинга, но и во многих других сферах: финансах, страховании, торговле и других.

Значение криптографического алгоритма и консенсуса

Новички часто путаются в многочисленных терминах, которые используются в обзорах криптовалют. В блокчейне есть 2 явления, с которыми нужно разобраться, чтобы понимать суть происходящих процессов.

Оба алгоритма чрезвычайно важны для правильной работы системы, при этом один не может заменять другой, потому что они выполняют разные роли.

История от Hashimoto до Dagger Hashimoto или Ethash

Алгоритм Dagger Hashimoto соединил в себе лучшие характеристики двух алгоритмов:

1. Hashimoto от Thaddeus Dryja, использующий блокчейн в качестве источника данных. Этот алгоритм позволил реализовать два важных преимущества платформы Ethereum: сложность создания ASIC устройств и полноценное хранение blockchain.
2. Dagger, разработанный канадским программистом с российскими корнями Виталиком Бутериным, использующий в качестве источника данных DAG файл размером более 2ГБ, на данный момент, обновляющийся через определенное количество созданных блоков. Этот алгоритм реализует третье существенное преимущество Ethereum: сочетание трудоемких вычислений с задействованием большого количества памяти с достаточно легкой и эффективной поверкой блока тонким клиентом.

Dagger Hashimoto появился в 2013 году. Тогда же Виталик Бутерин впервые сообщил в своей публикации о проекте криптовалюты Ethereum. В следующем 2014 году он выиграл за идею этого проекта престижную премию World Technology Award, обойдя самого Цукерберга. Весной 2015 года описание Ethereum появилось в Желтой книге, а 30 июля 2015 года состоялся официальный запуск. В это же время разработчики упростили Dagger Hashimoto и произвели ребрендинг. Алгоритм теперь называется Ethash. От Hashimoto его отличает использование в качестве источника данных DAG файла. Разница между Dagger и Ethash в том, что этот набор является полупостоянным и обновляется через определенные промежутки времени.

Получится ли у производителей ASIC сделать реального конкурента рядовым майнерам Ethereum

Новость о том, что крупнейшая китайская компания Bitmain работает над созданием первого ASIC-майнера для добычи Ethereum давно мелькала в интернете и в китайских средствах массовой информации. Выход нового устройства на рынок ожидается в июле 2018 года. Начиная с 2020 года алгоритм Ethash успешно сопротивлялся появлению мощного спецоборудования за счет предъявления высоких требований к быстродействию и объему памяти.

По информации, что появилась в открытом доступе, новый ASIC Antminer E3 будет содержать три материнские платы, в каждой из которых установлено 6 чипов для майнинга и столько же модулей памяти по 4 ГБ оперативной памяти третьего поколения DDR3. Эффективная вычислительная мощность или hashrate составит 180 мегахэш в секунду. Энергопотребление 800 Ватт. Вес 13 килограмм и не совсем стандартные размеры, по высоте он почти вдвое превышает другие продукты компании Bitman.

Анализ перспектив использования Antminer E3, проведенный на основании имеющихся данных, показывает, что ASIC по производительности почти не будет превосходить обычную майнинг-ферму на современных видеокартах GPU. В ситуации с другими криптовалютами появляющиеся устройства ASIC показывали производительность в десятки раз выше универсальных процессоров. Так что можно сказать, что труды по защите алгоритма от асик устройств не прошли даром.

Важно! Имея такое небольшое преимущество, Antminer E3 не сможет убрать майнеров на GPU с рынка, у него получится лишь снизить их прибыль.

Вполне реально, что разработчикам Ethereum удастся раньше 20 года перейти на алгоритм консенсуса Proof-of-Stake и тогда Antminer E3 окажется бесполезным. Для реализации этого перехода разработчики Ethereum Виталик Бутерин и Влад Замфир работают над протоколом Casper, котрый снизит влияние майнинга на сеть, за счет частичного перехода на Proof-of-Stake. Некоторые криптовалюты уже используют гибридную систему эмиссии, но платформа Ethereum – это совсем другой уровень. Если протокол Casper удастся успешно реализовать, разработчики других криптовалют тоже задумаются о переходе и это может перейти в массовое явление.

Криптовалюты на Ethash

На криптографическом алгоритме Ethash основаны следующие криптовалюты.

Самая популярная из них – это Ethereum.