Алгоритм майнинга Bitcoin (BTC)

Содержание статьи:

1. История появления алгоритма майнинга Биткоинов, сфера применения
2. Как алгоритм майнинга Биткоинов SHA-256 появился в криптовалютном мире
3. Тонкости алгоритма SHA-256 при майнинге BTC
4. Главные показатели алгоритма майнинга Биткоинов
5. Где применяется алгоритм майнинга SHA-256 кроме Биткоин
6. Плюсы и минусы алгоритма майнинга Биткоинов
7. Что ждёт алгоритм майнинга Биткоин

Алгоритм майнинга Bitcoin представляет собой хэш-функцию, которая используются при решении математической задачи, а именно получении хэша очередного блока криптовалютной сети блокчейн. Сегодня существует много протоколов, применяемых для разных виртуальных монет. К примеру, для Scrypt используется для Лайткоина, X11 — для Даш, Equihash — для Биткоин Голд и Zcash, Blake-256 — для Блейккоина и так далее. В случае с криптовалютой Bitcoin применяется SHA-256, с помощью которого производится расшифровка информации, и обеспечивается достоверность сведений.

Создание любого алгоритма — задача специалистов в криптографической сфере. Не исключением стал и SHA, первые зачатки которого появились еще в 1995 году. Задача хэш-функции — обеспечение работы криптовалютной сети и помощь в создании новых элементов цепочки блокчейн. Майнеры, которые занимаются добычей Биткоина, получают вознаграждение за блок (на апрель 2018 года — 12,5 BTC). В чём особенности алгоритма майнинга BTC? О каких характеристиках этой функции рекомендуется знать участникам криптосети? Как появился протокол? Эти и другие нюансы рассмотрим в статье.

История появления алгоритма майнинга Биткоинов, сфера применения

Первая хэш-функция под названием SHA-1 создана ещё в 1995 году. Уже через семь лет (в августе 2002 года) Агентство нацбезопасности США представило обществу новую версию алгоритма SHA-2, отличающегося большей надёжностью и стабильностью работы. Ещё через два года (в 2004-м) появилась улучшенная версия PUB 180-3 с хэш-функцией под названием SHA-224. В 2008-м году выпущен новый стандарт (FIPS PUB 180-3 на SHA-256), а ещё через четыре года — PUB 180-4 (SHA-512).

Применение

Действующие сегодня алгоритмы, начиная с SHA-224 и по SHA-512/224, разрешены к использованию в ряде приложений, обслуживающих правительственный сектор Соединенных Штатов. Кроме того, допускается применение криптопротоколов и криптоалгоритмов для защиты сведений, которые не имеют грифа «совершенно секретно». Возможности SHA-2 также применяются частными и коммерческими структурами.

Хэш-функция SHA второй редакции востребована при проверке целостности сведений в разных схемах криптографического характера. До появления криптовалюты Биткоин в 2009 году наибольшее распространение имели SHA-1 и MD-5, несмотря на ряд явных недоработок.

Примеры использования

Рассмотрим, где применяется алгоритм (кроме майнинга Bitcoin) в примерах:

1. Дайджесты сообщений в S/MIME.
2. Создание ЭЦП сертификата — PGP.
3. Хэши паролей — OpenLDAP.
4. Создание ЭЦП в DSA.
5. Алгоритм шифрования — SHACAL-2.

Мало кто знает, что каждый пользователь Сети ежедневно применяет возможности SHA-256. Речь идёт о сертификате безопасности под названием SSL, который защищает практически все ресурсы в Интернете. Факт применения защиты легко распознать по надписи «https» в строке ввода адреса. Сертификат гарантирует безопасное соединение с интернет-ресурсом и защиту персональной информации от кражи третьими лицами.

Обновление

Следующий этап — появление в 2012 году новой версии алгоритма — SHA-3, являющегося хэш-функцией переменной разрядности. В октябре 2012-го SHA-3 стал лидером среди всех криптографических алгоритмов (конкурс организован NIST). Анонсировалось мероприятие ещё в 2007 году с целью последующей замены уже устаревших хэш-функций.

Официально новый стандарт утвержден и вступил в силу только в 2015 году. Разработчики уверяли, что для его функционирования требуется 12,5 циклов на 1 байт (при использовании на ПК со стандартной CPU). На практике новый алгоритм оказался быстрее, чем вытеснил ранее действующие протоколы SHA первого и второго «поколения».

Перспективы

С каждым годом атаки в Сети становятся все более агрессивными, и существующих методов защиты не всегда достаточно для сохранности конфиденциальных данных. Специалисты считают, что к 2020 году ЭЦП частично потеряет имеющуюся силу. По этой причине выбор правильного алгоритма при решении многих задач выход на первое место. Это касается всех сфер, в том числе и криптовалютного сектора, где все чаще применяются более надёжные протоколы, обеспечивающие высокий уровень безопасности.

С другой стороны, специалисты по криптографии не будут сидеть без дела. Текущий преемник, о котором упоминалось выше (SHA-3) показывает лучшую степень защиты. К 2020 году может появиться следующая разработка, которая перекроет по надёжности уже существующую хэш-функцию. Возможен и другой вариант, в котором протоколу SHA уже не останется места, а его поддержка будет остановлена.

Как алгоритм майнинга Биткоинов SHA-256 появился в криптовалютном мире?

В 2008 году при создании новой криптовалюты Сатоши Накамото решил применить популярный на тот момент алгоритма хэширования SHA-256. Его задачей был поиск правильного хэша, необходимого для «закрытия» последующего блока криптовалютной цепи. Для решения этой задачи применяются разные варианты строчек, в состав которых входят разные символы (в цифровом и буквенном выражении). Как только майнер подбирает требуемую комбинацию, очередной элемент цепи закрывается.

Суть алгоритма майнинга Биткоинов в том, что он выполняется дважды, а структура хэш-функции настолько проста, что её можно изобразить с помощью ручки и листа бумаги. При этом SHA-256 способен перемешивать сведения без какой-либо логики. На входе принимаются 64-байтные блоки, после чего происходит криптографическая обработка, а дальше выдаются шифрованные данные. В хэш-функции используется лишь один раунд, но повторяется он 64 раза.

Если майнер отыскал требуемую комбинацию букв и цифр (хэш), он вправе рассчитывать на премию, размер которой раз в 4 года уменьшается вдвое. К примеру, в момент выпуска первой монеты (в 2009 году) он составлял 50 Биткоинов, далее произошло уменьшение вдвое (в 2012 и 2016 годах). На текущий 2018 год этот показатель равен 12,5 монет. Очередное снижение ждёт майнеров через два года (в 2020-м), когда вознаграждение снизится до 6,25 BTC. Такое правило будет соблюдаться до тех пор, пока в процессе майнинга не будут получены все виртуальные монеты (их общее число — 21 миллион).

Тонкости алгоритма SHA-256 при майнинге BTC

Первым майнерам, которые приступили к добыче виртуальной валюты, было проще. Для получения новых монет было достаточно простого оборудования — ПК. Почему же сегодня для заработка Bitcoin требуются сверхмощные асики?

Выше рассмотрено, на каком алгоритме майнить Биткоин, и в чём особенности хэш-функции. Суть добычи коинов заключается в решении задачи криптографического характера, созданной программой майнинга на базе прошлых элементов цепочки блокчейн (блоков).

С помощью SHA-256 можно добывать Биткоины 4-мя путями:

1. С применением CPU. Этот вариант использовался вплоть до 2011 года, после чего потерял актуальность.
2. На GPU (графическом процессоре, видеокарте). Такой способ майнинга применялся долгое время. Многие майнеры собирали и использовали фермы на GPU вплоть до очередного скачка курса криптовалюты в 2017 году. С ростом сложности в конце 2017 — начале 2018 годов применение такого оборудования стало неактуальным.
3. На FPGA. Эта техника пользовалась спросом в 2013–2014 годах. Специальные чипы для добычи криптовалюты отличались меньшим потреблением энергии, но были дороги в обслуживании и имели высокую цену.
4. ASIC-майнеры — микросхемы, которые появились в 2014 году и пользуются спросом по сегодняшний день. Производители асиков соревнуются друг с другом, каждый раз выпуская всё более производительные устройства. Криптовалютная сеть реагирует на появление мощных асиков повышением сложности сети.

В процессе добычи криптовалюты сумма хэша используется в роли идентификатора (определителя) уже добытых ранее блоков. При этом главный блок сформирован из множества таких хэш-сумм. Иными словами майнинг на базе SHA-256 представляет собой непрерывный процесс, заключающийся в подборе правильного «ключа» (хэша), без получения которого невозможно создание очередного блока цепочки блокчейн. Чем большую вычислительную мощность имеет применяемое оборудование, тем быстрее будет найдено решение. Если для добычи используется мощная техника, она быстрее перебирает данные для поиска нужного набора символов.

Майнеры знают, каким алгоритмом майнить Bitcoin. Это SHA-256, который не может быть изменен. Почти за 10 лет существования сложность добычи BTC возросла на несколько порядков, что заставляет майнеров покупать новое и более производительное оборудование для повышения конкурентоспособности.

С появлением ASIC-майнеров, о которых упоминалось выше, растёт и сложность криптовалютной сети. Как результат, старые методы добычи Биткоина теряют актуальность. Биткоин построен таким образом, что на добычу блока уходит около 10 минут. Как только выпускается оборудование, способное быстрее решать поставленные задачи, система подстраивается под изменившиеся условия, повышая сложность добычи, а скорость создания нового элемента blockchain остаётся неизменной (около 10 минут). Это бесконечная гонка майнеров и производителей оборудования виртуальных монет делает сеть Биткоин более надёжной и защищённой от взлома. В основе процесса как раз и лежит SHA-256.

Главные показатели алгоритма майнинга Биткоинов

При выборе оборудования для добычи Bitcoin часто встречается такой параметр, как мощность (скорость, хэшрейт, производительность). Чем выше этот показатель, тем эффективнее добыча виртуальных монет (в том числе Bitcoin). Сначала этот параметр измерялся в килохэшах/секунду, с ростом сложности появились мегахеши, гигахэши, а теперь и терахэши. Современные асик-майнеры имеют производительность, достигающую 18 ТХ/секунду.

Работа алгоритма подразумевает деление информации на множество элементов по 512 бит или 64 байта. Далее протокол «смешивает» данные по определенной схеме, что обеспечивает на выходе хэш размером в 256 бит. Процесс хэширования проходит в 64 итерации, что на фоне новых протоколов не является слишком большим показателем.

При рассмотрении SHA-256 важно знать главные нюансы протокола:

Также стоит выделить шесть операций, на базе которых работает SHA-256:

• «+» — простая следящая операция;
• «xor» — приказ, убирающий «ИЛИ»;
• «rots» — приказ, перемещающий параметр на конкретное число бит в правую сторону с определенной цикличностью;
• «shr» — приказ, перемещающий параметр на заданное число бит в правую сторону (без цикличности);
• «and» — операция «И»;
• «II» — операция объединения элементов линейной структуры (к примеру, строк).

Где применяется алгоритм майнинга SHA-256 кроме Биткоин?

При создании Bitcoin Сатоши Накамото выбрал рассматриваемый протокол из-за отсутствия альтернатив. Несмотря на это, SHA-256 применяется не только в Биткоине, но и ряде других виртуальных монет — Пиркоине, Биткоин Кэше, Мазакоине, Акоине и других криптовалютах. Стоит отметить, что из всего перечня в первую десятку коинов капитализации входит только Bitcoin и Bitcoin Cash, которые на 26 апреля 2018 года занимают первое и четвертое место по капитализации соответственно.

Пользователи криптовалютной сети отмечают, что в отличие от других протоколов SHA-256 подвержён замедлению добычи. С другой стороны, это плюс, ведь при таком подходе система становится надёжнее и в ней почти исключены ошибки. К слову, алгоритм открыт каждому пользователю и, возможно, в ближайшие годы появится новая криптовалюта на базе SHA-256.

Плюсы и минусы алгоритма майнинга Биткоинов

Как и другие протоколы, SHA-256 имеет преимущества и недостатки, которые для удобства сведём в следующую таблицу:

Что ждёт алгоритм майнинга Биткоин?

Сегодня протокол SHA-256 почти не применяется криптовалютным сообществом при создании новых виртуальных монет. Исключением стал разве что форк криптовалюты — Биткоин Кэш, но использование старого протокола, скорее, вынужденная мера. Сегодня всё чаще применяются следующие алгоритмы:

1. Scrypt — применялся при создании Лайткоина. Его особенностью была неподверженность действию асиков, но на 2018 год и для него найдены «ключи». Купить ASIC-майнер для добычи Litecoin теперь не составляет труда, что нивелировало главное преимущество алгоритма.
2. X11 — ещё один востребованный протокол, который известен по криптовалюте Даш. В отличие от прошлых алгоритмов, он неплохо показывает себя при добыче монет с помощью ферм на GPU. Ситуацию усложнили производители асиков, которые с 2017 года выпускают аппараты для добычи Даш на X11.

Кроме названных протоколов существуют Cryptonight, Equihash и прочие алгоритмы. Что касается SHA-256, до появления новых алгоритмов он считался единственным вариантом — надёжным и удобным в применении. С появлением новых решений хорошо видно, что этот протокол изжил себя и проигрывает конкурентам во многих аспектах.

Главная причина — появление асиков, которые буквально уничтожили индустрию домашнего майнинга Bitcoin. Кроме того, пострадала главная идея криптовалюты — децентрализация. Крупные компании, которые производят ASIC-майнеры, сосредоточили в своих руках огромные мощности, что позволяет им влиять на криптовалютную сеть.

Если человек не знает, какой алгоритм майнинга у Биткоин и других криптовалют, с позиции рядового обывателя он не заметит разницы. Современные ASIC-майнеры на разных протоколах работают почти идентично (если говорить о SHA-256, X11 и Scrypt). Разница только в скорости хэширования, потенциальной прибыли и потребляемой электроэнергии (этот параметр меняется в незначительном диапазоне).

Подробнее о сути Биткоина и его алгоритме, смотрите в видео ниже: