Техническая основа криптовалюты на данный момент вызывает интерес у многих, кто интересуется таковыми. Не все знакомы с таким понятием, как «криптография». Понять суть в том, что происходит в так называемом Bitcoin-протоколе очень сложно. Но мы все-таки попытаемся сделать это. Для начала рассмотрим алгоритм SHA-256 для майнинга.

SHA-256 — классический алгоритм
Отметим: каждый пользователь, который работает с интернетом, даже понятия не имеет, что работает с этим алгоритмом ежедневно, ежесекундно. Каждый интернет-ресурс защищается сертификатом SSL, и посещение такового возможно только при работе с алгоритмом SHA-256.

Классический алгоритм SHA-256 выстраивает весь Биткоин-майнинг. Отсюда происходит и майнинг других криптографических валют (альткоинов).

ОПРЕДЕЛЕНИЕ: SHA-256 — криптографическая хэш-функция. Разработана «Агентством национальной безопасности США».

Основная задача: хэширование данных (произвольный набор) в определенное значение длины («отпечатка» или другое значение — «дайджест»).

Используя майнинг SHA-256 криптовалюты, задача решается при помощи специализированного процессора либо CPU/GPU. При помощи интерфейса программы пользователи следят за преобразовательными процессами. Фактически алгоритм подбирает правильное значение хэша.

Сложность майнинга как раз заключается в том, что подобрать правильный хэш (решить определенную задачу) возможно только при помощи перебора множества задача. Придется найти не просто какой-нибудь хэш, а число, в самом начале которого находится определенное количество нулей. Шансов того, что значение будет правильным, очень и очень мало. То есть, ключевой параметр — сложность, которая задается майнинг-пулом.

Сложность алгоритма SHA-256
Не следует быть специалистом для того, чтобы понимать всю сложность хэширования при работе протокола SHA-256. Соответственно, майнерам приходится для добычи криптовалюты задействовать просто невероятно мощное оборудование (которое будет способно решать вышеуказанные задачи).

Чем больше задействовано вычислительных мощностей, тем больше вероятность/скорость добычи цифровых монет в любом сервисе облачного майнинга.

Отдельно стоит отметить, что майнинг — функция, которой занимаются очень многие специалисты. И, естественно, программное обеспечение у них может быть куда более производительным. Расстраиваться не следует, так как процесс хэширования иногда больше похож на лотерею. Когда повезет? Неизвестно.

Алгоритм SHA-256 в майнинге реализуется на каждом ASIC-майнере. А вот ASIC-оборудование для остальных алгоритмов, которые на данном сайте мы также отметим, только разрабатывается.

Алгоритм SHA-256 присутствует в процессе добычи не только биткоинов, но и другой криптовалюты.

Очень активно сегодня набирают популярность криптовалюты, реализованные на основе алгоритма SHA-256: Tekcoin, Ocoin, Zetacoin.

Работа алгоритма SHA-256 является сложной для понимания, поэтому идеальный вариант — сконцентрироваться на способах/эффективных стратегиях добычи криптовалюты, чем пытаться анализировать алгоритм и понимать, как он работает.

Сегодня существует несколько тысяч криптовалют. Неудивительно, что они используют разные алгоритмы майнинга. В Bitcoin используется SHA-256, в некоторых других монетах - X11, Keccak или Scrypt-N. Каждый алгоритм имеет свои преимущества и особенности, направленные на поддержание конкуренции среди майнеров. Рассмотрим некоторые из применяемых сегодня алгоритмов и сравним их друг с другом.

Лишь немногие альтернативные криптовалюты используют алгоритм майнинга Scrypt. Изначально, Scrypt, который требует больших объемов памяти, был разработан для того, чтобы остановить широкомасштабное наступление специализированного оборудования для добычи. Несмотря на то, что такие криптовалюты, как Tenebrix и , используют упрощенную версию Scrypt, процесс майнинга все равно предъявляет очень высокие требования к памяти.

Scrypt делает невозможным применение специально разработанного для майнинга биткоинов оборудования (ASIC). Тем не менее, производители очень быстро начали выпускать , ориентированные именно на Scrypt. Кроме того, мощные графические процессоры AMD вполне успешно справляются с добычей по этому алгоритму, потребляя при этом большое количество электроэнергии. За последние годы появилось несколько сотен альтернативных монет, основанных на алгоритме Scrypt, включая Litecoin и Dogecoin.

Стоит заметить, что существуют и другие разновидности этого алгоритма - Scrypt-N, Scrypt-Jane и др. Каждый из них имеет свою изюминку. Например, в Scrypt-N требования к памяти меняются через заранее заданные промежутки времени. Таким образом, даже если появится оборудование ASIC, разработанное специально для этого алгоритма, оно устареет уже через несколько лет, так как схема хэширования периодически меняется. Кроме того, существует алгоритм Scrypt-OG, который требует в 8 раз меньше памяти, чем исходный Scrypt. “OG” в данном случае означает “Optimized for GPU” - оптимизирован под графические процессоры.

В 2014 году большой резонанс в криптовалютном сообществе вызвало появление нового алгоритма майнинга, который получил название X11. Он основан на использовании 11 разных раундов хэширования. Благодаря невероятной энергоэффективности при добыче с помощью ЦП и ГП, он был хорошо воспринят сообществом. Данный алгоритм позволяет существенно снизить нагрев оборудования, поскольку предъявляет более низкие требования к вычислительным ресурсам. Повышенная экономичность также приводит к снижению операционных расходов, так как потребляется меньше электричества. Кроме того, X11 сделал невозможным использование существовавших в 2014 году устройств ASICS. Благодаря этому, снова можно было производить с помощью более-менее пристойного компьютера.

К сожалению, алгоритм X11 не смог долго выстоять в борьбе с ASIC. В частности, он был принят на вооружение некогда популярным криптовалютным проектом , известным также под названиями XCoin и Darkcoin, Но довольно быстро для него были созданы специальные устройства ASIC. К ним относятся PinIdea и Baikal, которые быстро стали популярны. Однако несмотря на повсеместное использование специальных микросхем для решения X11, этот алгоритм продолжает оставаться надежным средством, к которому прибегают разработчики криптовалют, когда хотят предотвратить bruteforce-атаки.

Стоит упомянуть разновидности данного алгоритма - X13, X14, X15 и X17. Как можно догадаться, X13 содержит 13 раундов хэширования, X15 - 15 раундов и т. д. Версия X17 появилась еще в 2014 году. Такая тенденция к усложнению обусловлена тем фактом, что новые криптовалютные проекты любят хвастаться, что используют новый алгоритм. Тем самым они стараются привлечь больше внимания к своей монете.

Алгоритм SHA-256 используется для добычи биткоинов. Он генерирует новые адреса сети и поддерживает ее с помощью доказательства выполнения работы. Стоит отметить, что SHA-256 представляет собой часть криптографической хэш-функции SHA-2, которая была изначально разработана Агентством национальной безопасности США. На раннем этапе добычи биткоинов, мощного ЦП было вполне достаточно, но осле изменения ПО для майнинга таким образом, чтобы обеспечивалась поддержка видеокарт, графические процессоры стали более предпочтительным вариантом. В конечном итоге, доминирующие позиции заняли ППВМ (перепрограммируемые вентильные матрицы) и ASIC.

С появлением этих специализированных интегральных схем, процесс майнинга Bitcoin стал очень дорогим. Такие устройства потребляют много электричества, даже несмотря на то, что они сейчас гораздо более экономичны, чем раньше.

Относительно недавно появилась новая версия алгоритма SHA-256 - SHA-256D, которая представляет собой удвоенный исходный алгоритм хэширования.

Будьте в курсе всех важных событий United Traders - подписывайтесь на наш

Многие интересуются техническими основами криптовалют, но немногие знакомы с криптографией. Для того, чтобы докопаться до сути происходящего в биткойн-протоколе приходится продираться через дебри криптографических терминов, загадочных и неудобных акронимов типа SHA-256, Scrypt, base58check, RIPMD-160 и т.п. Мы уже освещали ранее некоторые аспекты биткойн-криптографии. В этой статье мы постараемся рассказать об одной из наиболее важных ее сторон – крипто-алгоритмах майнинга.

Классика: SHA-256

Начнем наш обзор, конечно же, с классического SHA-256, с которого все начиналось — именно на этом алгоритме построен биткойн-майнинг, как и майнинг подавляющего большинства биткойн-клонов (альткойнов).

Так что же это такое этот самый SHA-256? Это криптографическая хэш-функция, которая была разработана нашими «друзьями» – Агентством национальной безопасности США. Подождите, не спешите впадать в прострацию, здесь не о чем волноваться. Потерпите немного, обещаю, что скучать вы точно не будете.

Основная работа любой хэш-функции заключается в превращении (или хэшировании) произвольного набора элементов данных в значение фиксированной длины («отпечатка» или «дайджеста»). Это значение будет однозначно характеризовать набор исходных данных (служить как бы его подписью), без возможности извлечения этих исходных данных. Это официальное объяснение из Википедии, замечательное и научно-обоснованное, но вот только я, например, не говорю на таком языке. И уверен, что большинство из вас тоже. А посему позвольте мне объяснить значение этого «феномена», по-нашему, по-простому.

Как мы все знаем, при майнинге SHA-256 криптомонет, мы решаем поставленную задачу при помощи CPU, GPU или специализированного процессора. Процессы преобразования отображаются в интерфейсе программы, предназначенной для майнинга, например, в виде строки «Accepted 0aef41a3b». Значение 0aef41a3b - это и есть хэш. Он является как бы подписью большого набора данных (собственно, очередного блока транзакций с добавленным к нему случайным числом). Эта короткая строка как бы представляет собой блок, который состоит из нескольких тысяч, если не миллионов, подобных строк.

Это также объясняет то, почему вам нужно решить перебором множество задач, прежде чем удастся отыскать нужный хэш для нового блока. Ведь мы ищем не какой попало хэш, а тот, который начинается на определенное количество нулей. У вас имеется один шанс на тысячу, десятки, сотни тысяч, миллионы решений, что случайно получившийся хэш будет иметь нужное количество нулей в начале. Сколько именно? Определяется параметром сложности, которое задает ваш майнинг-пул. Заранее понять, получится у вас «красивый хэш» или нет, невозможно. Это похоже на игру в лотерею, но с машинами, которые могут выполнять вычисление выигрышной комбинации быстрее и лучше, чем любой из нас.

Вы считаете, что для решения задач, связанных с хэшированием при использовании протокола SHA-256, вам потребуется мощное аппаратное обеспечение? В этом есть определенный смысл. Чем больше используется вычислительной мощности, тем лучше, так как увеличиваются шансы на добычу монет. Но имейте в виду, что вы не единственный, кто занимается майнингом. Есть люди, которые располагают более производительным аппаратным обеспечением. Не расстраивайтесь, у вас есть все шансы на выигрыш. Это похоже на игру в лотерею, вы никогда не знаете, когда повезет!

Теперь вернемся к алгоритму SHA-256. Криптовалюта — это не единичный пример, где используется SHA-256. Есть несколько протоколов, о которых вы, скорее всего, слышали и которые используют данный алгоритм. Это протоколы SSL, SSH, PGP и многие другие. Каждый раз, когда вы заходите на защищенный веб-сайт с помощью сертификата SSL, используется SHA-256. Бьюсь об заклад, вы не задумывались об этом, не так ли? Все мы узнаем что-то новое со временем!

Именно алгоритм SHA-256 реализован во всех выпущенных на настоящий момент специализированных ASIC-майнеров, ASIC-оборудование для других алгоритмов майнинга пока только разрабатывается. Помимо Биткойна, майнинг, основанный на SHA-256, используется в ряде других цифровых валют-клонов. Например, такие альткойны как Peercoin и Namecoin его используют. В последнее время наблюдается всплеск новых SHA-256 монет: Zetacoin, Ocoin, Tekcoin и десятки других.

Задачки посложнее: Scrypt

Алгоритм SHA-256 - не единственный алгоритм, который интересен для майнеров. Вторым по популярности майнинг-алгоритмом в мире криптовалют является Scrypt. История появления Scrypt связана с тем, что уже на ранних этапах существования биткойна стало очевидно, что простота функции SHA-256 позволяет сделать аппаратные решения, которые будут выполнять такие вычисления гораздо эффективнее, чем на обычном компьютерном процессоре (CPU). И действительно, биткойн-майнинг очень быстро мигрировал с CPU на графические процессоры (GPU), затем на программируемые аппаратные устройства (FPGA), после чего вышли специально под него заточенные микросхемы (ASIC). Высокая концентрация специализированной ASIC-мощности представляет проблему для децентрализованной валюты.

Функция хэшинга Scrypt специально разрабатывалась с целью усложнить аппаратные реализации путем увеличения количества ресурсов, требуемых для вычисления. Поэтому (по крайней мере в теории) такой концентрации майнинг-ресурсов как в биткойне не должно произойти, и он останется децентрализованным.

По своей сути, Scrypt-майнинг не сильно отличается от биткойн-майнинга. На вход подается блок данных, к нему применяется хэш-функция, на выходе мы пытаемся получить «красивый хэш». Вот только сама хэш-функция гораздо сложнее в вычислении. Данный алгоритм использует более значительное количество оперативной памяти (памяти с произвольным доступом), чем SHA-256. Память в Scrypt используется для хранения большого вектора псевдослучайных битовых последовательностей, генерируемых в самом начале алгоритма. После создания вектора его элементы запрашиваются в псевдослучайном порядке и комбинируются друг с другом для получения итогового ключа.

Так как алгоритм генерации вектора известен, в принципе возможна реализация scrypt, не требующая особенно много памяти, а высчитывающая каждый элемент в момент обращения. Однако вычисление элемента относительно сложно, и в процессе работы функции scrypt каждый элемент считывается много раз. В Scrypt заложен такой баланс между памятью и временем, что реализации, не использующие память, получаются слишком медленными.

Эта искусственно созданная сложность, весь этот трудоемкий вычислительный процесс и требования к памяти приводят к тому, что любое специализированное оборудование для Scrypt-майнинга не будет на порядки эффективнее универсальных устройств (GPU, CPU). В идеале, добыча монет, основанных на Scrypt, должна осуществляться на одном (или нескольких) компьютерах с большим количеством памяти. Здесь большое значение уделяется видеокартам. Если вы рассматриваете покупку видеокарт для майнинга с использованием Scrypt протокола, то наилучшим вариантом станет приобретение изделия от фирмы ATI. В силу архитектурных различий, производительность майнинга на видеокартах ATI сейчас гораздо выше, чем на Nvidia, хотя в будущем все может измениться.

В конечном счете, все сводится к следующему: протоколы SHA-256 и Scrypt работают ради одной цели – получить перебором «красивый хэш», который даст нам (или, скорее, пулу, на который мы работаем) право удлинить блокчейн и получить за это вознаграждения. Они просто решают поставленную задачу по-разному: в SHA-256 упор на технические возможности аппаратного обеспечения — чем выше производительность, тем лучше результат. А Scrypt требует в работе большой объем памяти. Соответственно, производительность напрямую зависит от размера оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) и видеокарт, установленных в компьютере.

Самым известным альткойном из использующих в майнинге Scrypt является Litecoin. Есть и Dogecoin, Digitalcoin, Franco, Bottlecaps и многие другие. Популярность Scrypt-монет, особенно лайткойна, существенно возросла после того как биткойн-майнинг массово мигрировал на ASIC и бывшие майнеры с видеокартами остались не у дел — их оборудование не может конкурировать со специализированными комбайнами. Вот они и приспособили свои видюшки к лайткойн-майнингу, или к добыче другой экзотики, которую пока еще можно сбыть доверчивым горе-инвесторам, ожидающим чуда.

Крипто-танцы: Scrypt-Jane

Знакомьтесь – это Джейн! Нет, нет, она и Scrypt не состоят в браке, хотя между ними все же есть некие родственные отношения. Scrypt-Jane подобно любой другой девушке любит хорошо провести время. А ее способности к перемешиванию данных и приятели-алгоритмы унесут вас в самые экзотические места! Не понимаете? Сейчас все объясню.

Scypt-Jane поддерживает не менее трех различных систем поточного шифрования. Прежде всего, у нас есть Salsa20/8. Нет, это не латиноамериканский танец — на самом деле, это довольно простая функция. Основная ее работа заключается в приеме 192-байтной строки (из букв или цифр) и дальнейшем ее преобразовании в 64-байтную строку Salsa20 (х).

Непонятно, не так ли? Хорошо, постараюсь использовать меньше теории. Salsa20 состоит из двух частей: потокового шифра для шифрования данных (это, должно быть, звучит более знакомо) и функции сжатия (так называемый алгоритм Rumba20), предназначенной для сжимания строки в 192 байта до 64-байтного значения. Используя лексикон «чайника», можно сказать так: ваша строка может быть длиннее 64 байт, пока не сравняется со значением в 192 байта, при этом строка будет сжата (читай: конвертирована) до 64-байтной строки.

Теперь, когда мы немного разогрелись после сальсы и румбы, пришла пора вводить вторую функцию – ChaCha20. Честно, это не я выдумываю такие названия. ChaCha20 очень похож Salsa20: это такой же поточный шифр. И, тем не менее, он предлагает некоторые дополнительные услуги, такие как увеличение устойчивости к криптоанализу. Он также улучшает перемешивание данных на раунд. То есть, если вы занимаетесь добычей криптовалюты в составе майнерского пула, то вы можете увидеть, что один майнерский раунд (период времени, в течение которого пул находит один блок) может составлять либо длинный, либо короткий промежуток времени. Длительность подобных раундов частично зависит и от улучшенного перемешивания, предлагаемого ChaCha20 из Scrypt-Jane. Есть и другие факторы, влияющие на снижение времени раунда, но об этом позже.

И, наконец, последняя, но не менее важная третья функция перемешивания данных — Salsa6420/8. Сексуальное название, не так ли? Salsa6420/8 является доказательством правильности концепции 64-байтной версии Salsa20/8. Это просто улучшенная версия Salsa20/8, которая позволяет работать с более высокобайтными блоками. Я мог бы продолжить в том же духе выдавать подробную техническую информацию, но, боюсь, что половина из вас, мои дорогие читатели, уже заснула, а остальные принялись за игрушки на своих смартфонах, так что давайте не будем заострять на этом внимание. Просто помните о том, что у Scrypt-Jane имеется три отличных «миксовых партнера».

Но вернемся к реальности! Scrypt-Jane также поддерживает несколько хэш-функций. Одна из них уже очень хорошо известна всем нам – это SHA-256. Она также поддерживает более продвинутый вариант SHA-512. Другие поддерживаемые хэш-функции включают BLAKE256/512, Skein512 и Keccak256/512 (или просто SHA -3).

BLAKE256-512 отличается очень простой разработкой для применения и опирается на уже проанализированные нами компоненты: структуру HAIFA (не будем ее рассматривать в данный момент) и основную функцию ChaCha (которую мы затронули ранее). Наиболее характерные особенности BLAKE – это высокий запас надежности (довольно важная характеристика, но о ней не сейчас) и высокопроизводительная универсальность (что тоже очень важно для майнеров). Что нужно запомнить о BLAKE, так это то, что она может и будет работать быстрее, чем SHA- 2(56) на ряде платформ.

С другой стороны, у нас же есть Skein512. Тех, кто придумывает такие великолепные имена, нужно наградить медалью… Skein («лялька» в переводе на русский) представляет собой хэш-функцию, представленную на конкурсе криптографических хэш алгоритмов. Она сочетает в себе скорость, безопасность, простоту и гибкость. Все мы это очень любим, не так ли? Она также очень эффективна на различных платформах как в аппаратной, так и в программной среде. Вы можете найти алгоритм Skein и на маленьких смарт-картах, с которыми большинство из нас имеет большой опыт работы.

Да уж, танцевально-криптографическая терминология тут просто зубодробительная. Но хватит теории, давайте посмотрим на то, что Scrypt-Jane может сделать для нас. Scrypt-Jane имеет свой ​​собственный вариант масштабирования сложности проблем. Scrypt-Jane использует N-фактор (который является числом), и это число определяет количество памяти, необходимой для решения задач. Значение числа N-фактора возрастает через определенные промежутки времени. Обычно это происходит тогда, когда в блокчейне найдено определенное количество блоков. Всякий раз, когда это число N-фактора увеличивается, снижается эффективность добычи криптовалют, так как требуется все больший объем памяти на выполнение тех же задач. Говоря простым языком, количество выполненных задач снизится, то есть упадет и вероятность нахождения решения.

Scrypt-Jane первоначально была предназначена для майнинга только на процессорах CPU как еще более замороченная замена Scrypt. Но увы, доминирование CPU-майнинга и тут длилось недолго. Майнеры, работающие на GPU, как вороны кружили вокруг Scrypt-Jane монет, стремясь увеличить эффективность добычи и, соответственно, прибыль. Вы можете подумать, что даже в случае уменьшения прибыли, вы сможете вести добычу с GPU в течение более длительного времени по сравнению с майнингом на CPU? Боюсь, что вы ошибаетесь. В конце концов, значение N-фактора будет настолько высоко, что для добычи на Scrypt-Jane GPU будут менее эффективным, чем процессоры CPU. В связи с этим, Scrypt-Jane не так-то легко перевести в специализированный ASIC-майнинг, как SHA-256 или даже Scrypt.

Одной из первых Scrypt-Jane-монет, получивших некоторую популярность, была Yacoin (да, да, Yet Another Coin — «еще одна монета»), правда, популярность этой монеты быстро упала вместе с уменьшением интереса к ней майнеров. Совсем недавно мы были свидетелями появления монет, подобных Copperbars (эффективность майнинга на GPU также упала), и самые свежие дополнения к списку – это валюты TIX и Cryptonerd.

Далее везде

Три описанных алгоритма покрывают более 90% всего зоопарка криптовалют, но, конечно же, есть и другие. Чуть ли не еженедельно появляются предложения относительно все более новых и хитромудрых алгоритмов майнинга — все и не осветить. Из относительно новых можно упомянуть особо «асикоустойчивый» алгоритм Dagger, который собираются использовать в криптовалютной платформе нового поколения Ethereum.

Надеемся, эта статья дала вам лучшее представление о том, что представляют из себя наиболее распространенные криптоалгоритмы майнинга. Если вы занимаетесь майнингом, вы теперь лучше понимаете, что именно происходит в недрах вашего гудящего и перегревающегося майнинг-комбайна, и на что конкретно уходит ваше электричество.

Алгоритм майнинга – это способ добычи криптовалют – биткоинов, лайткоинов и других. Сегодня существует и активно применяется большое количество разных методик.

SHA-256 – традиционный способ

SHA-256 – это классический алгоритм заработка Bitcoin, а также большинства его клонов. Он является хэш-функцией, позволяющей превращать даже крупный объем информации в значение с фиксированным количеством символов. Значение является подписью исходных данных.

Майнинг по этому методу осуществляется за счет мощности специального, центрального или графического процессора. При использовании ПО для добычи криптовалюты, программа отображает преобразовательные процессы, к примеру значение «Accepted 0aef41a3b». Набор цифр и букв – это подпись набора данных, способного включать в себя тысячи и даже миллионы строк.

Чтобы получить подходящую запись приходится перебирать огромное количество вариантов, что усложняет процедуру производства монет и делает ее более продолжительной по времени. При работе нужно получить не просто запись, а определенный хэш, имеющий в начале некоторое количество нулей, число которых определяется заданной сложностью.

Для майнинга по SHA-256 алгоритму требуется максимально мощное оборудование. Чем большей мощностью будет обладать используемое устройство, тем выше будет шанс подбора подходящей записи, которая принесет «шахтеру» заветные Bitcoin.
Именно постоянно увеличиваемые мощности используемого оборудования стали причиной, по которой с помощью обычного компьютера на заработок уже рассчитывать не приходится. Существуют мощнейшие фермы, стоимостью по несколько миллионов долларов, конкурировать с которыми попросту невозможно.

Чтобы повысить свои шансы на составление удачного блока при работе по методике SHA используют специальные ASIC-майнеры. Это специализированные устройства, которые применяются исключительно для хэширования, они обладают намного большей производительностью, чем обычные домашние или игровые компьютеры.

Еще больше шанс успешной добычи вырастает, при объединении большого количества ASIC-устройств в пулы, которые совместно перебирают комбинации, а при нахождении успешного блока, полученные биткоины делят между всеми участниками по мере сделанного ими вклада. Описываемый метод подходит не только для производства Bitcoin, но также для Peercoin, Tekcoin и т. д.

Методика Scrypt – особенности и достоинства

Еще один очень популярный метод майнинга – Scrypt. Его стали активно использовать из-за того, что простота шифра SHA-256 позволила создавать специализированное оборудование, намного более успешно выполняющее необходимые вычисления и операции, нежели CPU. Именно из-за этого сначала стали применяться для хэширования не процессоры компьютеров, а видеокарты, а еще позже АСИКи.

Scrypt усложняет процесс майнинга монет из-за увеличенной нагрузки на оперативку компьютера. По своей сути Scrypt мало чем отличается от SHA-256, он также предполагает обработку информации и ее хэширование, для которого требуются вычисления высокой сложности. Для создания блоков требуется много оперативки. Память хранит вектор битовых последовательностей, которые создаются в начале работы. Когда вектор создан начинается генерация его компонентов, что в конечном итоге приводит к созданию ключа.

Метод создания вектора известен, а потому возможна реализация технологии Scrypt с минимальными затратами памяти, если каждый элемент будет высчитываться в момент обращения. Создатели заложили в систему баланс между временем выполняемых процедур и затрачиваемой оперативкой устройства, то есть процессы, не использующие память, будут занимать очень много времени.

Это искусственное усложнение необходимо, чтобы применение специального оборудования не было слишком эффективным, чтобы с ним могли конкурировать обычные домашние компьютеры с достаточным объемом памяти.

Для повышения эффективности майнинга необходимо использовать мощные видеокарты, желательно от компании ATI. Из-за архитектурных различий, такое оборудование дает лучшие результаты работы, чем GPU карточки от фирмы Nvidia.

В целом, и SHA-256, и Scrypt работают за счет перебора огромного количества хэша для получения подходящего блока, который подойдет для создания блокчейна, а владелец устройства, нашедшего подходящую комбинацию, получит полагающееся ему вознаграждение.

Методики просто предполагают различные варианты решения поставленной задачи. Для SHA-256 важнее всего технические характеристики используемого оборудования, его производительность. Для Scrypt важнее объем памяти ОЗУ и производительность видеокарты.

Существует большое количество альткоинов, добываемых на алгоритме Scrypt. Наиболее популярный и известный – Litecoin, хотя существуют и другие. Популярность метода стала стремительно расти после того, как добыча биткоинов полностью перешла на ASIC-устройства, которым обычные персональные компьютеры не могли создать сколько-нибудь существенной конкуренции.

Другие популярные методы и системы

Scrypt-Jane – еще один популярный алгоритм, главной особенностью которого является одновременная поддержка трех систем криптографии. Scrypt-Jane имеет уникальное средство изменения сложности решаемых проблем. Система использует числовой фактор N. Он определяет объем памяти, требующийся для решения задач. Со временем исходное значение N будет увеличиваться, чаще всего увеличение происходит после нахождения определенного числа записей. При очередном увеличении значения N эффективность майнинга снижается так как для поиска нового блока понадобится больше памяти.

Scrypt-Jane изначально использовали для добычи Yacoin, но интерес к этой валюте был не очень долгим. Затем появились монеты Copperbars, Tix и т. д., но они пока не сумели даже приблизиться к популярности и стоимости биткоинов.

Еще один популярный метод – Ethash или Dagger-Hashimoto . Он используется для получения монет системы Ethereum, Ubiq, Ethereum Classic, Expanse и т.д. Этот алгоритм предполагает использование специального DAG-файла, который представляет собой блок данных размер которого изначально составлял 1 Гб. Файл используется для нахождения новой записи и получения вознаграждения. Во время добычи этот файл загружается в графическую память.

С течением времени, через каждые 30 тысяч найденных блоков, DAG растет. Увеличение файла называется сменой эпох. Каждую новую эпоху файл растет на 8 Мб. Время обнаружения нового блока у разных криптовалют отличается: для Ethereum – 30 секунд, для Ethereum Classic – 90 секунд, для Expanse – 15 секунд.

Для расчета используется видеокарта и к ней предъявляются основные требования при вычислениях. В настоящее время размер DAG составляет 2,15 Гб, что делает невозможным производство валюты с помощью карт, объем памяти которых составляет только 2 Гб. Сейчас для расчетов требуется более мощное и современное оборудование.

Для добычи криптовалюты Dash, известной также как Darkcoin и XCoin используют алгоритм x11 . Он использует 11 раундов хэширования за счет использования разных функций. Это делает методику одной из самых защищенных в мире. В отличие от SHA256 для взлома придется найти уязвимости во всех 11 функциях одновременно, если же будет взломана только 1 функция, разработчики успеют заменить ненадежный хэш.

Алгоритм создавался не только с целью повысить надежность и защиту от взлома, но еще и защитить майнинг от использования ASIC. По принципам работы X-11 мало чем отличается от описанных выше методик. Однако выгодно отличается от них безопасностью, анонимностью, а также существенно меньшим нагревом оборудования. По сравнению со Skrypt для использования X11 требуется на 30, а иногда и на все 50% меньше ресурсов на охлаждение используемого оборудования.

Описанные алгоритмы не очень сильно отличаются друг от друга, однако между ними часто приходится выбирать. Делать свой выбор необходимо с учетом имеющихся у вас возможностей. Для добычи биткоинов подходит SHA, но с ее помощью вряд ли удастся хоть сколько-нибудь заработать, если изначально не вложить несколько тысяч долларов в ASIC и даже с ним сегодня на хорошие результаты работы можно рассчитывать, только если присоединиться к существующему пулу.

Scrypt – менее требовательная методика, но и она очень популярна, а потому уровень конкуренции в работе с Лайткоинами не намного ниже, чем в сфере биткоинов, однако здесь с достаточно мощным компьютером и, войдя в хороший пул, можно надеяться на заработок, отличный от нулевого.

Ушедший 2017 год стал годом взрывной популярности криптовалют и такого же стремительного роста курса «главной» криптомонеты Bitcoin. Эти обстоятельства подогрели интерес не только к спекуляциям и майнингу, но и к самой сути явления. Все больше людей желают докопаться до сути – как же это все работает?

Мы открываем серию материалов, в которых постараемся в максимально доступной форме объяснить, что стоит за этими загадочными акронимами вроде Scrypt, SHA-256, Х11 и прочими. Начнем с важнейшего (но не самого лучшего) для мира криптовалют алгоритма — SHA-256. Именно он является основой разработки Bitcoin. Но перед этим определимся с ключевой терминологией – определим значения терминов «майнинг» и «хэш».

Что такое майнинг?

Вопреки распространенному мнению, майнинг – это не только и не столько добыча самих криптографических денежных знаков, сколько меры по защите этой самой криптовалюты от мошеннический действий. Речь не только о подделке – еще более важной является защита, к примеру, от повторного использования одним и тем же человеком одних и тех же монет. Заработок новых криптомонет при этом тесно сопряжен с их эмиссией и формируется из вознаграждения за нахождение нового блока, отвечающего условиям алгоритма майнинга.

То есть, для того, чтобы «появилась» очередная криптомонета, нужно провести целый комплекс сложнейших вычислений, и найти тот самый заветный «правильный» блок. Этим и занимаются энтузиасты на своем оборудовании. Схема сама себя поддерживает – чтобы повысить защиту криптовалюты и эмитировать новые единицы, необходим майнинг, а чтобы им был смысл заниматься, майнеры получают вознаграждение.

Вкратце, программное обеспечение для майнинга группирует совершенные прежде вычислительные операции в единый блок, который затем преобразовывается немыслимое количество раз для обнаружения хеш-кода особого вида. Обнаружить такой хеш-код, который бы отвечал требованиям алгоритма тем сложнее, чем больше участников вовлечено в процесс. «Правильный» хеш крайне редок, и его обнаружение сродни выигрышу в лотерею.

Что такое хэш?

Выше был упомянут далеко не каждому понятный термин «хеш». Это одно из фундаментальных понятий в шифровании вообще и в алгоритме SHA-256 в частности. Разъясним, что это значит, и пройдемся по важнейших сопутствующих моментах.

Итак, хеширование – это процесс превращения входящего набора данных произвольного объема в исходящую цифровую строку. Это превращение осуществляется по заранее разработанному алгоритму, а исходящая строка полностью уникальна, и служит неким «отпечатком» входящего массива. Именно эту строку и называют хеш-суммой, хеш-кодом или просто хешем. А алгоритм превращения – это хеш-функция.

Приведем пример. Мы можем «скормить» хеш-функции, скажем, текст романа в стихах А. С. Пушкина «Евгений Онегин», и получим на выходе шестнадцатеричный код приблизительно такого вида:. Обратно «развернуть» этот код и превратить его в «Евгения Онегина», конечно же, нельзя. Но стоит только в поэме поменять один-единственный знак, даже просто добавить один пробел, как результирующий хеш преобразится до неузнаваемости. Объем тоже никак не влияет на длину хеш-кода. Так, можно подать на вход функции один символ «а», и на выходе получится точно такой же набор псевдослучайных символов ровно такой же длины.

Теперь подробнее о том, зачем это нужно, и какие по ходу дела возникают сложности. Все интересующиеся темой знают, что майнинг криптовалют на протоколе SHA-256 может осуществляться посредством мощностей центрального процессора, графической карты или специализированного ASIC-устройства. Собственно, в разрезе Биткойна, первый способ уже совершенно не актуален, а майнинг видеокартами доживает свои последние времена. Слишком значительно возросла сложность вычислений, и полумеры уже не подходят.

В интерфейсе программного обеспечения для майнинга процессы преобразования блоков в хеш-суммы отображаются в виде лаконичной строки вида «Accepted 0aef59a3b». Блок может состоять из тысяч или даже сотен тысяч подобных строк, но только одна может служить той самой «подписью» блока, в поиске которой и заключается суть майнинга.

Поиск правильного хеша осуществляется простым перебором результатов решения огромного числа задач. В алгоритме SHA-256 «правильность» хеша определяется количеством нулей в начале хеш-суммы. Вероятность узнать такой хеш-код путем определенных алгоритмом вычислений ничтожно мала – один шанс на миллионы решений. Точная вероятность определяется текущим уровнем сложности в децентрализованной системе конкретной криптовалюты.

Примечательный факт. С алгоритмом SHA-256 каждый из нас неоднократно имел дело, сам того не подозревая, даже безотносительно майнинга криптовалют. Речь о сертификате безопасности SSL, которым защищены очень многие веб-сайты. При посещении такого сайта вы автоматически взаимодействуете с SHA-256, на котором построена работа SSL.

Особенности протокола SHA-256

Для начала немного истории. Изначально алгоритм шифрования SHA-256, вернее, его прототип, был придуман в стенах «зловещего» АНБ (Агентства национальной безопасности США) в теперь уже далеком 2002 году. Уже через пару месяцев он был видоизменен и официально представлен Национальным метрологическим университетом на федеральном уровне. Через два года вышла его вторая, усовершенствованная версия.

Последующие три года Агентство работало над улучшением алгоритма и в конце концов издало патент на его вторую редакцию. Это было сделано под лицензией Royalty-free, что и дало возможность применять новейшую технологию в «мирных» целях.

В конечном счете SHA-256 лег в основу создания первой в мире криптовалюты – Bitcoin. При этом протокол задействуется дважды для повышения защиты.

При проведении вычислений в рамках майнинга в системе Bitcoin признаком пригодности получаемого хеш-кода является число нулей в начале строки. По состоянию на конец 17-го, начало 18-го годов количество требуемых начальных нулей равно 17 (+/-). Вероятность обнаружения такого кода составляет приблизительно 1 к 1.4*10 20 . Это чудовищно малое число, не поддающееся осмыслению и сравнимое с вероятностью отыскать песчинку определенной формы на всех песчаных пляжах нашей планеты. Вот почему майнинг Биткойна требует таких огромных вычислительных мощностей и столько электроэнергии.

Не существует какого-либо способа оптимизировать поиск «правильного» хеша. В протоколе SHA-256 хеш-функция, принимая блок данных, выдает на выходе совершенно непредсказуемое значение. Поэтому нужна итерация (повторение) за итерацией, пока подходящий код не будет найден, еще раз подчеркнем – абсолютно случайным образом .

Теперь мы вынуждены немного «подгрузить» читателя сложной технической информацией, иначе наш рассказ о SHA-256 будет неполным. Если совсем ничего не понятно – просто переходите к следующему разделу статьи.

Работа протокола подразумевает разбиение информации на фрагменты по 512 бит каждый (или 64 байта, что то же самое, так как 1 байт = 8 бит). Затем происходит криптографическое «перемешивание» по заложенной в алгоритме схеме, и на выходе издается хеш-код размером в 256 бит. Операция хеширования производится в 64 итерации, что относительно немного, особенно на фоне новых появившихся криптографических алгоритмов.

Основные технические параметры SHA-256 следующие:

• Размер блока: 64 байт;
• Максимальная длина сообщения: 33 байт;
• Размер результирующего хеш-кода: 32 байт;
• Количество повторений в одном раунде: 64;
• Максимальная скорость: около 140 MiB/s (мебибайт в секунду).

В своей работе алгоритм использует известную методику Меркла-Дамгарда, которая подразумевает разделение начального показателя на блоки сразу после внесения изменений. Блоки, в свою очередь, делятся на 16 слов каждый.

Массив данных проходит через раунд из 64 повторений. Каждое из них запускает процесс хеширования слов, составляющих блок. Пары слов обрабатываются функцией, после чего полученные результаты складываются, и получается корректный хеш-код. Каждый следующий блок вычисляется на основе значения предыдущего. Это безразрывный процесс – вычислять блоки отдельно друг от друга невозможно.

Эволюция SHA-256

Чтобы осознать криптографическую ценность данного алгоритма, снова обратимся к истории. Всерьез испытывать его на прочность начали практически сразу после создания – в 2003 году. Делом занимались профессионалы, но никаких уязвимостей или ошибок найдено не было.

Прошло целых пять лет, когда в 2008 году индийские эксперты все-таки смогли выявить коллизии для целых 22 итераций. Через несколько месяцев упорной работы было предложено успешное решение проблемы.

В ходе анализа работы функциональной части алгоритма тестировалась его устойчивость к двум видам возможных способов обрушения защиты:

• через прообраз: имеется в виду обратное дешифрование изначального сообщения на основе только хеш-строки;
• через обнаружение коллизий: здесь подразумеваются совпадение исходящих данных при условии различия входящих сообщений. То есть, входящие блоки разные, а исходящий хеш одинаков – такого быть не должно.

После того как первая версия SHA-256 провалила испытания по второму признаку, разработчики решили создавать новый механизм шифрования, основанный на кардинально иных принципах. Что и было сделано – в 2012 году был представлен протокол нового поколения, полностью лишенных вышеописанных недостатков.

Недостатки алгоритма

То, что разработчикам удалось исправить собственные ошибки, отнюдь не значит, что SHA-256 им получилось довести до совершенства. Протокол избавился от явных уязвимостей, но его «родные» недостатки остались.

Применение SHA-256 в качестве основы Биткойна стало возможным не в последнюю очередь благодаря тому, что само законодательство США лояльно относилось к этому протоколу. Его разрешалось применять для защиты данных в некоторых госпрограммах, а также допускалось использование в коммерческой сфере.

Отсюда и проистекает ирония судьбы – протокол создавался для одних целей, а наиболее широкое применение нашел в совершенно других. И для тех, первых целей он был более чем эффективным и целесообразным. А вот, для криптовалют оказался слишком простым. Шутка ли, когда в том же Китае уже существуют даже не фермы, а целые «заводы», забитые асик-майнерами.

Каждая итерация в рамках алгоритма выглядит довольно примитивно – элементарная двоичная операция плюс 32-разрядное сложение. Именно поэтому асики на SHA-256 появились столь молниеносно, умножив на ноль все надежды «домашних» майнеров, располагающих только процессором и парочкой видеокарт.

Времена и условия сильно меняются, и протоколу SHA-256 уверенно наступают на пятки другие, более совершенные решения. Тот же Scrypt в процессе вычислений фиксирует сначала 1024 разных хеш-строк, и только после этого проводит сложение и получает окончательный результат. Это несоизмеримо более сложная схема с высочайшими показателями защиты и безопасности криптовалюты.

Резюме

Алгоритм шифрования SHA-256 считался вполне эффективны и надежным до тех пор, пока не начался бум на криптовалюты. На сегодняшний день становится ясно, что на фоне новых решений он уже выглядит довольно слабо. Настолько, что это дало возможность создать специальные устройства, «заточенные» строго на его обход. Это и есть те самые ASIC-майнеры, которые фактически уничтожили майнинг на центральных процессорах и уже добивают майнинг на видеокартах.

Казалось бы, ничего плохого в этом нет – здоровая конкуренция ведь. Но на самом деле использование асиков довольно ощутимо централизует криптовалюту, тем самым нивелируя саму ее идею. Этот факт не мог не подтолкнуть талантливых энтузиастов к созданию новых, более совершенных алгоритмов хеширования. И они не заставили себя ждать.

Протокол SHA-256 на нынешний момент занимает львиную долю рынка криптовалют, но новые альтернативы его уже сейчас уверенно теснят. Например, вторая по популярности и «дороговизне» крипта – Ethereum использует протокол Ethash, который раньше назывался Dagger. Протокол настолько хорош, что Ethereum по сей день держит максимальную децентрализацию, и ASIC-майнеров для его добычи до сих пор не существует в природе. Возможно, именно Ethash придет на смену явно морально устаревшему SHA-256.

Одним из первых альтернативных алгоритмов стал Scrypt, на котором основана одна из самых популярных альткоинов – Litecoin. Это гораздо более продвинутое решение, которое уже не дает асикам таких бесспорных преимуществ. Тем не менее, сверхприбыли от майнинга заставили специалистов Поднебесной вложить массу усилий в разработку технологических решений под Scrypt, и асики на этом протоколе все-таки появились.

Если рассматривать майнинг с позиции обывателя, не искушенного в технических нюансах, то никакой разницы между алгоритмами Scrypt и SHA-256 он не почувствует. Асики на обоих протоколах выглядят почти одинаково, потребляют приблизительно столько же электроэнергии и совершенно одинаково завывают вентиляторами. Другое дело – курсы криптовалют, которые эти самые асики добывают, но это уже совсем другая история.

Следующий материал в рамках данной темы мы посвятим упомянутому альтернативному протоколу шифрования Scrypt.