0 67 хеша в день
Майнинг на бумаге, при помощи дыхания и другие способы добычи криптовалют
Самые первый биткоины были добыты на обычных центральных процессорах, которые обеспечивают работу персональных компьютеров. За 12 лет индустрия майнинга первой криптовалюты выросла в тысячи раз. На смену процессорам и видеокартам пришли существенно их превосходящие по вычислительной мощности промышленные ASIC-майнеры. Однако энтузиасты создавали и другие, необычные способы майнинга.
Лунная миссия «Аполлон»
Программист из США Кен Ширифф попробовал заняться добычей криптовалюты на бортовом управляющем компьютере (AGC), который использовался на командных и лунных модулях миссии «Аполлон». Устройство было создано в 1960-х годах и на тот момент являлось передовой разработкой.
В 2019 году, когда средний хешрейт биткоина составлял 71 Eh/s (экзахеш в секунду), по данным BitInfoCharts, 15-битная вычислительная машина добывала один хеш за 5,1 секунды. 1 экзахеш — это 1 квинтиллион хешей.
Уже на тот момент Ширифф понял, что AGC никогда не добудет даже одного блока, поскольку для этого устройству необходимо в миллиард раз больше времени, чем существует Вселенная. В среднем на нахождение одного блока биткоина уходит около 10 минут, поэтому AGC не будет успевать проводить вычисления для добычи криптовалюты.
Добыча блоков на листе бумаги
Кен Ширифф пошел еще дальше и попробовал способ добычи биткоина, для которого не требуется никаких устройств. Разработчик решал математические задачи, необходимые для добычи, вручную на листе бумаги, а затем результаты расчетов самостоятельно вносил в блокчейн.
Решение одного цикла алгоритма, необходимого для добычи хеша, занимало у Шириффа в среднем 16 минут 45 секунд. Это обеспечивало 0,67 хеша в день. Главный минус этого способа заключается в том, что майнинг прекращался, как только программист переставал самостоятельно производить вычисления. Для сравнения, бортовой управляющий компьютер, на котором Ширифф также пытался добывать цифровые монеты, получал хеш каждые 5 секунд.
Майнинг дыханием
Британский исследователь Макс Дуви в 2017 году предложил майнить криптовалюту с помощью дыхания. Дуви создал устройство для добычи цифровых монет на основе спирометра (медицинский инструмент для измерения объема легких). Подключенный к спирометру микрокомпьютер Raspberry Pi преобразует дыхание в вычислительную мощность, которая используется для добычи Monero (XMR).
Мечети и бесплатное электричество
Нередко майнеры придумывают необычные способы получения электричества для добычи цифровых денег. Сейчас в Иране действует временный запрет на майнинг криптовалют из-за засухи, которая привела к дефициту электроэнергии в результате малой эффективности гидроэлектростанций. До сих пор власти страны продолжают бороться с предприятиями по добыче криптовалют, которые работают незаконно.
В Иране мечети обеспечивают бесплатным электричеством. В 2019 году представитель министерства энергетики Ирана Мустафа Раджаби Машхади призвал к борьбе с мечетями, которые, по его словам, тратят энергоресурсы впустую, занимаясь майнингом. Машхади опубликовал в Twitter фотографию одну из таких мечетей с установками для добычи криптовалют.
Использование тепла
При работе ASIC-майнеров образуется большое количество тепловой энергии, поэтому на майнинг-фермах используются системы охлаждения. Сооснователь чешской криптобиржи NakamotoX Камил Брейча решил использовать эту энергию от майнеров для обогрева овощных теплиц.
Брейча запустил блокчейн-стартап Agritechture, который начал размещать ASIC-майнеры в теплицах, где выращивают помидоры.
Больше новостей о криптовалютах вы найдете в нашем телеграм-канале РБК-Крипто.
Hash калькулятор
Как использовать калькулятор преобразования мощности?
Чтобы использовать этот калькулятор, просто введите мощность хэширования вашего оборудования для майнинга, и он автоматически конвертируется во все остальные единицы.
У вас есть новый ASIC или вы просто установили новую видеокарту для майнинга? Возможно, вы ищете способ преобразовать вашу хэш-мощность из одной единицы измерения в другую?
С помощью этого простого калькулятора хеширования вы можете конвертировать Hash в KiloHash, MegaHash, GigaHash, TeraHash, PetaHash, ExaHash, ZettaHash и наоборот.
Добавляйте данный калькулятор в закладки, чтобы оперативно конвертировать мощности
Например, текущий хэшрейт сети Bitcoin 33 Ph/с. Чтобы преобразовать это значение в TeraHash, или GigaHash, вы можете использовать этот калькулятор. Так зачем же конвертировать хэшрейт?
Например, допустим, у вас есть ASIC, способный выдавать 14 TH / с. Вы можете использовать калькулятор, чтобы преобразовать и сравнить вашу мощность хэширования с общим хэшрейтом сети. Чем выше хэшрейт, тем быстрее вы сможете решить блок.
Вы можете преобразовать хэшрейт майнинг пула и сравнить его с результатами, показанными в проводнике блоков. Мы приводим этот простой пример, чтобы дать общее представление о возможности использования калькулятора.
Примечание. Алгоритм хэширования, используемый каждой монетой, разный, поэтому хэшрейт имеет значение. Например, Ethereum использует алгоритм Ethash (модифицированная версия Dagger-Hashimoto), а его сложность измеряется в Хэшах. А вот Zcash использует алгоритм Equihash, и его сложность измеряется в Sol/s (решений в секунду). Так что при конвертации введите правильную метрику и не путайте ее с другим алгоритмом, так как вы получаете совершенно разные скорости.
| Единица Хэшрейта | Хэшрейт | Хэши в секунду |
|---|---|---|
| 1 kH/s | 1000 | Тысяча |
| 1 MH/s | 1000000 | Один миллион |
| 1 GH/s | 1000000000 | Один миллиард |
| 1 TH/s | 1,000,000,000,000 | Один триллион |
| 1 PH/s | 1.000.000.000.000.000 | Один квадриллион |
| 1 EH/s | 1.000.000.000.000.000.000 | Один квинтиллион |
| 1 ZH/s | 1.000.000.000.000.000.000.000 | Один секстиллион |
Разница между H/s, kH/s, MH/s, GH/s, TH/s, PH/s, EH/s и ZH/s
Все эти единицы (kH / s, Mh / s, GHs и т. д.) являются общими терминами, используемыми в майнинг операциях. Это скорость, с которой данное оборудование для майнинга решает блок. Все это называется скоростью хеширования и вычисляется как хэшрейт, генерируемый в секунду (Н/s). Показатели хешрейта измеряются в стандартных метрических префиксах так же, как выражаются масса, объем, длина и время.
kH/s (кило хешей в секунду) = 1000 H/s
MH/s (Мега хешей в секунду) = 1 000 000 H/s
GH/s (гига хэшей в секунду) = 1 000 000 000 H/s
TH/s (тера хешей в секунду) = 1 000 000 000 000 H/s
Примечание. За исключением символа k в kH/s, все остальные единицы обозначаются заглавными буквами. Прописная буква K представляет собой Кельвин, который является базовой единицей температуры в Международной системе единиц.
Майним Bitcoin с помощью бумаги и ручки
В один прекрасный момент мне захотелось прикинуть, насколько быстро можно майнить биткойны вручную. Оказалось, что для майнинга используется хеширование SHA-256, а оно достаточно простое и может быть вычислено даже без компьютера. Само собой, процесс очень небыстрый и совершенно непрактичный. Но, пройдя все шаги на бумажке, можно хорошо разобраться в деталях работы алгоритма.
Один криптографический раунд
Майнинг
Ключевая часть всей системы безопасности биткойна — майнинг. Основная идея заключается в том, что майнеры группируют биткойн-транзакции в один блок, который уже подвергают хэшированию неисчислимое число для нахождения очень редкого значения хэша, подпадающего под специальные условия. Когда такое значение находится, блок считается смайненным и попадает в цепочку блоков. Само по себе хэширование не несёт никакой полезной цели кроме увеличения сложности поиска правильного блока. Таким образом, это одна из гарантий того, что никто в одиночку с любым существующим набором ресурсов не сможет взять под контроль всю систему. Подробнее про майнинг можно почитать в моей прошлой статье.
На схеме ниже показан типичный блок в цепочке и его хэш. Желтым выделены байты, которые и участвуют в процессе хэширования. В данном примере хэш валиден и имеет достаточное число нулей в своём начале. Однако это нечастый случай, и обычно майнеру приходится перебирать значение поля nonce или других доступных для изменения данных.
Структура биткойн-блока
SHA-256
Алгоритм работает с данными, разбитыми на куски по 512 бит (64 байт), криптографически их смешивает и выдаёт 256-битный (32 байта) хэш. SHA-256 состоит из относительно простого раунда, повторяющегося 64 раза. Снизу, как раз, и показан такой раунд, принимающий на вход 8 4-байтовых слов — от A до H.
Один раунд SHA-256 для восьми входных слов A-H. Схема нарисована kockmeyer, CC BY-SA 3.0.
Синие блоки нелинейно перемешивают биты для усложнения криптографического анализа. Причём для еще большей надежности используются разные функции перемешивания (если вы сможете найти математическую лазейку для быстрого генерирования валидных хэшей, то возьмёте под контроль весь процесс майнинга биткойнов).
Функция большинства (Ma блок) побитово работает со словами A, B и C. Для каждой битовой позиции она возвращает 0, если большинство входных битов в этой позиции — нули, иначе вернёт 1.
Блок Σ0 циклически сдвигает A на 2 бита, затем исходное слово A циклически сдвигается на 13 бит, и, аналогично, на 22 бита. Получившиеся три сдвинутые версии A побитово складываются по модулю 2 (обычный xor, (A ror 2) xor (A ror 13) xor (A ror 22)).
Ch реализует функцию выбора. На каждой битовой позиции проверяется бит из E, если он равен единице, то на выход идёт бит из F с этой позиции, иначе бит из G. Таким образом, биты из F и G перемешиваются, исходя из значения E.
Σ1 по структуре аналогичен Σ0, но работает со словом E, а соответствующие сдвиговые константы — 6, 11 и 25.
Красные блоки выполняют 32-битное сложение, формируя новые значения для выходных слов A и E. Значение Wt генерируется на основе входных данных (это происходит в том участке алгоритма, который получает и обрабатывает хэшируемые данные. Он вне нашего рассмотрения). Kt — своя константа для каждого раунда. [2]
На схеме сверху заметно, что только A и E меняются за один криптографический раунд. Остальные слова не меняются, но сдвигаются на выходе — старое A превращается в выходное B, старое B — в новое C, и так далее. Хотя отдельный раунд алгоритма не сильно изменяет данные, но после 64 раундов, входная информация будет полностью зашифрованной. [3]
Майним вручную
На видео я показываю как можно пройти все описанные шаги с помощью ручки и бумаги. Я выполнил первый раунд хэширования для майнинга блока. Заняло это у меня 16 минут, 45 секунд.
Немного поясню что происходит: я записал слова от A до H в шестнадцатеричной форме, и под каждым сделал перевод в двоичный вид. Результат выполнения блока Ma находится под словом C, а значения A после сдвигов и сам выход Σ0 располагаются над строкой с A. Функция выбора появляется под G, и, наконец, соответствующие сдвинутые версии E и значение после блока Σ1 идут над строкой с E. В нижнем правом углу произвёл сложение, результат которого участвует в вычислении и нового A, и нового E (первые три красных блока суммирования). Справа сверху я рассчитал новое значение A, а посерёдке располагается уже расчет нового значения E. Все эти шаги обсуждались выше и легко могут быть отслежены на схеме.
Кроме того раунда, что показан в видео, я провёл еще один — последний 64-ый хэшируюший раунд для конкретного биткойн-блока. На фотографии значение хэша выделено желтым. Количество нулей подтверждает, что это валидный биткойн-хэш. Заметьте, что нули располагаются в конце хэша, а не в начале, как я писал ранее. Причина заключается в том, что биткойн, просто-напросто, переворачивает байты полученные SHA-256. [4]
Последний раунд SHA-256, в результате которого виден успешно смайненный биткойн-блок
Что всё это значит для проектирования «железных» майнеров?
Каждый шаг в SHA-256 очень просто выглядит в цифровой логике — простые битовые операции и 32-битные суммирования (если вы когда-либо изучали схемотехнику, то, скорее всего, уже представили себе как это может выглядеть в железе). Поэтому ASIC-микросхемы реализуют SHA-256 очень эффективно, размещая параллельно сотни блоков исполнения SHA-256 раундов. Фотография ниже показывает микросхему для майнинга, которая может вычислять 2-3 миллиарда хэшей в секунду. На Zeptobars можно поглядеть больше фото.
Снимок кремниевого кристалла ASIC-микросхемы Bitfury, которая может майнить биткойны со скоростью в 2-3 гигахэшей в секунду. Картинка с Zeptobars. (CC BY 3.0)
Заключение
SHA-256 неожиданно оказался настолько простым, что может быть вычислен даже вручную (алгоритм на эллиптических кривых, который используется для подписи биткойн-транзакции, был бы куда более мучительным, так как содержит кучу перемножений 32-байтных чисел). Расчет одного раунда SHA-256 занял у меня 16 минут, 45 секунд. С такой производительностью хэширование всего биткойн-блока (128 раундов [3]) займёт 1,49 суток, то есть получаем скорость хэширования в 0,67 хэшей в день (на самом деле, конечно же, с практикой процесс бы ускорился). Для сравнения, текущее поколение биткойн-майнеров производит несколько терахэшей в секунду, что примерно в квинтиллион раз быстрее меня. Думаю, очевидно, что ручной майнинг биткойнов не очень практичен. [5]
Читатель с reddit’a спросил о моих затратах энергии. Так как я не прилагаю каких-то серьезных физических усилий, то можно предположить что скорость метаболизма будет 1500 килокалорий в день, тогда получаем, что ручное хэширование требует почти 10 мегаджоулей за хэш. Типичное потребление энергии для железного майнера — 1000 магехэшей за джоуль. Таким образом, я менее энергоэффективен чем специализированная железка в 10^16 раз (10 квадриллионов). Другой вопрос в стоимости энергии. Дешевым источником питания являются пончики по 23 цента за 200 килокалорий. Электроэнергия у меня стоит 15 центов за киловатт-час, что дешевле пончиков в 6.7 раз. В итоге, стоимость энергии в пересчете на хэш для меня, как человека-майнера, в 67 квадриллионов раз выше. Да-а-а, понятно, что я не ухвачу удачу за хвост ручным майнингом биткойнов, и это еще не учитывая стоимость бумаги и ручек!