Алгоритмы майнинга

Алгоритмы майнинга – это правила взаимодействия между участниками сети. Они состоят из механизма достижения консенсуса, а также криптографической хеш-функции. В зависимости от алгоритма майнинга изменяется оптимальное оборудование для добычи цифровых монет.

Каждая криптовалюта работает на блокчейне, но, несмотря на использование технологии децентрализованного реестра, все они имеют разные параметры. Отличия обеспечиваются алгоритмами – каждый из них создает определенные правила работы, которые распространяются на всех участников сети. В статье мы разберем актуальные алгоритмы майнинга, какие криптовалюты их используют и чем они отличаются.

Таблица наиболее популярных криптовалютных алгоритмов

Алгоритм	Криптовалюта
SHA-256	Bitcoin, Bitcoin Cash, EOS, Steem, Litecoin Cash
Ethash	Ethereum, Ethereum Classic
Scrypt	Litecoin
CryptoNight	Monero, Bytecoin, Electroneum, CryptoNoteCoin, DarkNetCoin
X11	Dash
Equihash	Zcash, Bitcoin Gold, Komodo, ZClassic, ZenCash, Bitcoin Private
ProgPow	Bitcoin Interest, Veil, Zano, EtherCore, Super Zero, Epic Cash
Quark	Quark, Amsterdam Coin, Darknet, BiosCrypto, Dimecoin

1. Алгоритм SHA-256

Secure Hash Algorithm – безопасный алгоритм хеширования, который появился в 2001 году. Цифра отображает размер чисел – 256 бит. За разработку алгоритма отвечает АНБ США. Первоначальная задумка заключалась в обеспечении высокого уровня конфиденциальности в протоколах TLS, SSL, SSH и PGP. В 2003 году ученые Гилберт и Хандштук подтвердили безопасность алгоритма. Позже, в 2008 году, исследователи из Индии все же нашли коллизии – разные сообщения с одинаковым хешем. В сентябре того же года они представили более безопасный метод конструирования алгоритма.

Наработки АНБ использовал Сатоши Накамото для обеспечения анонимности в сети Bitcoin, которая была запущена 3 января 2009 года. Поскольку у криптовалюты открытый исходных код, его часто использовали для создания других цифровых монет. Однако главный недостаток SHA-256 заключается в более медленной работе. Из-за этого начали появляться монеты на других алгоритмах.

SHA-256 нашел применение не только в криптовалютах. Сегодня его используют:

• OpenLab – хеши паролей;
• DNSSEC – дайджесты DNSKEY в протоколе DNSSEC;
• X.509, DSA и PGP – создание электронной цифровой подписи;
• IPSec – поддержка в протоколах ESP и IKE.

Ранее для эффективного майнинга на SHA-256 подходил обычный персональный компьютер. Однако со временем хешрейт сети начал стремительно увеличиваться, из-за чего рентабельность добычи криптовалюты подобным образом начала падать. Ситуация ухудшилась с появлением ASIC – теперь из-за особенностей алгоритма SHA-256 добывать BTC имеет смысл только с использованием специального оборудования. C этого момента началась «гонка вооружений», поскольку практически каждый год появляются новые, более мощные модели.

2. Алгоритм Ethash

Ethash – обновленная версия алгоритма Dagger Hashimoto, который был получен благодаря объединению Hashimoto Thaddeus Dryja и Dagger. Последний был разработан Виталиком Бутерином. Разработчики алгоритма ставили перед собой следующие цели:

1. усложнить создание ASIC;
2. обеспечить легкую проверку клиента;
3. обеспечить полное хранение цепочки блоков.

Несмотря на попытки усложнить производство ASIC, в 2018 году компания Bitmain объявила о создании специализированного оборудования для добычи Ethereum. Подобная ситуация не устраивала разработчиков Ethereum, и они объявили о брикетировании. Сеть может обновиться в любой момент, из-за чего ASIC перестанет приносить деньги. Позже разработчики объявили о переходе на POS – это сделает дальнейшее производство ASIC бессмысленным.

Для майнинга монет на базе Ethash в текущих условиях лучше всего подходят видеокарты. При майнинге в память видеокарты загружается DAG-файл. Размер этого документа постепенно растет. Вес файла уже превысил 4 ГБ. Для майнинга необходимо иметь видеокарты с объемом памяти от 6 ГБ. Однако и она через несколько лет перестанет приносить прибыль.

С проблемой увеличения DAG-файла столкнулась и другая криптовалюта – Ethereum Classic. Когда вес документа приблизился к значению 3,96 ГБ, разработчики приняли решение обновить алгоритм и уменьшить размер файла до 2,5 ГБ. В противном случае из-за низкой популярности сети существовал риск, что основная часть хешрейта достанется маленькой группе лиц.

3. Алгоритм Scrypt

Scrypt получил популярность после появления Litecoin. Однако автором алгоритма является не создатель криптовалюты Чарльз Ли, а офицер безопасности FreeBSD Колин Персиваль. Разработчик пытался защитить алгоритм от действий ASIC. Для вычисления функций алгоритму требуется значительный объем памяти со случайным доступом. В конечном результате это сделало Litecoin более гибким, нежели Bitcoin.

Для майнинга криптовалют на базе Scrypt подойдет центральный и графический процессоры. Однако считается, что видеокарты лучше справляются с майнингом монет за счет большей производительности. Из-за низкой стоимости большинство майнеров отдает предпочтение картам от AMD. Однако, несмотря на попытки разработчиков защитить криптовалюту от специализированного оборудования, на рынке представлено несколько эффективных вариантов ASIC-ов, поэтому добывать LTC с помощью видеокарт стало менее выгодно.

В качестве решения проблемы появилась модернизированная вариация алгоритма Scrypt-N. Его отличие заключается в постоянном повышении требуемой памяти, из-за чего создавать ASIC становится бессмысленно. Впервые этот алгоритм использовали для создания монеты Vertcoin. Несмотря на свою уникальность и отличие от Litecoin, она так и не обрела популярность. По данным CoinsMarketCap, она занимает 538-е место по размеру капитализации.

Еще одной вариацией стал NeoScrypt. Изначально базовый алгоритм изменялся под потребности криптовалюты Feathercoin. Алгоритм также пытались наделить устойчивостью к ASIC. NeoScrypt используют несколько монет – VIVO, Phoenixcoin, Innova. Из них внимания заслуживает только первая. Ей удается удерживать позиции в топ-100 криптовалют по версии CoinMarketCap. По своим характеристикам VIVO можно сравнить с Dash – монета также предоставляет высокий уровень анонимности.

4. Алгоритм CryptoNight

CryptoNight – популярный алгоритм майнинга, главной особенностью которого является обеспечение анонимности за счет использования CryptoNote. Повышенную конфиденциальность смог реализовать американский специалист Бернштейн. Ему удалось добавить в алгоритм затемнение кода в каждой подписи. Небольшие изменения исходного кода позволили также реализовать систему миксинга – все транзакции перемешиваются между собой для дополнительной защиты данных.

По сравнению с вышеперечисленными алгоритмами, CryptoNight наименее требовательный, за счет чего криптовалюту можно добывать с помощью центрального процессора. Такой подход делает Monero и другие монеты более доступными для широких масс, тем не менее рентабельность майнинга все равно остается под вопросом из-за цен на электричество. Среди основных преимуществ CryptoNight выделяют:

• постепенное уменьшение эмиссии;
• высокая скорость создания блоков;
• сопротивление ASIC;
• возможность задействовать CPU и GPU;
• более высокий уровень анонимности, чем у SHA-256 или других алгоритмов.

Несмотря на защищенность от ASIC, производителям все же удалось создать специализированное оборудование для добычи криптовалюты, например monero майнинг. После этого, в 2018 году, разработчики криптовалюты приняли решение провести хардфорк и перейти на улучшенную версию алгоритма – CryptoNight V8. Это позволило исправить некоторые ошибки и сделать неэффективными любые ASIC. Однако из-за этого немного упала эффективность добычи криптовалюты на видеокартах. Хардфорк позволил решить проблему, но через год разработчики столкнулись с другой – централизация мощностей. Мыслями о возможной атаке 51 % поделился блогер по майнингу ValeraTV.

В этот раз вместо банального улучшения старого алгоритма перешли на другой – RandomX. Его особенность заключается в произвольном выполнении разных частей кода и загрузке памяти устройств. Из-за нового алгоритма хешрейт GPU и CPU несколько снизился, но сильнее всего пострадают ASIC – подобное оборудование перестанет быть эффективным, а самим производителям будет выгоднее затачивать технику под другие монеты.

5. Алгоритм Х11 и выше

Х11 – алгоритм майнинга, который использует 11 функций для хеширования. Подобный подход обеспечивает высокую степень безопасности и защищенность от ASIC. В теории разработчикам потребуется очень много времени на создание специализированного оборудования. Впервые алгоритм начал использоваться криптовалютой Darkcoin, которая появилась в 2014 году. Через год она сменила название на Dash. Сегодня dash майнинг доступен на видеокартах и асиках с поддержкой Х11.

Первые несколько лет производство ASIC удавалось сдерживать, но в 2016 году производители все же смогли найти решение. Это дало толчок для развития обновленных версий алгоритма. Так появились новые версии алгоритма — X13, Х15 и Х17. Их базовый принцип работы практически не отличается, поскольку они лишь добавляют количество функций. Не трудно догадаться, что последний вариант считается наиболее защищенным от ASIC. Алгоритм X17 используют следующие криптовалюты:

• Verge;
• MKTCoin;
• SHIELD;
• Bitmark;
• Volvox;
• GlobalToken.

Наиболее популярной из них считается Verge – она занимает 85-е место по размеру капитализации (по данным CoinMarketCap). В отличие от Х11, для Х17 еще нет разработанного ASIC, соответственно, для добычи Verge и аналогичных криптовалют подходит CPU и GPU. Это положительно сказывается на хешрейте, но из-за низкой популярности большинства монет майнинг может оказаться убыточным из-за высоких тарифов на электричество.

6. Алгоритм Equihash

Equihash – анонимный алгоритм, который появился в 2016 году. Его использовали при создании криптовалюты Zcash. Сейчас монета находится на 32-м месте в рейтинге CoinMarketCap. Алгоритм позволяет публиковать платежи в блокчейне, но при этом скрывает отправителя, получателя и сумму перевода. Его авторами являются Александр Бирюков и Дмитрий Ховратов – ученые из Люксембурга. В свое время отдельные личности называли Zcash наиболее привлекательной заменой биткоину из-за подлинного уровня анонимности – происхождение монеты невозможно установить за счет доказательства с нулевым разглашением.

Equihash достаточно требовательный к объему памяти, при этом скорость обработки вычислений играет меньшую роль. Подобное решение также делает сеть устойчивой к ASIC, однако со временем производители смогли создать машину для эффективного майнинга – Antminer Z9 mini от Bitmain и A9 ZMaster. Создатели Zcash отказались от проведения хардфорка или других методов борьбы с ASIC. В результате стоимость криптовалюты сильно упала – ранее Zcash уверенно входил в топ-10 криптовалют и имел шансы закрепиться в списке.

В качестве альтернативного варианта появилась криптовалюта Zero. Она использует улучшенный алгоритм EquihashZero, который лучше защищает сеть от ASIC. Пока у производителей не получилось создать специализированную технику, поэтому майнеры используют GPU. Однако монета Zero практически не торгуется на биржах, и ее популярность быстро падает.

7. Алгоритм ProgPow

ProgPow появился в 2018 году. Это очередной алгоритм, который разработали для борьбы с ASIC. Его начали использовать после хардфорка первой криптовалюты – на рынке появилась новая монета Bitcoin Interest. На новый алгоритм обратили внимание разработчики Ethereum, в том числе и Виталик Бутерин. Несмотря на хайп вокруг монеты, она достаточно быстро подешевела.

За 2 года ни один производитель не представил ASIC для майнинга монет на алгоритме ProgPow, однако причина кроется не только в хорошей защищенности. Ни одна монета так не смогла пробиться в топ-20, из-за чего многие из них пользуются низкой популярностью как среди покупателей, так и среди майнеров. Подробнее ознакомиться с тестами алгоритма ProgPow можно в видео от ValeraTV.

8. Алгоритм Quark

Алгоритм Quark появился в 2013 году. За его разработку отвечали Жан-Филипп Аумассон, Вилли Мейер, Мария Ная-Пласения и Лука Хензен. Главное отличие от других алгоритмов заключается в параллельном использовании 6 хеш-функций: Grostl, Blue Midnight Wish, Keccak, JH, Skein, Blake. Необходимость создания Quark объясняется возможностью использовать приложения с протоколом RFID, который нуждается в облегченных хеш-функциях.

Позже алгоритм Quark нашел применение в криптовалютах. Его использовали для реализации как PoW-, так и PoS-майнинга. В первом случае для криптовалют подходили обычные компьютеры. На старте CPU майнинг был достаточно эффективным, но из-за увеличения хешрейта пользователям со временем пришлось использовать GPU. Монеты на Quark не получили широкой популярности, поэтому использовать видеокарты рентабельнее для майнинга эфира и других монет.

Позже появились ASIC-устройства – Baikal miner BK-X и Baikal Giant+ A2000. Они выдают по 900 Mh/s и 2000 Mh/s. Для сравнения: GTX 1070 от NVIDIA дает всего лишь 25,86 Mh/s. Такая большая разность в мощности убила майнинг Quark на видеокартах окончательно. Сейчас одноименная монета занимает 1028-е место, а ее добычей практически никто не занимается. Криптовалюту поддерживают три маленькие биржи.

Какой алгоритм майнинга наиболее выгодный

Перед началом добычи криптовалют следует определить рентабельность майнинга. Для этого следует учитывать такие факторы:

• Стоимость электричества. Крупные майнеры специально создают большие предприятия в особых экономических зонах с дешевой электроэнергией.
• Цена оборудования. Чем дольше срок окупаемости оборудования, тем выше риск, что со временем техника перестанет приносить прибыль, при этом владелец не успеет ее окупить.
• Курс монеты. Bitcoin и другие криптовалюты отличаются высокой волатильностью. Майнерам следует внимательно следить за котировками, чтобы продавать цифровые активы по выгодной цене.
• Хешрейт. Чем выше хешрейт относительно показателей пользователя, тем меньше будет сумма вознаграждения.

Несмотря на постоянные колебания курса и хешрейта, на протяжении последних лет наибольшей популярностью пользуются алгоритмы SHA-256 и Ethash, на которых работают Bitcoin и Ethereum соответственно. Для майнинга BTC пользователи используют ASIC (например, Antminer S17), а для добычи ETH лучше подходят видеокарты (например, AMD Radeon VII).

Майнинг биткоин кэш это сложный процесс решения специальных математических уравнений, которые позволяют майнерам контролировать транзакции и составлять из них сети блоков. Реализация происходит при помощи алгоритма SHA-256.

Рассчитать доходность можно с помощью сайта WhatToMine – это онлайн-калькулятор, который следит за доходностью всех известных алгоритмов. На сайте можно быстро рассчитать доходность GPU. Для этого перейдите в раздел «GPU», выберите видеокарту и укажите количество. Сайт автоматически рассчитает хешрейт по каждому алгоритму. У четырех Radeon VII следующие результаты:

Алгоритм	Хешрейт	Мощность
Ethash	320 Mh/s	840 Вт
RandomX	5600 h/s	680 Вт
NeoScrypt	8600 kh/s	920 Вт
Equihash	118 h/s	800 Вт

Еще ниже находятся данные о доходности каждой монеты в порядке убывания. Соответственно, с использованием 4 Radeon VII выгоднее всего добывать Ethereum. Эта криптовалюта приносит до $21,02. Чистая прибыль при стоимости электричества $0,1 за 1 кВт составляет $19,00. В подобных условиях окупаемость фермы может варьироваться от 210 до 300 дней. Подробнее узнать об эффективности майнинга криптовалют на разном оборудовании можно в статье «Рентабельность майнинг-фермы».

Заключение

Рассмотрев наиболее популярные алгоритмы, можно сделать следующие выводы:

1. Если вначале разработчики создавали альткоины, которые слабо отличаются от Bitcoin, то после 2014 года начали появляться цифровые монеты с повышенной конфиденциальностью и защищенностью от ASIC. Ранее мы подробно рассмотрели историю криптовалют.
2. Основная часть разработчиков старается защитить оборудование от ASIC, однако, несмотря на технологическое совершенство, Bitcoin по-прежнему остается наиболее популярной криптовалютой. Инвесторы, трейдеры и остальные пользователи не особо задумываются о майнинге монет, а просто покупают их на рынке.
3. Для добычи криптовалют лучше собирать ферму из видеокарт. GPU – более гибкий вариант, который подойдет для большинства актуальных криптовалют. Вдобавок видеокарты обходятся дешевле, чем ASIC.