Эволюция майнинга криптовалют
Интересно, предполагал ли Сатоши Накамото, создатель биткоина, что уже через несколько лет после первой его транзакции рядовому пользователю этой криптовалюты не останется места в рядах майнеров?
Когда выросла популярность биткоина и увеличилась его цена, сложность расчета хеша стала недоступной для процессоров бытового уровня. Блокчейн первой криптовалюты оказался в руках профессионалов, вооруженных недешевыми устройствами – майнерами.
Возможно, Накамото и предвидел подобное развитие событий, потому что у биткоина были предшественники, которые первыми столкнулись со многими достоинствами и недостатками технологии.
Как все начиналось
Механизм майнинга, как и сама идея децентрализованной цифровой валюты, не был изобретением Сатоши Накамото. В течение как минимум десятилетия до появления white paper биткоина энтузиасты создавали свои варианты электронных денег с аналогичной реализацией защиты транзакций.
Например, в 1998 году стартовал проект Ника Сзабо (Nick Szabo) под названием Bit Gold, и в нем использовался механизм Proof of Work, похожий на тот, что работает и сейчас в биткоине.
Еще раньше, в 1997 году, появился проект Hashcash, в котором вычисление определенной задачи на компьютере пользователя было использовано для предотвращения спам-рассылок в email-переписке и для защиты от DDOS-атак. Доказательство выполнения работы (Proof of Work) – это гарантия того, что отправитель письма не является спамером, которому такие затраты очевидно невыгодны.
Стали известны и проблемы с реализацией этого механизма. Например, трудность настройки необходимого объема работы – разные компьютеры имели разную вычислительную мощность, и то, что для одних было необременительной задачей, для других требовало всех доступных ресурсов. Кроме того, вычислительная техника постоянно совершенствовалась – для каждого нового поколения компьютеров старые настройки объема работы были неэффективны.
2009
В этом году был создан первый блок и при помощи майнинга были сгенерированы первые биткоины. Такие проекты, как Hashcash, Bit Gold, Digicash и B-Money, показали возможности, слабые места и потенциал цифровой валюты – это было учтено Сатоши Накамото. Самыми важными качествами и источниками успеха биткоина стали децентрализованность, криптографические алгоритмы и развитие проекта в рамках open source.
Открытое программное обеспечение давало возможность присоединяться к проекту все новым и новым энтузиастам. Настоящая децентрализация не позволяла лидеру или руководящему органу стать слабым местом – некого преследовать, никто не давит авторитетом, нет головного офиса, в который можно прийти с обыском и изъять активы.
Зачем майнинг биткоину?
Майнинг – это главный механизм подтверждения транзакций и генерации новых монет биткоина. Майнер (участник сети криптовалюты) устанавливает на своем вычислительном устройстве (в самом начале – на обычном персональном компьютере) программу-клиент и подключается к сети биткоина.
Цель майнера – создание нового блока, за который система выплатит ему вознаграждение. Новый блок – это виртуальный контейнер данных о текущих транзакциях и предыдущих блоках. Создание блока – это вычислительная операция по поиску определенного числа (хеша), заданного системой биткоина.
В сети биткоина действует несколько автоматических механизмов, и один из них – регулирование сложности расчета хеша. Через каждые 2016 новых блоков система пересчитывает эту сложность и устанавливает целевое значение таким, чтобы компьютеры сети вычисляли хеш приблизительно за 10 минут.
Другой автоматический механизм – это величина вознаграждения майнеру: через каждые 210 000 блоков эта награда уменьшается системой в два раза. Изначально было 50, в 2012 году стало 25, в 2016 году – 12,5 биткоина.
Почему майнинг биткоина так сложен?
Сатоши Накамото внедрил механизм доказательства работы в систему биткоина в качестве фактора, регулирующего выпуск системой новых монет и позволяющего справедливо распределять награду участникам сети, которые обеспечивают ее функционирование.
Однако ирония в том, что со временем, когда система доказала свою эффективность и стойкость, именно это и стало причиной появления в сети профессионалов, зарабатывающих на майнинге и вытеснивших рядовых участников.
Так как система биткоина работала хорошо, она стала популярна, сами биткоины стали стоить больше и больше, и многие поняли: можно усовершенствовать вычислительные устройства, повысить их мощность и получить большую награду.
Графические процессоры не для игр
Вычисление хеша – это задача, которая очень хорошо решается при помощи параллельных вычислений. В первое время бытовые многоядерные процессоры вполне удовлетворительно работали в этой области. Однако в дальнейшем их вытеснили графические процессоры видеокарт – они вычисляли хеш в десятки и сотни раз быстрее.
Появились фермы GPU – блоки с несколькими видеокартами, круглосуточно работающими в сети биткоина и добывающими хеши. Мощность вычислительных устройств в системе росла, система поднимала сложность, майнеры искали новые мощности.
Следующий уровень – FPGA
Блокчейн-индустрия удивительна: благодаря повышенному интересу к криптовалютам и появлению все более многочисленной армии участников многие сложные технические термины и понятия стали известны широким слоям населения. FPGA – один из них.
Если майнинг при помощи центральных процессоров и видеокарт – это применение для решения задачи вычисления хеша устройств, которые уже существовали на рынке, то FPGA – это новый уровень – использование вычислительных приборов, специально разработанных для решения одной этой задачи.
Field-programmable gate array (FPGA) – это специальное устройство, логическая схема которого может быть запрограммирована пользователем. В отличие от традиционных компьютерных систем, где устройство, связи и внутренние программы созданы на заводе и не могут быть изменены, FPGA позволяют воплощать в жизнь системы, выполняющие узкоспециальные функции.
Наступил момент, когда на рынке появились майнеры, созданные на основе таких устройств. Эти вычислительные приборы не были мощнее и производительнее ферм, работающих на GPU, но они тратили намного меньше электрической энергии.
К тому времени потребляемые майнерами киловатты электричества стали серьезным экономическим фактором, ограничивающим прибыль: процессоры сильно нагревались, для их охлаждения требовались эффективные системы охлаждения, счета на оплату электроэнергии росли, но FPGA-майнеры недолго были на вершине – пришли «азики».
ASIC – еще быстрее, еще особеннее
Появление ASIC-майнеров было предсказуемо: после FPGA, в которых можно лишь изменить логические схемы, должны были появиться устройства, изначально разработанные только для майнинга. Аббревиатура ASIC, кстати, так и расшифровывается: application-specific integrated circuit – интегрированная схема узкого назначения.
ASIC-майнеры, естественно, превзошли все остальные устройства по эффективности, экономичности и мощности. Производители «азиков» устраивали своеобразные гонки вооружений, соревнуясь в создании более быстрых, высокотехнологичных и производительных майнеров, но этот этап истории майнинга не так интересен – закончилась эпоха энтузиастов и любителей, пришла пора холодного расчета и производственных процессов.
Альткоины – последнее прибежище
Если в экосистеме биткоина рядовым пользователям криптовалют, желающим своим участием поддерживать функционирование любимого проекта и получать за это заслуженную награду, не осталось места, то для них остались открытыми другие возможности.
Криптовалютный рынок не ограничивается творением Сатоши Накамото – существуют и альткоины. Многие из них используют похожие алгоритмы майнинга, и в таких проектах вполне применимы более слабые компьютеры. В алгоритмы некоторых из них даже встраиваются программные ограничения, которые препятствуют применению ASIC-майнеров.
Самые успешные цифровые деньги так или иначе будут повторять судьбу биткоина: хороший проект привлечет больше пользователей, цена вырастет, увеличится сложность, понадобятся более производительные устройства, что приведет к необходимости использовать более мощные вычислительные системы и т. д.
Иллюстрация: The Bitcoinist