Впервые этот алгоритм шифрования был использован в майнинге криптовалюты Ethereum. С целью увеличения эффективности добычи монет необходимо использовать видеокарты с внушительным объемом оперативной памяти. Предпочтительным вариантом для майнинга считаются микропроцессоры AMD, однако оборудование десятой серии от Nvidia также показывает впечатляющий результат на алгоритме Ethash.
Обзор алгоритма Ethash
В этой статье я расскажу про алгоритм Ethash, который используется для майнинга различных криптовалют, но главная из них это, конечно, Ethereum. Ethash — это Proof of Work (PoW) алгоритм, который является последней версией алгоритма Dagger-Hashimoto, хотя его больше нельзя назвать таковым, так как многие из исходных функций обоих алгоритмов были кардинально изменены.
Термин Proof of Work означает, что майнеры ищут решение (“nonce” или одноразовый номер), которое при хешировании выдаст значение меньше целевого порога, который предварительно задан. Из-за криптографического характера хеш-функции практически невозможно обратное вычисление одноразового номера (“nonce”), удовлетворяющего целевому пороговому пределу. Только если вручную перебирать все возможные варианты.
Алгоритм Dagger-Hashimoto был придуман путем соединения алгоритма Dagger — Виталика Бутерина (одного из основателей Ethereum) и алгоритма Hashimoto Thaddeus Dryja. Он создавался, для того чтобы затруднить майнинг для ASIC-оборудования (Application Specific Integrated Circuits), а также для того, чтобы была легкая проверка и полное хранение в цепочке.
Затруднение майнинга для ASIC-оборудования необходимо, чтобы дать возможность добывать монеты пользователям, у которых нет достаточного объема капитала для покупки таких устройств.
Многие знают, что в данный момент майнинг монет Bitcoin невозможен даже на очень мощном компьютере. Это вызвано тем, что существует большое количество майнинговых ферм, состоящих из ASIC-оборудования, и имеющие гораздо большие вычислительные мощности чем любой персональный компьютер. Именно этой ситуации старались избежать разработчики алгоритма Dagger-Hashimoto и, соответственно, Ethash.
Что же такое ASIC-устройство? Это специальное оборудование, которое создается на основе интегральных схем, специально разработанных для майнинга монет. Мощность такого устройства сравнима с общей мощностью нескольких самых продвинутых видеокарт, однако при этом энергопотребление значительно ниже.
Создание больших ферм на ASIC-оборудовании негативно влияет на блокчейн, так как значительно уменьшает уровень децентрализации. А децентрализация необходима для надежности криптовалюты. С помощью равномерной рассредоточенности узлов блокчейна и многократному дублированию файлов платформы, получается создать систему, которая будет невосприимчива к блокировке, удалению, изменению и хакерским атакам.
В итоге, появление ASIC-устройств вынудило пользователей, у которых нет достаточного капитала для их покупки, перестать майнить Bitcoin. По прогнозам некоторых аналитиков, в скором времени Bitcoin будут майнить только крупные ASIC-фермы, что приведет к централизации.
Как уже было сказано выше, алгоритм Ethash создавался с целью предотвратить появление ASIC-устройств для майнинга на этом алгоритме. Но в начале 2022 года компания Bitmain анонсировала выпуск первых ASIC-устройств для Ethash. Однако Ethereum решительно выступил против перспективы доминирования этих устройств в их сети, что привело к разговору о “брикетировании” этого оборудования. Брикетирование это технологическое обновление сети, которое делает аппаратное обеспечение бесполезным или даже сломанным, если оно подключено к сети. Из-за этого майнеры на таком оборудование были вынуждены скрыть свое присутствие и снизить мощность хеширования своих устройств. Также план Ethereum по переходу на технологию PoW/PoS (гибрид Proof of Work и Proof of Stake) c просто PoW делает разработку ASIC устройств для Ethash очень рискованным для производителей.
Достижение предела пропускной способности памяти в реальном оборудовании
В качестве примера того, как ограничение пропускной способности памяти влияет на реальное оборудование, давайте подробнее рассмотрим производительность майнинга часто используемой видеокарты: RX 590.
Если хеширование Ethash действительно требует большой памяти, мы ожидаем, что фактическая скорость майнинга для этого оборудования будет очень близка к максимальной теоретической скорости хеширования, при условии, что выборка страниц DAG является единственным выполненным шагом.
Мы можем рассчитать этот максимальный теоретический хэшрейт следующим образом:
(Пропускная способность памяти) / (DAG-память, извлекаемая для хэширования) = максимальный теоретический хэшрейт
(256 гигабайт / сек) / (8 килобайт / хэш) = 32 Мегагэша/сек.
Эмпирический хэшрейт RX 490 во время реальной работы составляет ~ 31 мегахеш / с.
Эта небольшая задержка может быть легко объяснена задержкой памяти или другими быстрыми операциями в системе. Таким образом, производительность этой видеокарты такая же, как и ожидалось, при условии, что хеширование данных является трудным для памяти, а выбор страниц DAG является шагом ограничения скорости.
Принцип работы алгоритма Ethash
В основе Ethash лежит особый граф, состоящий из последовательных узлов. Граф можно представить в виде своеобразного дерева, обладающего большим числом ответвлений. Эта особенность заметно усложняет создание ASIC-устройств для работы с этим алгоритмом. Поэтому для майнинга монет, основанных на Ethash, можно применять лишь видеокарты.
В начале процесса майнинга на память видеокарт загружается специальный DAG файл. Размер этого файла постоянно увеличивается и чем больше существует криптовалюта, тем размер большое. Поэтому необходимо помнить, что чем объемнее DAG файл, тем более мощная видеокарта нужна для добычи этой криптовалюты.
Размер DAG-файла увеличивается каждый раз, когда создаются новые 30000 блоков. На данный момент размер DAG файла для Ethereum около 3,5 Гб. Это означает, что скоро видеокарты на 4 Гб не смогут заниматься майнингом этой монеты. Еще более печальная ситуация была у Ethereum classic, когда размер DAG приблизился к 3,96 Гб. В тот момент было принято решения уменьшить размер файла до ~2,5 Гб. Это было необходимо сделать, так как большая часть майнеров использовала видеокарты на 4 Гб и, соответственно, они бы не смогли майнить, что привело бы к централизации майнинга у крупных игроков и уменьшению надежности криптовалюты.
Теперь перейду к описанию алгоритма хэширования Ethash:
Процесс состоит из 6 основных этапов:
- На вход алгоритму подается препроцессированый заголовок, полученный из последнего блока и “nonce”. “Nonce” число, выбранное случайным или псевдослучайным образом. Это подается на SHA-3 подобную функцию, которая создает 128 байтный микс.
- Далее этот микс используется для того, чтобы определить какую 128-байтную страницу из DAG нужно извлечь.
- Полученная страница сочетается с миксом с помощью специальной функции смешивания
- 2 и 3 шаг повторяется 64 раза
- Полученный в итоге микс обрабатывается для получения более короткого 32-байтного дайджест микса.
- В конце дайджест микс сравнивается с целевым порогом. Если дайджест микс меньше или равен порогу, то “nonce” считается успешным и транслируется в сеть Ethereum. Если же дайджест микс больше порога, то выбирается новый “nonce” путем рандомного выбора или прибавлением единицы к старому “nonce”. И потом алгоритм перезапускается с новым значением “nonce”.
Scrypt: баланс между памятью и временем
Для того, чтобы устранить уязвимость SHA-256, разработан второй по популярности алгоритм Scrypt. Процесс майнинга с использованием этих двух протоколов одинаков:
- На вход подается блок данных.
- К его обработке применяется хэш-функция.
- На выходе получается хэш с заданными параметрами.
Принципиальная разница в хэш-функции. Она нарочито сложна. В начале вычислений генерируется вектор битовых последовательностей, которые хранятся в памяти. В процессе получения ключа эти последовательности запрашиваются в случайном порядке, комбинируются, функция постоянно обращается к памяти. В принципе, алгоритм генерации последовательностей известен. Можно не хранить их, а вычислять нужную в момент запроса. В таком случае процесс становится очень медленным. Созданный на основе Scrypt ASIC уже не сможет на порядки превзойти простых майнеров, использующих память.
Майнинг с помощью алгоритма Ethash
Майнинг на алгоритме Ethash можно производить как на CPU, так и на GPU. Однако, майнинг на CPU практически не приносит прибыли, так как GPU гораздо эффективнее. Также я упоминал про майнинг на ASIC-устройствах и FPGA, которые в настоящее время способны к интеллектуальному анализу Ethash, однако они неэффективны по сравнению с графическими процессорами и не приветствуются как сообществом, так и разработчиками. Поэтому наиболее выгодным является майнинг на GPU.
Ethash занимает мало памяти, однако требует не менее 2-3 ГБ ОЗУ на каждый используемый графический процессор. GPU от компании AMD обычно показывают лучшие результаты, чем GPU от компании Nvidia. Для того чтобы начать майнить, необходимо скачать специальную программу, например Ethminer.
Майнинг в пуле также очень популярный способ добычи криптовалют. Он позволяет людям с низкими вычислительными мощностями участвовать в майнинге и получать с этого какую то прибыль. За это создатели пулов берут какой-то процент, обычно в районе 1-2% от дохода.
Далее сравним основные способы майнинга:
| Способ | Суть | Минусы | Плюсы |
| Самостоятельный майнинг | Майнер приобретает оборудование самостоятельно | 1. Затраты на видеокарты 2. Шум от оборудования 3. Самостоятельный сбор и настройка фермы 4. Затраты на электроэнергию 5. Риск поломки оборудования | Майнер получает все деньги |
| Майнинг через пул | Майнер приобретает оборудование самостоятельно и подключается к пулу | 1. Затраты на видеокарты 2. Шум от оборудования 3. Самостоятельный сбор и настройка фермы 4. Затраты на электроэнергию 5. Риск поломки оборудования | Есть разные схему распределения прибыли, однако чаще всего это выгоднее чем самостоятельный майнинг |
| Облачный майнинг | Майнер арендует вычислительные мощности | 1. Плата за аренду | Нет минусов связанных с покупкой, настройкой и обслуживанием оборудования. |
Победа над видеокартами: будущее поколение майнинг-устройств для добычи ETH
Единственный способ, которым может пригодиться пользовательское оборудование для майнинга Ethereum, — это если он более экономичен или энергоэффективен при пропускной способности памяти (меньше $ / (ГБ / сек) или меньше Вт / (ГБ / сек)).
Вариант 1. Платы FPGA / ASIC с высокой пропускной способностью памяти
Взглянув на RX 590, мы можем немного подсчитать (245 долл за карту / (256 ГБ / с)), чтобы увидеть, хешрейт стоит 0,95 долл / ГБ / с.
По сравнению с одним чипом GDDR5 (например, Micron EDW4032BABG), который стоит 6,83 долл. И имеет пропускную способность 24 ГБ / с, мы можем добиться большего успеха — 0,28 долл. / ГБ / с.
Таким образом, если мы сможем создать собственный чип (либо ASIC, либо FPGA), чем интерфейс с 9 чипами GDDR5, у нас будет пропускная способность памяти 216 ГБ / с по цене $ 61,47.
Однако это будет еще не законченное устройство, так как нам нужен контроллер памяти FPGA или ASIC, печатная плата и вспомогательная электроника.
Если отгруженная окончательная сборка (добавление дополнительных деталей, процессов, испытаний и логистики) стоит меньше, чем RX 590 (всего $ 245), тогда пользовательская плата превзойдет видеокарту.
То есть, пока на рынке не появится более быстрая, более эффективная и дешевая видеокарта.
Например Видеокарты HBM уже доступны. Но если вы найдете недорогие готовые микросхемы FPGA или ASIC с контроллерами памяти 5–10 DDR или HBM или у вашей компании есть опыт создания специализированных ASIC устройств с высокой пропускной способностью памяти, вы можете обойтись и без аппаратного обеспечения.
Однако в этой ситуации вам, вероятно, следует изменить свою бизнес-модель и вместо этого создавать видеокарты, поскольку это уже огромный рынок.
Вариант 2: Использование мобильных чипсетов следующего поколения
По мере того как растет использование смартфонов и мобильных 3D-графиков мы увидим более дружественную для мобильных устройств и высокую пропускную способность памяти.
Это могут быть решения для мобильных систем на кристалле со встроенным графическим процессором (например, NVidia Tegra X1) или автономный мобильный графический процессор (например, PowerVR Series 8XE), либо специализированные процессоры с высокой пропускной способностью или ориентированные на нейронные сети со встроенной памятью (например, Movidius Myriad 2).
Эти классы устройств будут продолжать развиваться, и если стоимость, мощность и пропускная способность памяти попадут в нужное место, мы вполне можем увидеть пользовательские майнеры Эфириума с 10-20 мобильными графическими процессорами или VPU, расположенными на одной плате.
Монеты на основе алгоритма Ethash
В настоящее время алгоритм Ethash используется во многих криптовалютах. Но самым популярными из них являются:
- Ethereum
- Ethereum Classic
- Expanse
- Ubiq
Далее мы более подробно рассмотрим каждую из них:
- Ethereum. Это вторая по популярности криптовалюта после Bitcoin. Ее капитализация составляет 67,5 млрд $, что сопоставимо с капитализацией Газпрома. Одним из основателей является выходец из Коломны Виталик Бутерин. Эта платформа позволяет создавать собственные токены, создавать и применять умные контракты и собственные децентрализованные онлайн сервисы и приложения.
- Ethereum Classic. Эта криптовалюта появилась в результате несогласия некоторых пользователей с хард-форком оригинального Ethereum. Он произошел из-за того, что один хакер нашел уязвимость и воспользовался ею, чтобы украсть около 50 млн $. Разработчики в свою очередь выпустили обновление, убирающее эту уязвимость, а также позволившее вернуть украденные деньги владельцам. Часть людей посчитало, что злоумышленник не нарушал никаких правил. А так как платформа является децентрализованной, то никто не имеет право вносить в нее изменения. И поэтому они высказались против обновления. И в итоге это привело к созданию Ethereum Classic.
- Expanse. Появление этой криптовалюты произошло в 2015 году из-за форка Ethereum. Эта криптовалюта является платежным средством на децентрализованной платформе Expanse Tech, которая создавалась для создания онлайн сервисов. Эта криптовалюта уникальна тем, что все решения о развитие сети принимаются только участниками путем голосования. Если большинство решит, что обновление плохое, то его отменят.
- Ubiq. Эта криптовалюта появилась в результате очередного форка Ethereum в 2022 году. Команда разработчиков совершенствует исходный код для того, чтобы криптовалюта обладала более высоким уровнем гибкости и надежности, по сравнению с Ethereum. Платформа была создана для того, чтобы создать среду защищенную от форков для частного использования, так и для бизнеса. Однако у многих аналитиков есть сомнения в полезности этой криптовалюты, так как она не несет в себе ничего нового.
Bowhead
Новые технологии ускоренным темпом продвигаются в индустрию здравоохранения и здорового образа жизни. Некоторые медицинские страховки предоставляют своим клиентам часы Apple Watch для мониторинга фитнеса и работоспособности сердца. Другие компании разрабатывают «умную шкалу», которая отображает фунции органов тела пользователя и передаёт эти данные на смартфон. Но в отличии от технологий Блокчейн, предоставляемых Bowhead, эти вышеперечисленные технологии могут стать лёгкой добычей для хакеров.
Общие сведения
Ethash – один из старейших алгоритмов, организующих Blockchain второго поколения. Он был разработан В. Бутериным и командой для осуществления более сложных транзакций и финансовый операций, которые были недоступны на базе BTC. Кроме того, всё возрастающая цена на BTC в те времена ограничивала его использование как-либо, кроме как платежного средства.
Ethereum же должен был решить вопросы с связанные с программированием на базе Blockchain – и основой этому лег алгоритм шифрования базы данных, позволяющей решить множество насущных проблем!
Alert: Главный Риск
Пожалуй серьезным недостатком Ethereum как платформы в целом для майнеров можно назвать стремление Витарика Бутерина и команды платформы Ethereum к переходу на PoS.
Если рассматривать иннициативу в целом – то для самой сферы, учитывая особенности работы блокчейна эфира это может стать только плюсом. Но если мы рассмотрим переход на PoS – то именившиеся правила эмиссии ставят под риск весь майнерский промысел организованный вокруг второй по популярности криптовалюты среди всех представленных.
Поэтому, если вы всерьез решили заниматься довольно профитным майнингом Ethereum – и рассматриваете Asic майнеры на базе алгоритма Ethash в качестве основных, то стоит серьезно задуматься о выборе майнингового оборудования.
Вполне возможно вашим выходом станет покупка видеокарт для майнинга. Да это решение гораздо менее профитное чем Asic miner от Bitmain. Однако в случае успешного релиза константинополя и последующих проектов, существует риск остаться ни с чем. В случае если вы будете поддерживать блокчейн при помощи видеокарт – то их всегда можно будет потом слить на вторичном рынке практически за полную стоимость.
Однако если рассматривать майнинг всерьез – то скорость окупаемости майнинга на асиках значительно превышает скорость окупаемости видеокарт, а учитывая общие потуги и перспективы в отношении модернизации блокчейна на базе Ethash можно говорить о том, что перед полным переходом последует анонс, в течение которого можно будет с легкостью сбыть майнинговое оборудование без убытка.
Споры – Чем майнить
До не давнего времени Ethash алгоритм и криптовалюта на его базе считались непробиваемыми для асиков. Электроэнергия необходимая для вычислений в несколько раз превышала полезную нагрузку – и ETH продолжали майнить традиционными видеокартами.
Масла в огонь подлила и Nvidia выпустив свои модели видеокарт специально для майнинга P-106 (аналог GTX 1060) отличавшиеся от своих собратьев исключительно отсутствием портов для вывода монитора, гарантийным сроком обслуживания но и стоящая на 30% дешевле Gtx 1050 Ti.
Но с недавним обновлением в линейке Bitmain для Ethash ситуация в корне изменилась. И сегодня майнить ETH при помощи майнера можно даже в том случае, если цена ETH упадет нже отметки в 80 у.е. И делать это с не меньшей прибылью чем используя решения Bitmain для BTC.
