15 июня 2019 г. 51

Что такое майнинг-ферма и как она работает

Чтобы понять, что такое майнинг-ферма, важно разобраться с самим понятием майнинга. Майнинг — это процесс построения цепи блокчейн конкретной криптовалюты для расширения ее сети и получения новых монет.

Майнинг-ферма — комплекс оборудования, которое имеет огромные вычислительные мощности в виде комбинированных устройств ASIC и/или GPU. Классическая добыча криптовалют основана на простом предположении — чем больше вычислительных мощностей генерируется, тем больше доход. Поэтому для эффективной работы вычислительного оборудования в залах устанавливаются системы вентилирования и охлаждения, дополнительные генераторы мощности и другие устройства, повышающие продуктивность.

Принцип майнинга криптовалют

Чтобы получить новый блок в цепи криптовалюты нужно произвести сложные математические вычисления по определенным алгоритмам, основанным на хэш-функции. Чаще всего это поиск так называемого хеша, который удовлетворяет соответствующему уравнению. Благодаря тому, что протокол большинства криптовалют имеет открытый исходный код, пользователь может проверить, решена задача или нет. После этого новый блок цепи проходит проверку другими пользователями и, если решение положительное, он считается открытым и пользователь получает вознаграждение в виде заданного количества криптовалюты.

Например, бонус за создание блока биткоина в настоящее время составляет 12,5 BTC. Это значение непостоянное и уменьшается вдвое после построения каждых 210 000 блоков, что занимает в среднем 4 года. Помимо монет, пользователь получает проценты от комиссии за транзакции, которые поступили в блок. Конечной цель сети криптовалюты является саморегуляция, ситуация, когда сеть будет поддерживаться без участия майнеров только за счет комиссий от транзакций. Причина в том, выполнение алгоритма для построения блока цепи требует большой вычислительной мощности, которая в свою очередь потребляет электроэнергию. Чем больше блоков уже открыто, тем больше времени нужно на проверку каждого последующего, что влечет серьезные затраты электроэнергии, которые могут достигать 21 Мегаватта.

Майнинг-ферма в домашних условиях

Для добычи криптовалюты используются любым вычислительные мощности: от обычного ПК с помощью графических карт (GPU) и заканчивая специализированными инструментами ASIC, которые гораздо более производительны.

Процесс добычи и степень сложности

Рассмотреть процесс майнинга криптовалют удобнее всего на примере добычи биткоина, который является самой востребованной криптой, использующей принцип Proof of Work для построения цепи.

Сеть BTC автоматически меняет сложность алгоритмов для вычисления в зависимости от скорости, с которой они решаются. Отсюда следует, что постепенно размер вознаграждения уменьшается, пока не будут добыты последние монеты. Эти условия были установлены разработчиками Bitcoin до того, как был извлечен первый блок, и используются для автоматической корректировки количества выпущенных монет, конечное количество которых составляет 21 000 000 единиц. Следовательно, чем больше людей хотят участвовать в майнинге, тем больше возрастает сложность вычислений, которые заключаются в получении хэш-функции с определенными параметрами. Регулировка степени сложности дает разработчикам стабилизацию курса валютной эмиссии на желаемом уровне, но исключает мелких игроков из криптомайнинга, повышая требования к производительности оборудования и энергоресурсам.

Каждая криптовалюта использует определенный метод шифрования (хеширование), наиболее популярными из которых остаются следующие:

  1. SHA-256. Аббревиатура расшифровывается как «алгоритм безопасного хеширования», генерирующий уникальную 256-битную (32-байтовую) сигнатуру для строки, в которой хранятся данные транзакции. Время обработки блока для SHA-256 о колеблется от шести до десяти минут и требует скорость хеширования гигахеш в секунду, что возможно только на крупных майнинг-фермах, работающих на оборудовании ASIC (специализированной интегральной схеме).
  2. Метод требует больших затрат оперативной памяти, а его коэффициент нахождения измеряется в килохешах, или в тысячах вычислений в секунду. Расчет алгоритмов может выполняться на графическом процессоре (GPU) или на устройствах ASIC.
  3. Алгоритм X11. Хеш-алгоритм X11 создан Дашем Эваном Даффилдом и использует последовательность из одиннадцати сложных алгоритмов микширования для доказательства работы. Одним из главных преимуществ использования алгоритма X11 является его энергоэффективность: графические процессоры требуют примерно на 30% меньше энергии и работают на 30-50% быстрее, чем при хешировании The Scrypt. Скорость расчета измеряется мегахешах в секунду.
Блок хеш-функции криптовалюты Bitcoin

Независимо от алгоритма вычисления в основе криптомайнинга лежит метод доказательства выполненной работы (Proof of Work), который нужен, чтобы защитить данные сети от DoS-атак и мошенничества. Он является движущим инструментом всего майнинга, поэтому его определение нужно рассмотреть более подробно.

Майнинг криптовалют с использованием метода PoW

В основе майнинга по методу PoW лежат математические расчеты с применением компьютеров с вычислительной мощностью, выраженной в хэш-функции в секунду (H/sec). Принцип доказательства работы использовался еще до появления Bitcoin. В 1997 году Адам Бэк создал алгоритм Hashcash, который применялся для блокировки спама. Несмотря на это упрощающее жизнь приложение, Proof of Work приобрело наибольшую популярность только после развития криптовалют, став эффективным инструментом расширения криптосетей.

В настоящее время существует несколько десятков алгоритмов PoW, таких как ранее упомянутые Hashcash, SHA256, а также Ethash, Equihash, NeoScrypt и многие другие. Все они имеют свои особенности нахождения, поэтому чтобы пояснить принцип вычислений проще использовать алгоритмы BTC.

Майнинг Bitcoin

В оригинальной версии Hashcash использует хеш-функцию SHA1 длиной 160 бит. BTC использует двойной SHA256, длина которого составляет 256 бит, что усложняет вычисления и накладывает ограничения на единовременную проверку решений. Можно сказать, что задача состоит в том, чтобы найти хеш, который будет содержать заданное количество нулей в начале. Алгоритмы Proof of Work также имеют сложные механизмы, позволяющие поддерживать среднюю скорость поиска нового блока (у Bitcoin среднее значение составляет 10 минут, у Ethereum — 15 секунд). Сложность повышается еще и из-за увеличения числа устройств, занимающихся майнингом.

Элемент, который используется в алгоритмах PoW, называется одноразовым значением. Каждый майнер, имеющий части транзакции, пытается привязать правильный одноразовый номер к остальным ее данным, открыв таким образом новый блок цепи. В распределенной сети криптовалюты каждый из майнеров пытается быть первым и работает с единым набором данных. В результате этого все работают более или менее над одной и той же задачей, а существующая свободная эффективность сети всего 8-15 транзакций в секунду, тогда как, например, система VISA способна обрабатывать до 50 000 транзакций. В такой ситуации плата за транзакцию увеличивается, когда сеть блокчейна сильно загружена.

Разница между алгоритмами проверки PoW и PoS

Алгоритмы PoW изначально запускались на ПК и использовали только процессор CPU для своих задач. Со временем они были переведены на работу с графическими картами GPU, а теперь уже используют специализированные устройства, предназначенные для алгоритмов PoW такие как ASIC. В результате развития карт ASIC, майнить на GPU стало невыгодно. Однако более производительные устройства существенно повысили энергозатратность майнинг-ферм, которая стала главной проблемой всей отрасли. Среднее годовое значение потребления электроэнергии при добыче только монет Bitcoin превышает затраты таких государств как Ирландия или Чехия и составляет примерно 70 ТВт/ч.

GPU или ASIC

Оборудование, использующееся для майнинга криптовалют, может быть оборудовано графическими картами GPU или специальными ASIC, которые предназначены для добычи разного типа монет в зависимости от алгоритма вычисления и имеют свои особенности.

GPU

Устройства представляет собой классическую графическую карту, какая есть в домашнем компьютере или ноутбуке. Карта имеет несколько ядер, которые обеспечивают ему возможность обрабатывать многопоточные структуры и решать практические вычислительные задачи, в том числе и поиск хеш-функций. Производительность комплекса GPU из 6 штук составляет около 200 H/sec, а потребляемая мощность не превышает 900 Вт. Работа с графическими картами требует опыта и понимания особенностей такого майнинга.

Графический процессор GPU

ASIC

Устройства этого типа создаются специально для добычи криптовалют и используются преимущественно крупными майнинг-фермами. Из-за специфики использования устройства ASIC не могут применяться для других задач, кроме вычисления хеш-функций, как GPU карты, поэтому покупая их важно правильно рассчитать потенциальный доход.  Крупнейшим производителем ASIC является компания BitMain, которая предлагает устройства с высоким коэффициентом мощности и низким энергопотреблением.

Интегральная схема специального назначения фирмы Antmine

Популярные производители оборудования для майнинга

Популярность криптовалют привела к невероятно высокому спросу на видеокарты, которые стали основой первых майнинг-ферм. Сегодня рынок требует более эффективных решений и есть компании, разрабатывающие вычислительные устройства исключительно для добычи крипты. Наиболее популярны устройства следующих производителей:

  • Halong Mining. Компания была основана несколько лет назад и производит преимущественно оборудование для добычи биткоина, хотя с недавнего времени переориентируется на другие криптовалюты.
  • Китайская компания, которая производит очень популярные устройства из серии Antminer, а также является владельцем крупнейшего в мире пула.
  • Один из крупнейших производителей комплектующих вычислительного оборудования, включая микрочипы. На данный момент продукции этой компании нет в свободной продаже.
  • Canaan Creative. Производитель компьютерного оборудования из Пекина, пионер в производстве первых майнинговых процессоров Bitcoin, производитель популярной карты ASIC AvalonMiner 741.

Что нужно для оборудования майнинг-фермы?

Майнинг-ферма, если говорить простыми словами, — это помещение с вычислительным оборудованием для добычи криптовалют. Это упрощенное определение, которое не учитывает множество факторов, таких как необходимость охлаждения карт, обеспечение бесперебойного энергоснабжения и много других. Есть определенная техническая база, без которой доходная майнинг-ферма просто не сможет существовать.

Компьютерное оборудование

Совсем не обязательно закупать самые современные компьютеры и в большинстве случаев речь идет только о компонентах компьютера. Для начала сойдет и графически адаптер AMD, несколько гигабайт оперативной памяти и жесткий диск для установки операционной системы и необходимых программ. Важен размер материнской платы, так как она должна вмещать минимум 8 слотов PCI для подключения дополнительных карт. Особое внимание стоит уделить обеспечению фермы электроэнергией, закупив блоки питания с резервом мощности 80+.

Помещение

Если майнинг-ферма состоит из нескольких блоков карт и пары компьютеров, то и квартира подойдет для размещения оборудования, но если планируется масштабная добыча криптовалюты, то придется подыскать просторное отапливаемое помещение. Лучше выбирать нежилые помещения с хорошей системой вентилирования и возможностью подключения высокоскоростного интернета.

Программное обеспечение

Подключить к одному компьютеру от 1 до 8 видеокарт или соединить все ASIC карты можно только с помощью специального ПО. Найти его можно в интернете на тематических сайтах, форумах и в сообществах, где предлагаются чаще всего простые ATI Radeon и Nvidia, давно учли фактор востребованности своей продукции майнерами, а поэтому часто предлагают программное обеспечение для подключения.

Регулярное техническое обслуживание

Отсутствие правильного технического обеспечения и ухода за оборудование становится наиболее частой причиной закрытия майнинг-ферм. Владельцу необходимо не только регулярно обновлять устаревшие карты на более мощные, но и обновлять ПО, контролировать температуру и влажность, менять комплектующие и термопасту и чистить оборудование от пыли.

Вывод

Рынок криптовалюты невероятно динамичен, и цена монет может колебаться до десятков процентов в день, что делает доходность майнинга очень неустойчивой. Учитывая переход развивающихся криптовалют на новый протокол PoS и усложнение добычи Bitcoin, рынок майнинга остается доступным только для крупных игроков, тогда как частным майнерам приходится искать другие возможности для получения прибыли.

Видео