что такое блоки в майнинге

Что такое блок в Биткоине и криптовалюте? Время, награда и майнинг

Блоки- это файлы, в которых постоянно записываются данные, относящиеся к сети криптовалюты (к примеру, Биткоин). Блок записывает некоторые или все самые последние транзакции монеты, которые еще не вошли в какие- либо предыдущие блоки.

Таким образом, блок подобен странице книги учета или книге записей. Каждый раз, когда блок «завершается», он уступает место следующему блоку в блокчейне.

Таким образом, блок является постоянным хранилищем записей, которые, будучи однажды записаны, не могут быть изменены или удалены.

После того, как блок сформируется он организуются в линейную последовательность (также известную как блокчейн). Новые транзакции постоянно обрабатываются майнерами (если монета PoW – то есть майнится), или валидаторами (если монета PoS – то есть не майнится) в новые блоки, которые добавляются в конец цепочки блокчейна.

Ключевые моменты статьи:

Что такое блок?

Каждый блок содержит, помимо прочего, текущее время, запись некоторых или всех недавних транзакций и ссылку на блок, который шел непосредственно перед ним.

Он также содержит ответ на сложную для решения математическую головоломку, ответ на которую уникален для каждого блока. Новые блоки не могут быть переданы в сеть без правильного ответа.

Транзакции Биткоинов передаются в сеть отправителем, и все одноранговые узлы, пытающиеся решить блоки, собирают записи транзакций и добавляют их в блок, над которым они работают. Майнеры получают стимул включать транзакции в свои блоки из-за взимаемой комиссии за транзакции.

Поскольку каждый блок содержит ссылку на предыдущий блок, можно сказать, что совокупность всех существующих блоков образует цепочку. Однако в цепочке возможно временное разделение, например, если два майнера одновременно примут два разных допустимых решения для одного и того же блока, без ведома друг друга.

Одноранговая сеть предназначена для устранения этих расщеплений в течение короткого периода времени, так что выживает только одна ветвь цепочки.

Как работает блок

Рассмотрим на примере Биткоина. Биткоин-сеть имеет одну из самых больших активностей транзакций. Ведение записей об этих транзакциях помогает пользователям отслеживать, за что и кем они были оплачены. Транзакции, выполненные в течение заданного периода времени, записываются в файл, называемый блоком, который является основой блокчейн-сети.

Блок представляет собой «настоящее» и содержит информацию о своем прошлом и будущем. Каждый раз, когда блок завершается, он становится частью прошлого и уступает место новому блоку в блокчейне.

Таким образом, вся система работает в цикле, и данные постоянно сохраняются. Каждый блок содержит записи о некоторых или всех недавних транзакциях и ссылку на предшествующий блок, что, наряду с одноранговой системой проверки Биткоина, делает практически невозможным для пользователя подделать ранее записанные данные транзакций.

Майнинг Биткойнов

С каждым блоком связана математическая задача. Майнеры постоянно обрабатывают и регистрируют транзакции как часть процесса соревнования в каком-то виде гонки.

Поскольку за решение каждого блока вознаграждаются майнеры совершенно новыми BTC, каждый блок также содержит запись о том, какие адреса или скрипты Биткойн имеют право на получение награды. Количество сгенерированных биткойнов на блок начинается с 50 и уменьшается вдвое каждые 210 000 блоков (около четырех лет) – этот процесс называется халвингом.

Для примера, в Эфире каждые 13.46 секунд (время проверки 1 блока) создаются 2 монеты ETH.

Сравнение блока с банками

В качестве аналогии можно сравнить обычные банковские транзакции с транзакциями в сети Биткоин.

Блокчейн похож на запись банковских транзакций, тогда как блок может быть отдельным подтверждением транзакции, которую банкомат банка распечатывает после использования аппарата.

Внутри сети блокчейнов отдельные блоки создают «бухгалтерскую книгу», очень похожую на то, как банкомат или банк будут регистрировать ваши транзакции.

Однако блокчейн записывает цепочку через всех своих пользователей, а не через одного. Это похоже на банк, но блокчейн предлагает повышенный уровень конфиденциальности по сравнению с обычными банковскими учреждениями.

Общие вопросы о блоках

Ниже мы ответим на самые популярные, часто задаваемые вопросы касательно блоков в различных блокчейнах.

Какое максимальное количество блоков?

Максимального количества не существует, блоки просто продолжают добавляться в конец цепочки со средней скоростью:

Что будет, когда все монеты одной криптовалюты будут сгенерированы?

Блоки служат для подтверждения того, что транзакции существовали в определенное время. Транзакции будут выполняться после того, как все монеты будут сгенерированы, поэтому блоки будут создаваться, пока люди торгуют этой криптовалютой.

Источник

Майнинг и как он работает: матчасть

Привет, %username%!
Я расскажу и покажу как работает основа генерации денег в криптовалютах — майнинг. Как создается первый блок, новые блоки и как появляются деньги из ниоткуда.
Чтобы было проще понять, мы напишем свой импровизированный майнер для импровизированной криптовалюты HabraCoin.

Сначала упрощенный ликбез, куда без него.

Кошельки

Каждый кошелек — это случайно сгенерированная пара ключей. Собственно, адрес кошелька — это хэш от публичного ключа. Так его можно однозначно идентифицировать.

Транзакция

Это запись о том, с какого кошелька на какой какая сумма переводятся. А так же, время и дата операции. Эта запись (её хэш) подписывается закрытым ключом отправителя и рассылается всем в округе в ожидании подтверждения.

Подтверждение

Чтобы о транзакции узнали и все себе её записали, необходимо её подтверждение, которое получается в результате создания нового блока.

Это служебные данные + список транзакций + номер кошелька майнящего + волшебное число.

Цепочка блоков

Последовательность, в которой каждый следующий блок включает в себя Id предыдущего.

Начало

Итак, есть некоторое количество народа, можно один. Назовём его Хаброша. Он решает запустить свою систему криптовалюты HabraCoin.

Поскольку выделенных серверов у этой валюты нет, то все её участники равноправны и должны как-то договариваться о валидности транзакций. То есть, нужен механизм, который обеспечит:

Для этого он формирует блок из существующих на данный момент неподтвержденных транзакций, номера предыдущего блока, номера своего кошелька и т.д. Для самого первого блока транзакций у нас нет, номера предыдущего блока у нас нет, ничего толком нет. Только адрес кошелька Хаброши да дата со временем.

Так же, в алгоритме HabraCoin указаны следующие вещи.

Ограничение скорости

Как мы видим, сам факт создания блока говорит о том, что его создатель получает за это вознаграждение. И чтобы это вообще имело смысл, скорость и сложность создания блоков следует ограничить. Иначе сами понимаете, тонны блоков из ничего и никакого толку.

Как этого добиться?

Если помните, все блоки состоят из нескольких полей. Мы берем эти поля, конкатенируем, получаем из них массив байт. Это массив байт отдаем хэш функции, получаем результат и смотрим: меньше то, что получилось с учетом текущей сложности, или нет?
Если нет, то изменяем этот массив байт до тех пор, пока не получим нужное значение. А именно:

В каждом блоке есть поле, называемое nonce. Это число размером несколько байт, которое нужно увеличивать на единицу, дописывать к блоку и опять считать от него хэш. Поскольку хорошие хэш функции выдают более-менее равновероятностные значения, то мы не знаем заранее, сколько раз придется повторять процесс. Может 1-2 раза, а может миллиарды.

Тот, кому удалось получить хэш, удовлетворяющий условиям сложности, рассылает всем блок с включенными в него транзакциями. На случай, если несколько человек сделали это одновременно, вводится условие, что несколько цепочек блоков существовать вместе не могут, а побеждает самая длинная. Таким образом, если у нас есть две цепочки:

то победит та, для которой 4й блок найдут раньше времени. А меньшая цепочка выкидывается и её транзакции снова попадают в очередь на подтверждение.

Комиссия

Все у себя в кошельках видели поле «комиссия» при совершении транзакции. Эта комиссия идет людям, занимающимся генерацией блоков. То есть, они в первую очередь будут выбирать из всех транзакций, ожидающих подтверждения, те, которые содержат в себе комиссию. После формирования блока считается, что вся комиссия, содержащаяся в транзакциях, отходит к его (блока) создателю.
То есть, когда кончится вознаграждение за генерацию блока (если это прописано в алгоритме валюты), то майнерам останется лишь комиссия, а халявные транзакции могут быть никогда не обработаны.

Давайте смоделируем ситуацию и поможем Хаброше скрафтить какой нибудь блок.

Под спойлером программа (в виде Junit теста), которая ради приличия генерирует 2 случайных пары ключей, формирует какое то подобие транзакции (даже подписывает её, все по честному!), а потом ищет такую к ней добавку, чтобы первые 2 байта хэша были нулевыми. Типа сложность такая. Работает пару минут, а потом действительно выдает хэш, который можно быстро проверить, сконкатенировав байты транзакции и счетчика.

Пример получившегося блока:

1824B9ADF09908222CF65069FDE226D32F165B3CF71B7AA0039FDFEF75EAA61610909EBFFBAC023480FC87FCF640C4A
009B82C4A6D25A0F4B8A732AE54EF733E792681137BA378577DFDC2732D192DAF323966EAD4ADC9635D7A12EDD50E34
9F660622D186AF3C03BF7D265F2AA7EB125056F4BF45BE519E8B22B845B28065110000006400000142E5D667CB01CEE
EDD0AC15EC4C491819A99030BD5FEF7CD2B469F2B90BA13D7981EDCD0708353D13390B8564F496C44FAC2777B0AF79D
C94CBF36D0CC0F047E807889F34C4DC5FEB724699C257391F84F3DDD70B84F841D115F4EFEAF4E58779042F35257E5C
035046037DE740718D199A8F06AD7A58E37CCCD4CC5E95295DCC2C5F3C70847BD59FA57BCC5FF4B208F93948FCFD763
EC1E5C85B61C43EB64B77A9F53B28785D7DE2335333003260A0839D53927976751A8D8967B2BB325909D86E82BC4125
2A28ECF6F0E7476BB99B29585EB0E75410000

Вот мы и заработали пару хабракоинов для Хаброши. Статья конечно поверхностная, так что готов к вашим вопросам.

Источник

Как работает майнинг Bitcoin: самое простое объяснение

13 мая курс ВТС обвалился, когда Илон Маск объявил, что Tesla больше не принимает Bitcoin: мол, майнинг неэкологичен. Почему майнинг Bitcoin потребляет столько энергии — и как он вообще работает? Объясняем простым языком.

Каждые 10 минут — по загадке

Возможно, вы удивитесь, но в основе процесса майнинга биткоина лежит разгадывание загадок. Задачи задает система, а решают их майнеры — вернее, мощные вычислительные устройства.

Мы не будем вдаваться в подробности того, как устроены эти загадки: скажем лишь, что майнерам нужно найти число, удовлетворяющее определенным требованиям. Причем просто решить задачу, как уравнение, нельзя: нужно перебрать миллионы потенциальных решений и транслировать их другим майнерам, чтобы они проверили их на правильность.

Загадочный создатель Bitcoin Сатоши Накамото наладил систему таким образом, что решение криптографической задачи требует огромных вычислительных усилий, зато проверка на правильность совершается очень просто. Когда все майнеры в сети согласятся, что найденное число — правильное, новый блок присоединяется к сети — а система тут же выдает новую загадку. В среднем это происходит каждые 10 минут.

Данный алгоритм называется Proof-of-Work (PoW), то есть «доказательство работы». Понимать это можно так: транслируя потенциальные решения в сеть, майнер доказывает, что совершил вычислительную работу.

Тот, кто первым найдет заветное число — вернее, тот, чье решение первым признают правильным остальные, — получает в награду биткоины. В 2021 г. награда за блок составляет 6,25 ВТС.

Три загадочных слова: хешрейт, сложность и асики

Заработок майнера во многом зависит от производительности оборудования. Чем больше решений в секунду выдает машина, тем больше вероятность, что одно из них окажется правильным. Это количество потенциальных решений (хешей) за единицу времени называется хешрейт и отражает вычислительную мощность устройства. А хешрейт сети — это суммарная мощность всех одновременно работающих майнеров (кстати, майнер — это и машина, и человек, занимающийся майнингом).

На протяжении последних 10 лет хешрейт сети Bitcoin постепенно рос. Казалось бы: если все майнеры трудятся над одной и той же задачей, то с ростом их числа (т. е. суммарного хешрейта) нужно будет все меньше времени, чтобы найти решение. А вот и нет: сложность задач тоже повышается, так что в среднем на решение нужны все те же 10 минут. И наоборот: если много майнеров вдруг покинут сеть, сложность вскоре автоматически упадет.

На заре развития Bitcoin сложность была такой низкой, что майнить ВТС можно было на обычном компьютере. Теперь же для этого используются специальные устройства: ASIC, или Application Specific Integrated Circuit, что означает «интегральная схема особого назначения». Это микрочип, способный выполнять только один вид вычислений — зато крайне эффективно.

Проблема энергопотребления

Хешрейт современных «асиков» исчисляется в терахешах в секунду, то есть в триллионах хешей (решений). Для такой мощности эти устройства очень эффективны: один ASIC потребляет в разы меньше электричества, чем набор видеокарт (GPU) с таким же суммарным хешрейтом.

Проблему можно обозначить так: сеть Bitcoin хорошо защищена от атак и манипуляций потому, что все майнеры должны прийти к консенсусу и совершить работу. Однако тот факт, что все они соревнуются в решении одной задачи, приводит к гигантской затрате ресурсов.

В этом парадокс алгоритма Proof-of-Work, и майнинг Bitcoin останется затратным до тех пор, пока не будет намайнена последняя монета — предположительно в 2140 г.

Стоит ли игра свеч?

Напоследок затронем интереснейшую тему доходности майнинга. С точки зрения обычных пользователей, главная функция майнеров — подтверждать транзакции (за что они получают комиссию), объединять их в блоки и присоединять к цепочке.

11 месяцев, чтобы отбить первоначальную инвестицию — это много. Пожалуй, самый ценный вывод для обычного пользователя заключается в том, что майнинг — вовсе не легкий способ разбогатеть, каким его часто изображают. Напротив, это очень затратный вид деятельности, в котором профит никогда не гарантирован.

В качестве альтернативы майнингу ВТС на асиках часто предлагается майнинг других PoW-криптовалют на GPU (видеокартах). Действительно, сложность добычи таких монет, как Monero (XMR) или Ravencoin (RVN), во много раз ниже, чем у Bitcoin. Но не все так радужно с GPU-майнингом:

Информация о криптовалютах в интернете зачастую некорректна или слишком запутана. Чтобы пользователям было легче сделать первые шаги, портал MyFin и регулируемая криптобиржа FREE2EX запустили данную серию статей, которые помогут новичкам разобраться, где в криптоиндустрии правда, а где — просто громкие заявления. Не пропустите следующую публикацию!

Деятельность, связанная со сделками (операциями) с токенами, связана с высоким уровнем риска полной потери денежных средств и иных объектов гражданских прав (инвестиций), переданных в обмен на токены. Правовое регулирование сделок с токенами не имеет единообразного подхода, и последствия совершения таких сделок могут иметь разную правовую оценку в различных государствах.

Данная статья не является консультацией или руководством, а создана в качестве информационно-просветительского материала.

_{*Партнерский материал. ООО «Пиксель Интернет» УНП: 590995582}

Источник

Майнинг в блокчейн-сетях: как он работает

В начале января правительство Китая приказало «армии биткойн-майнеров» страны, которые генерируют 3/4 всей мировой криптовалюты, прекратить работу. Одной из главных причин такого решения стало слишком высокое количество электроэнергии, которое потребляют майнинговые фермы — сейчас на обеспечение безопасности биткойн-блокчейна и добычу монет уходит порядка 0,2% всего мирового энергопотребления.

Сегодня поговорим, почему майнинг потребляет такое количество энергии, зачем он нужен и как реализуется. Мы расскажем об алгоритме хеширования (SHA-256) и о том, почему майнеры «обращаются за помощью» к пулам.

Для чего нужен майнинг

Майнинг часто считают способом создания новых биткойнов, однако это не совсем верно. Главная задача майнинга — обеспечить достижение консенсуса о том, какие транзакции считать валидными, чтобы не позволить кому-то из участников сети потратить уже использованные в другой транзакции монеты.

Для этого майнеры решают сложные математические задачи на своем оборудовании и расходуют электроэнергию, а взамен получают вознаграждение в виде биткойнов (и комиссии за обработку транзакций), что является стимулом защищать блокчейн дальше (сейчас за каждый блок сеть выдает 12,5 биткойнов).

В чем состоит работа майнеров

Майнеры занимаются тем, что подбирают значение хеша, которое бы подошло к транзакциям в блоке и позволило получить секретный ключ. Искомый хеш формируется на основании хеша предыдущего блока, случайного числа (nonce) и суммы хешей транзакций за прошедшие 10 минут. При этом он должен удовлетворять условиям системы: соответствовать заявленной сложности майнинга (Difficulty) и быть меньше целевой сложности (Target) — она определяет количество нулевых битов в начале искомого хеша.

Для вычисления сложности хеша можно использовать алгоритм с разложением в модифицированный ряд Тейлора, который приводится на страничке bitcoinwiki:

На момент написания статьи сложность блокчейн-сети составляет: 2874674234415.941, однако этот параметр пересчитывается через каждые 2016 блоков. Он увеличивается или уменьшается, чтобы поддержать среднюю скорость создания блоков (примерно 6 штук в час).

SHA-256

В качестве инструмента для хеширования в биткойн-блокчейне выбран алгоритм SHA-256. Далее, мы рассмотрим один из его раундов.

/ Раунд SHA-256 для восьми входных слов / Wikimedia / kockmeyer / CC

Предположим, что на вход алгоритму подали восемь слов, обозначим их A, B, C… H. Функция Ma выполняет побитовые операции со словами A, B и C — если большинство полученных значений нули, она также вернет ноль, иначе — единицу.

Блок Σ0 трижды сдвигает слово A: на 2, 13 и 22 бита, а сформированные значения побитно складываются операцией xor. Блок Σ1 работает аналогично — сдвиги выполняются на 6, 11 и 25 бит.

Блок Ch — это функция выбора результирующего бита на основании битов в E. Если входное значение единица, то на выход поступит соответствующий бит слова F, иначе — бит слова G.

Красные квадраты на схеме — это блоки 32-битного сложения, которые генерируют новые значения для A и E. Весь цикл повторяется 64 раза, после чего информация оказывается надежно зашифрованной.

Для иллюстрации процесса вычисления хеша, приведем код на Python, который формирует хеш слов «Bl0Ckchain» и «blockchain»:

А вот проверка созданных хешей выполняется очень быстро, даже если на их создание ушло множество ресурсов:

Результат применения функции SHA-256 считается необратимым, поэтому подбор майнерами «целевого» хеша выполняется с помощью грубого перебора.

Так как биткойн-протокол использует двойное хеширование, то задачей майнеров становится нахождение второго прообраза хеша x’ (имея первый прообраз x хеша y, где y=H(x)), который бы удовлетворял условию y=H(x’). Однако с целью упрощения задачи, майнеры ищут лишь частичный прообраз — H(x)/2^(n-k)=0. Здесь n — «размер» результата (n=256 бит для SHA256), а k — это фактор, отвечающий за количество нулей в результирующем хеше. Например, k=20 потребует проведения порядка одного миллиона попыток.

Таким образом, майнеры изменяют в заголовке блока параметр nonce и считают хеш до тех пор, пока не будут выполнены условия сложности. Когда цель достигнута, блок добавляется в цепочку.

Майнинг — совместные усилия участников сети

Сложность решения блока чрезвычайно велика. Сейчас майнеры в биткойн-сети выполняют порядка 20 млн терахешей в секунду, и эта цифра растет. Для сравнения, одна видеокарта выдает порядка 30 мегахешей в секунду. Также в своем блоге инженер Кен Ширриф (Ken Shirriff) попробовал решить блок с помощью ручки и бумаги — его достижение было еще скромнее (0,67 хешей в день).

/ Количество терахешей за секунду, по данным blockchain.info

Из-за выросшей (и постоянно растущей) сложности майнерам тяжело решать блоки в одиночку. Поэтому они объединяются в пулы, где делят работу по решению блока и награду. Пулы выдают майнерам задачи и следят за количеством выполненной работы. Чем больший вклад в решение блока внес майнер, тем большую долю награды он получит.

Чтобы оценить процент проделанной работы, пул просит майнеров присылать информацию о нахождении частичных решений. Например, если биткойн-блокчейн требует, чтобы хеш блока имел 15 нулей, пул может просить присылать ему результаты с 10 нулями в качестве доказательства работы. Это в миллионы раз проще и такое решение майнер будет получать несколько раз в час.

За организацию взаимодействия пула и майнеров отвечают специальные протоколы. Например, протокол Stratum (еще есть Getwork, Getblocktemplate и другие), который используется большинством пулов. В своем блоге Кен Ширриф приводит код, пересылаемый пулом при выдаче задания, который содержит всю необходимую информацию для начала работы над блоком.

Когда блок решен, пул формирует соответствующую транзакцию для выдачи награды, утверждает заголовок и верифицирует блок. Если блок решил майнер, который находился за пределами пула, то сервис выдает участникам новое задание. В этом случае награду за подбор хеша майнеры не получают.

По своей сути майнинг биткойнов напоминает своеобразную «гонку вооружений». В самом начале люди майнили криптовалюту с помощью CPU, затем мощности центрального процессора стало недостаточно, и индустрия перешла на GPU и специализированное оборудование ASIC.

Отметим, что повышение сложности вычислений, помимо регулирования количества выпускаемых биткойнов, выступает в качестве защиты от атак на блокчейн. Если майнинг с использованием персональных компьютеров в масштабной сети окажется выгодным, злоумышленникам будет проще найти оборудование для атаки. Необходимость вкладываться в «железо» выступает ограничивающим фактором и дополнительным защитным механизмом.

Но подобная привязка к технике и «реальному миру» имеет свои недостатки. Как уже было отмечено, майнинг — достаточно «затратная» с точки зрения потребления энергии деятельность. На сегодняшний день биткойн-блокчейн расходует 48 ТВт/час в год, причем 30–40% энергии идет на охлаждение чипов.

Однако есть мнение, что объемы потребляемой энергии начнут постепенно снижаться после 2020 года, когда произойдет следующее уменьшение награды за блок, так как майнинг станет менее выгодным. В этом случае действенным способом замотивировать майнеров продолжать защищать информацию в блокчейне остается увеличение дохода с комиссий за обработку транзакций.

А для этого важно продолжать повышать интерес общества к экосистеме блокчейн-технологий. Это позволит в будущем использовать биткойн-блокчейн в качестве своеобразного «арбитра» для permissioned-блокчейнов и сайдчейнов, что позволит создать финансовую систему нового поколения.

Предлагаем вам еще несколько материалов о работе блокчейнов из нашего блога:

Источник