Майнинг и как он работает: матчасть / Хабр

Что такое майнинг. Объясняем простыми словами

Майнинг (англ. mining — «добыча полезных ископаемых») — производство криптовалюты за счёт мощностей компьютерного оборудования.

Традиционные деньги выпускают центробанки. В мире криптовалют центробанков нет. Единственный способ добыть крипту — майнинг, построенный на решении компьютерами математических задач.

Суть майнинга в том, что компьютеры, находящиеся в самых разных местах по всему миру, проводят вычисления и таким образом генерируют новые блоки блокчейна. Эту систему сравнивают с большой книгой, содержащей все записи о том, что происходит с криптовалютой. Она — платформа, на которой основана работа любой криптовалюты.

Грубо говоря, работа майнеров заключается в том, чтобы подобрать из миллионов комбинаций один-единственный хэш (результат некоего математического преобразования блока) от предыдущего блока — так можно «прикрепить» ещё один блок. За награду одновременно бьётся множество майнеров. Кто сделал это первым — тот и получает награду.

Майнинг самой популярной криптовалюты — биткоина — уже невозможен без специального дорогого оборудования. Если в начале и середине нулевых для этого годился даже домашний компьютер с мощной видеокартой, то сейчас требуются промышленные вычислительные мощности. Дело в том, что биткоинов не может быть больше 21 млн. Большую часть из них уже сгенерировали, и для каждого нового биткоина требуется всё больше мощностей.

Бизнес майнера, по сути, заключается в переработке большого количества электричества в обмен на биткоины.

Примеры употребления на «Секрете»

«Энергетическая компания «МРСК Северного Кавказа» обнаружила кражу электроэнергии на сумму 130 млн рублей. Местом преступления оказалось село Плиево в Ингушетии. Энергетики обнаружили недалеко от села объект, на котором злоумышленники незаконно установили два трансформатора, снабжавших энергией более 1600 майнинг-ферм. Создателям этой системы грозит от 2 до 5 лет тюремного заключения».

(Из материала о криптопреступлении на Кавказе.)

«Alibaba прекратит продажу оборудования для майнинга. Ограничение связано с ужесточением политики властей Китая в отношении криптовалют. Под ограничения попадут как оборудование, так и программы и учебные пособия».

(Из новости о грядущих сложностях с покупкой оборудования для добычи крипты.)

Практика

В 2017 году в мире на фоне взрывного роста биткоина произошёл криптовалютный бум. В России, которая, по оценкам экспертов, обладает большим потенциалом для майнинга за счёт мягкого законодательства и дешёвой электроэнергии, стали появляться криптоферы и промышленные майнинг-отели (где оборудование для добычи биткоина сдают в аренду).

В 2018 году наступила «криптозима». Стоимость биткоина рухнула, и многие майнинг-предприятия «криптозиму» не пережили. А в пандемию возродился интерес к альтернативным способам сбережения капитала, вместе с ним и к криптовалютам.

В 2021 году Россия вошла в тройку лидеров по добыче криптовалют с долей 11,23%, уступив только США (35,4%) и Казахстану (18,1%).

В Иркутской области за 2021 год объём потребления энергии вырос почти на 160% при изначально заложенных 2,8%. Львиная доля этого роста приходится на подпольных майнеров, потребляющих электричество в промышленных масштабах, но рассчитывающихся за него по тарифам для населения. Это вызвало перегрузку энергосетей в регионе. Власти забили тревогу. Глава Минэнерго Николай Шульгинов заявил, что в России нужно исключить ситуацию, когда майнеры потребляют электричество по тем же низким тарифам, что и население.

Факты

В РФ действует закон о цифровых финансовых активах (ЦФА). Он даёт определения понятиям «цифровая валюта» и «цифровые финансовые активы», а также регулирует правила покупки-продажи этих активов. Но определения майнинга в законе нет. В то же время майнеров хотят признать предпринимателями.

Учёные из США считают, что добыча цифровой валюты представляет серьёзную угрозу для климата Земли. Ведь объём электричества, которое используется для добычи биткоинов, превышает энергопотребление целых стран.

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:

1. Неотвратимость транзакций.
2. Возможность любому проверить их валидность.

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.

1. Желательно, чтобы новые блоки создавались раз в 10 минут. Если через какое то время мы посмотрим, и окажется, что их больше чем надо было, то рассчитать новую сложность их генерации каждые 100 блоков
2. За то, что кто-то создает валидный блок, ему полагается награда в 50 HabraCoins + комиссия
3. «Побеждает» тот блок, в котором больше всех транзакций

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.

В криптовалютах используется способ ограничения сложности, который заключается в проблеме вычисления хэша заданного значения. Если быть точнее, то меньше определенного значения.
Если кто не в курсе, хэш, например f7c9f52d1ebf8c6aef8986fb127ba1bdeec58521f7eb46f026b708df26a40912 — это какое никакое, а число. В десятичной системе оно выглядит как 112078102004378042284884826242280406284022042488488848628408208468422468268028. То есть, хэши можно сравнивать, складывать вычитать и всё такое.
Так вот. Чтобы все признали блок валидным, его хэш должен быть меньше максимально возможного минус определеного всеми значения, называемого сложностью .
Например, хэш у нас 4 байта, максимально возможное значение его FFFFFFFF₁₆. А сложность, допустим, 100₁₀. Вычитаем одно из другого, получается, наш хэш должен быть меньше чем FFFFFF9B₁₆

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:

Block1->Block2->Block3A
Block1->Block2->Block3B

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

000008ACF935A8E3E453AC538706F560155943C6B0A77E5F5FCA7939D5FFE589676A6B3CD7AC78845786C50449D1A6F
91003EDCA7B5D8B12AC36CCA36A00844A

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

Майнинг: что это, как работает и для чего используется

Далеко не каждый знает даже основные принципы майнинга, что это такое и как все работает. А ведь разобраться с этим стоит каждому, кто собирается майнить для получения прибыли или хотя бы хочет понять, почему дорожают видеокарты.

Термин «майнинг» становится все более популярным — в 2021 году о нем слышал практически каждый, кто интересуется мировыми новостями. Чаще всего его употребляют вместе со словами «заработок» и «биткоин», потому что именно эта криптовалюта появилась первой.

Что такое майнинг по-простому

Слово майнинг произошло от английского mining, которое можно перевести как «добыча». Связь с современным термином прямая — потому что майнеры как раз и «добывают» криптовалюту, в основном, для продажи и получения прибыли. Добыча выполняется с помощью математических вычислений, для которых используют мощные компьютеры и специализированные устройства.

Мы постараемся рассказать, что такое майнинг и как это работает простыми словами. Стоит начать с понятия «блокчейн». Этим термином обозначают цепочку блоков или огромную базу данных, расположенную сразу на нескольких устройствах. Если речь идет о популярных криптовалютах — то на тысячах и даже на миллионах компьютеров.

Криптовалюта хранится в цепочках блоков такой распределенной базы данных, доступ к которым предоставляется только при наличии уникального ключа (хеша). Уникальность позволяет избежать дублирования монет и мошенничества. Каждый блок — результат вычислений, выполняемых на компьютерах участников сети. При попадании транзакций на устройства майнеров начинается расчет ключа. Подобранный хэш подтверждается другими участниками в соответствии с используемым алгоритмом защиты. И только после подтверждения майнеры получают вознаграждение, которое поступает на криптовалютный кошелек.

Несмотря на отсутствие контроля процесса майнинга со стороны властей или финансовых организаций, уровень надежности системы очень высокий. Участник сети может передать ключ другому владельцу, предоставив доступ к определенному количеству криптовалюты. Но если взаимодействовать с блоками, не имея нужного хеша, транзакция не будет подтверждена и попытка хищения окажется неудачной. А взломать цепочку блоков не получится из-за децентрализованного распределения данных.

Способы защиты процесса

Разбираясь, как работает майнинг, стоит познакомиться и с тем, как защищается процесс. Точнее, какие доказательства применяются для подтверждения транзакций и создания новых блоков. Два самых популярных алгоритма — Proof-of-Work и Proof-of-Stake. Существуют и другие способы, но они используются в конкретных проектах, для которых разработаны.

Источник https://secretmag.ru/enciklopediya/chto-takoe-maining-obyasnyaem-prostymi-slovami.htm

Источник https://habr.com/ru/post/204008/

Источник https://ichip.ru/tekhnologii/majning-chto-eto-kak-rabotaet-i-dlya-chego-ispolzuetsya-771422