Особенности алгоритма Эфира (Ethereum) и переход с PoW на PoS

Алгоритм Эфира (Ethereum) — набор правил, используемых криптовалютной сетью в процессе формирования цепочки блокчейн. Для Эфириума характерен алгоритм Ethash и механизм консенсуса — PoW. Зная их особенности, майнеру проще разобраться с нюансами работы криптосети и подобрать подходящее оборудование.

Что это такое

Алгоритм Эфириума — схема вычисления, применение которой позволяет участнику криптосети получить новую монету и вознаграждение (на 26.10.2018 года — 3 ETH). Речь идет о майнинге — вычислении хеша для закрытия старого и создания блока blockchain. Для выполнения работы применяется специальное оборудование с высокой производительностью (хешрейт).

Алгоритм хеширования представляет собой набор правил, используемых в процессе получения элементов криптосети. Для криптовалюты Ethereum — Ethash, применяемый и для Эфириум Классик. В остальных случаях задействуются иные алгоритмы: для Биткоина — SHA-256, для Лайткоина — Scrypt, для Dash — X11 и так далее. Их несколько десятков, у каждого есть индивидуальные особенности.

Основные алгоритмы шифрования

Популярные алгоритмы шифрования для основных криптовалют:

1. SHA-256 — набор криптографических правил, цель которых заключается в создании на выходе значения с определенной длинной для идентификации данных. Алгоритм разработан в 2002 году, был применен Сатоши Накамото для Биткоина в 2009 году. Особенности метода: небольшой риск появления коллизии и высокая скорость шифрования. На алгоритме работают Namecoin, Bitcoin, Peercoin, Bitcoin Cash и другие цифровые деньги.
2. Scrypt — адаптивный процесс, построенный на базе криптографии. Формирование ключей происходит с помощью специально параметра хеша. Алгоритм создан в качестве альтернативы для SHA-256. Особенность Scrypt — меньшие требования к оборудованию, высокая скорость обработки и большая устойчивость к АСИКам (сегодня оборудование уже выпускается). Применяется для Litecoin, Dogecoin и других цифровых денег.
3. X11 — один из наиболее надежных алгоритмов, основанный на объединении одиннадцати разных протоколов. Такая особенность защищала X11 от ASIC-майнеров, но лишь на начальном этапе. Сегодня в продаже представлены АСИКи для добычи монет на X11 — устройства активно применяется участниками сети. Особенности: высокий уровень безопасности, возможность добычи цифровых денег на графических и центральных процессорах, минимальный уровень потребления энергии. Криптовалюты на X11 — Dash, Startcoin.
4. Ethash — алгоритм, разработанный специально для Ethereum, а впоследствии взятый за основу форком Эфириум Классик. Создатель Ethash — В. Бутерин. Отличие Ethash в структуре — создании дерева со множеством последовательных узлов. Такая особенность повысила сложность расшифровки и сделала алгоритм Эфира устойчивым к майнингу на АСИКах (на начальном этапе). Майнеры обновляют blockchain Ethereum путем поиска хеша (кода Nonce) с помощью производительного оборудования. Коины на Ethash — Ethereum, Pirl и другие.
5. Equihash — алгоритм с особым методом шифрования, отличающийся высокими требованиям к ОЗУ и вычислительной мощности. Разработчики сделали механизм консенсуса, открывающий возможность для добычи криптовалюты в домашних условиях (к примеру, с помощью видеокарты или центрального процессора). На Equihash работают Zcash, Bitcoin, Comodo.

Существует и ряд других алгоритмов, заслуживающих внимания — Blake-256, NeoScrypt, Keccak. Перечень можно продолжать долго.

Особенности алгоритма Эфира

При майнинге Эфира  важно знать особенности алгоритма Ethash. Изначально для получения ETH применялись видеокарты (процессоры и жесткие диски почти не использовались). С ростом курса Эфириума увеличилась популярность криптовалюты, возросла сложность добычи. Участники сети перешли на фермы для майнинга, отличающиеся более высоким хешрейтом.

С появлением АСИКов все больше пользователей отдают предпочтение новому оборудованию. Особенность ASIC-майнеров в большой мощности на фоне низкого потребления энергии.

Особенности алгоритма для Эфира Ethash:

1. На получение одного блока идет 14–14,5 секунды. Благодаря особенности исключаются двойные затраты в криптовалютной сети и вероятность корректировки блокчейн-цепи.
2. Контроль и хеширование процесса возможно даже с применением CPU (на начальном этапе). Из-за повышения сложности пользователи вынуждены переходить на более производительное оборудование — GPU и АСИКи.
3. Снижение риска децентрализации сети даже в случае применения ASIC-майнеров.
4. Сложность добычи цифровых денег находится в постоянной динамике и меняется с учетом общего хешрейта в сети. Это делается для поддержания равновесия и удержания скорости майнинга новых блоков приблизительно на одном уровне.
5. Для майнинга Эфира необходимый объем ОЗУ составляет от 3 до 3,5 ГБ. При меньшем параметре программа для добычи ETH не начнет работу.
6. При получении коинов применяется специальная программа, к примеру, EthMiner, используемая для подключения к пулу.

Одним из минусов алгоритма Эфира считалось зависание программы для добычи ETH при переходе на новую эпоху.

С появлением программы ClayMore проблема ушла в прошлое. Теперь файл DAG сохраняется на видеокарте компьютера, а не на HDD. В результате увеличилось число майнеров, возросла популярность видеокарт NVIDIA и AMD. Недостаток остался лишь в повышенном объеме энергии.

Что такое PoS и PoW-майнинг

В криптовалютах применяется два метода достижения консенсуса — PoS и PoW. Первый пока менее востребован, ведь не подразумевает применения вычислительных мощностей. Во многих цифровых деньгах (в том числе в Эфире) используется PoW — доказательство выполненной работы. Сегодня PoW считается наиболее удобным и надежным, но отличается высокими запросами к электроэнергии.

Суть PoW:

1. Децентрализованные элементы криптовалютной сети (оборудование) используют мощности для проведения вычислений (поиска хеша). Цель — первыми найти необходимое число, закрыть блок и получить вознаграждение. После формирования нового элемента происходит обновление blockchain, запускается процесс добычи очередного блока.
2. Для решения поставленной задачи оборудование участника криптосети должно иметь высокий хешрейт.

Применение специальных шифров при создании элементов блокчейн обеспечивает безопасность сети Эфира и защищает ее от взлома.

Суть PoS:

1. Главный фактор в процессе получения Эфириума — не производительность оборудования, а объем монет на счету.
2. При получении нового блока сеть удерживает определенный объем Эфира на кошельках пользователей до момента подтверждения транзакции.
3. После валидации майнеры получают премию за успешный блок.

Если сравнивать PoW и PoS-майнинг, первый подразумевает добычу криптовалюты с помощью специальной техники, а второй — накопление денег в кошельке для получения прибыли (процентов). В планах создателей Эфира полный переход на PoS уже в 2019 году.

Минусы PoW-майнинга

Главные недостатки PoW-майнинга:

1. Высокие расходы на электричество. Метод требует применения мощного оборудования, потребляющего большие ресурсы. С ростом популярности криптовалют увеличивается число майнеров, растет нагрузка на электрические сети.
2. Высок риск централизации. С появлением АСИК-майнеров хешрейт концентрируется в руках крупных компаний (как правило, производителей оборудования). В будущем участники криптосети смогут влиять на устойчивость системы в целом.
3. Для майнинга Эфира необходимо тратить большие деньги на оборудование. К примеру, ферма на 6–8 видеокартах обходится в 6–8 тысяч долларов, а один ASIC-майнер для добычи на алгоритме Ethash стоит 1100 долларов.
4. Механизм PoW не защищен перед атакой 51 %. При появлении группы майнеров, использующих более 51 % суммарного хешрейта, за ними закрепляется полный контроль криптосети и ее пользователей.

Необходимость постепенного отказа от PoW обусловлена огромным потреблением электричества — это главная проблема. Для добычи Эфира используются мощности, достаточные для обеспечения небольшой страны.

Плюсы и минусы PoS

Для четкости картины важно знать преимущества и недостатки главного конкурента PoW — механизма PoS.

Достоинства:

1. Добыча цифровых денег имеет иной принцип. Для получения вознаграждения достаточно завести кошелек и хранить Эфир продолжительное время. Чем больше денег на счету, тем выше доход.
2. Уходят в прошлое трудности, связанные с масштабированием. С ростом популярности Ethereum увеличивается число транзакций, что приводит к задержкам в их проведении и увеличении комиссии. В алгоритме PoS операции проходят почти мгновенно.
3. Уходит опасность атаки 51 %. Мошенникам нет смысла накапливать на кошельке огромное число Эфира, а после наносить вред системе. В таком случае недоброжелатели станут первыми пострадавшими из-за снижения курса Эфириума к доллару.
4. Инфляционная составляющая падает до двух-трех процентов.
5. Участники криптосети направляют усилия для накопления Эфира на бумажниках — стоимость 1 Эфириума будет расти.
6. Майнеры экономят деньги на приобретение дорогостоящей аппаратуры. Имеющиеся средства можно пустить на прямые инвестиции в криптовалюту, после чего хранить токены в кошельке.

Недостатки PoS:

1. Участники сети с небольшим числом коинов теряют возможность для заработка криптовалюты. Им придется объединяться в пулы для получения премии за добытые блоки. С каждым годом проблема будет усугубляться.
2. Опасность сосредоточения «львиной» части Эфира в руках одного человека или группы связанных людей.
3. Проблемы с оборотом. Из-за особенностей алгоритма PoS участники криптосети будут стремиться к накоплению виртуальной монеты. Расходование средств становится невыгодным, поэтому движение Эфира может ограничиться.
4. Остается опасность двойного расходования средств из-за риска внесения правок в блокчейн неблагонадежными валидаторами (майнерами). За проступок мошенники могут лишиться всех накоплений.

Алгоритм PoS имеет больше преимуществ, но многие проблемы еще придется решать.

Когда и как произойдет переход Эфира на PoS

В 2017 году появились первые новости о планах разработчиков Эфира о переводе системы на новый алгоритм PoS. Процедура подразумевает два шага. На первом реализуется Метрополис. Подразумевается улучшение характеристик и внесение правок в коины Ethereum. Эта часть проекта разбивается на две части — Византия и Константинополь. Первая реализована осенью 2017 года, а вторая находится на этапе тестирования (на 26 октября 2018 года).

Завершающим шагом станет форк Каспер, подразумевающий полный переход Эфира на PoS. На начальном этапе к валидации будут допущены пользователи с числом монет от 1000 и более. Мелкие валидаторы для добычи коинов смогут соединиться в пулы. В будущем произойдет снижение порога до 32 ETH. После завершения перехода разработчики планируют внедрение системы P2P.

На 26 октября 2018 года точной информации о времени перехода Эфира на алгоритм PoS нет. Ориентировочно называется весна 2019 года, но с текущей тенденцией переноса сроков сложно делать точные прогнозы. Некоторые пользователи выражают мнение, что окончательный переход не состоится из-за больших рисков для криптовалюты и сообщества.

Причин несколько. Во-первых, высок риск отказа от новой системы майнеров, а это приведет к коллапсу системы и появлению нового хардфорка (похожая ситуация имела место в случае с Эфириумом). Во-вторых, появляются дополнительные опасности перехода — повышение централизации и проблемы с выводом из-за желания участников криптосети только накапливать криптовалюту.

Существует риск появления недобросовестных валидаторов, меняющих код блокчейн для решения собственных задач. Вероятность таких действий минимальна, ведь при обнаружении обмана майнер наказывается всем имуществом (происходит полная конфискация Эфира).