Technologie těžení bitcoinů

Většina čtenářů bitcoin.cz již jistě někdy slyšela o těžení bitcoinů. Jak to funguje? Co se vlastně počítá? Je možné na tom vydělat peníze? Na tyto otázky bych rád odpověděl v následujícím článku.

Hašuji, hašuješ, hašuje

V tomto odstavci budu předpokládat že čtenář ví, co je to “hašovací funkce”. Základní vysvětlení lze nalézt například na Wikipedii: http://cs.wikipedia.org/wiki/Hašovací_funkce.

Princip těžení spočívá v tom, že výpočetní zařízení počítá SHA-256 kryptografický hašovací problém nad čerstvými transakcemi Bitcoin sítě, které čekají na potvrzení. Hašovací funkce v podstatě vezme blok transakcí a co nejefektivněji tento blok transformuje na velké celé číslo. Problém je vyřešen (a minér tedy získává odměnu), jakmile je vypočtené číslo menší než aktuální složitost sítě Bitcoin (“bitcoin difficulty”), což je bezrozměrné číslo ovlivňující rychlost generování bloků, na kterém se shodla většina klientů sítě.

U samotného procesu hašování je v podstatě nemožné předpovědět výsledek. Jakákoliv malá změna v bloku dat naprosto změní haš, takže se znalostí haše je nemožné zpětně narušit integritu bloku. Haš tedy slouží nejenom jako identifikace bloku, ale zajišťuje také integritu systému.

Takzvané “těžení” není samoúčelná činnost, ale chrání konzistenci databáze transakcí (tzv. blockchain), zajišťuje provádění nových transakcí mezi uživateli sítě a chrání systém proti několika typům útoků, například proti tzv. “51% útoku”. Pokud by někdo vlastnil výpočetní kapacitu, která by převyšovala výpočetní kapacitu všech ostatních minérů (a tedy jeho vlastní rychlost hašování by přesáhla 51%), mohl by systém výrazně narušit. Mohl by teoreticky:

  • Zrušit transakce které poslal (problém “dvojitého utracení” BTC)
  • Zamezit potvrzení některých nebo všech transakcí
  • Zamezit ostatním minérům vkládání jejich bloků do systému

Bloky transakcí se sdružují do řetězu, každý blok obsahuje informaci o integritě předešlého bloku, které se dají ověřit nazpět až ke “genesis bloku”, tedy k úplně prvnímu bloku sítě Bitcoin. Každý počítač v P2P síti obsahuje kopii řetězu bloků v distribuované databázi (v tuto chvíli má databáze přibližně 3 GB).

Přidat další blok k řetězu bloků je složité a vyžaduje značnou výpočetní kapacitu. Aby byli minéři motivovaní k těžení, dostanou za nalezení bloku odměnu. Odměna je v tuto chvíli 50 BTC, ale každých 210.000 bloků se zmenší na polovinu. Hrubé odhady ukazují, že se odměna zmenší na 25 BTC za blok někdy koncem tohoto roku. Minér po vytěžení bloku také dostane všechny transakční poplatky, které jsou v bloku transakcí zaplaceny.

Složitost těžení systém automaticky upravuje podle celkové výpočetní kapacity systému tak, aby se nalezl přibližně jeden blok za 10 minut. Složitost se upravuje tak, že haš musí být menším než určité číslo, čímž systém přijímá méně výsledků. Složitost se upravuje každých 2016 bloků (přibližně 2 týdny). Minéři jsou tedy důležití nejenom pro tvorbu konzistentní transakční databáze a ochranu před útokem 51%, ale i pro emisi BTC do systému. Systém je nastavený tak, aby nebylo nikdy více než 21 miliónů BTC (každý bitcoin je však možné rozdělit až na 8 desetinných míst).

Od pazourku k vlastním čipům

S růstem složitosti se také zvyšuje soutěživost v těžení a jsou vytvářeny stále efektivnější technologie pro těžení. Když se v dávné bitcoinové minulosti v roce 2009 začalo poprvé těžit, bylo možné například s procesorem Pentium 4 za pár dní získat několik stovek BTC. Viz https://bitcointalk.org/index.php?topic=99265.0. Tehdy měl ale jeden bitcoin hodnotu několika dolarových centů..


Obr. 1.: evoluce v těžení BTC


Úplně první minery tedy k těžbě využívaly CPU. Dalším logickým krokem v těžení bitcoinů bylo využití GPU, tedy na grafických kartách. Proč je GPU o tolik efektnivnější ve vypočítávání haše? Jádro procesoru může zpracovávat 4 až 8 32 bitových instrukcí za takt, zatímco GPU, například Radeon HD 5970 jich zvládne zpracovat 3200 najednou. Když zohledníme, že dnešní CPU má více jader a většinou vyšší taktovací frekvenci, vyjde nám že GPU je 50x-100x rychlejší než CPU. Můžete se podívat na https://en.bitcoin.it/wiki/Mining_hardware_comparison, kde je přehledně zpracovaný seznam všech nejpoužívanějších zařízení, spolu s jejich efektivitou.

Vidíme, že GPU mají nesrovnatelně větší výkon než CPU. Vývoj ale nekončí. V tuto chvíli nejefektivnější způsob těžení je FPGA. FPGA je programovatelné hradlové pole. Vzhledem k tomu, že FPGA může být naprogramováno speciálně na výpočet hašů, je mnohem efektivnější. FPGA má vyšší výkon než GPU a o mírně niižší spotřebu elektrické energie. Rozdíl je v tuto chvíli ale také v investičním riziku. Pokud bitcoinový projekt zkrachuje, pro svoje FPGA těžko najdete alternativní využití. Pokud ovšem těžíte na GPU, dají se karty jednoduše prodat například hráčům PC her. Vývojem a prodejem FPGA těžících zařízení se zabývá řada firem a je to vysoce konkurenční podnikání. Nejčasteji využívaným procesorem je Spartan od firmy Xilinx.

ASIC – poslední meta

Posledním trendem v závodě o výkon je ASIC. ASIC znamená Application Specific Integrated Circuit, tedy integrovaný obvod pro zvláštní využití. ASIC je s přehledem nejvýkonnější a spotřebuje nejméně elektrické energie. Hlavní problém ASICu je, že ho lze využít pouze pro jednu činnost, protože je navrhnut a vytvořen pro výpočet jednoho specifického algoritmu. Další zásadní problém je, že vývoj ASIC čipu stojí až miliony dolarů. Po vytvoření návrhu je třeba okruhy napevno vypálit do čistého křemíkového plata, na což jsou třeba velmi speciální podmínky. V čechách bychom firmy schopné vytvořit ASIC čip mohli spočítat na prstech jedné ruky.

ASIC čipy pro výpočet SHA-256 haše ve světě bitcoinů zatím podle všeho neexistují. Existuje ale řada firem a společenství, které se snaží ASIC první vytvořit a dodat na trh.

Jako hlavní lídr trhu je firma Butterfly labs, která již dodává FPGA zařízení pro těžení a přijímá předobjednávky na ASIC zařízení na http://www.butterflylabs.com/products/. Butterfly labs tvrdí že první přístroje pošle v říjnu letošního roku.

Další skupina snažící se o vlastní ASIC miner je OpenBitASIC. Tato iniciativa se snaží společnými silami vytvořit ASIC pod GPL licencí. Více se lze o jejich aktiviách dočíst na https://bitcointalk.org/index.php?topic=76351.0. Iniciativa tvrdí že jejich výrobek bude k dispozici ve čtvrtém kvartálu roku 2012.

Jiný způsob financování si zvolila firma Bitfountain, která vydala emisi akcií ASICMINER na akciové platformě GLBSE. Po získání dostatečného množství prostředků se nyní snaží vytvořit ASIC čip. První dvě firmy tvrdí že budou pouze prodávat hardware, bitfountain plánuje sama těžit (výkonem 12 Thash/s) a poté prodávat čipy minérům, kteří mají zájem těžit doma. O firmě je možné se dočíst zde: https://bitcointalk.org/index.php?topic=99497.0. Bitfountain tvrdí že je schopná soutěžit s Butterfly labs a snaží se také vytvořit čipy co nejdříve. Podle prohlášení společnosti to bude do konce tohoto roku.

Ohledně ASIC zůstává řada nezodpovězených otázek:

  • Kdo první dokáže vytvořit funkční ASIC miner
  • Jak ASICy po nástupu na trh ovlivní bitcoinovou složitost
  • Kolik ASIC čipů bude firmami vytvořeno (jakmile je návrh úspěšně hotový, je relativně levné vytvářet další čipy)
  • Jestli a jak ovlivní technologie ASIC cenu bitcoinů na burze. Je možné, že lidé, kteří investovali mnoho peněz do nákupu ASIC budou chtít svoje investice směnit zpět na dolary

Obr. 2.: historický vývoj výkonu a složitosti těžení

Podle všech informací nás čeká zajímavý konec roku 2012. Co si myslíte vy že se stane? Jak dopadne závod ASIC?
Autor: Vítek R.
redakčně upraveno

[author_donate 1MqivbTygMAqHjeRJVRUvSnJWmiigMbgXA]

 

Užitečné odkazy a použitá literatura:

Share Button
0 comments

Trackbacks

  1. [...] stranou to, že těžení není zcela bezúčelné (jak tvrdí Business Insider), a že hned několika způsoby chrání integritu celého systému [...]

Post Navigation