что такое hash криптовалюта
Что такое хэш в криптовалюте?
Как это работает?
Допустим, у нас есть некий определенный текстовый файл. Мы его видим как текст, а компьютер видит его как набор символов. Компьютерная логика использует двоичную систему (ноль и единицу), которые можно преобразовать в шестнадцатеричную систему. Применив к данному тексту хеширование, мы сможем преобразовать его в строчку, которая будет иметь фиксированную длину согласно алгоритму хеширования SHA1.
Мороз и солнце, день чудесный.
У лукоморья дуб зеленый.
Хэш алгоритма Биткоин (SHA-256) может иметь следующий вид: i58r1e4c55fa105bdd3f40e5038eb0b057b5998c52c05e6uv08478hh2da5cab2.
В процессе добычи виртуальных монет возникает необходимость сравнивать полученные хеши. Смежное понятие (хэшрейт) обозначает скорость расчета хэшей в процессе получения нового блока в цепи блокчейн. Чем больше этот параметр, тем быстрее оборудование находит необходимое число, и тем выше заработок майнера. Наиболее производительным оборудованием считаются АСИКи.
Роль хэша в майнинге криптовалюты
Чтобы провести добычу блока майнерам необходимо осуществить хэширование блокчейна, к заголовкам блока, чтобы он стал меньше. Заголовки блоков содержат строки информации, например, детали переводов. С помощью ПО майнер использует хэш-функцию, чтобы преобразовать данные и создать хэш. Если целевой хэш достигнут, добывается блок.
Он проверяется в блокчейне и майнер награждается криптовалютой. Потребуется много попыток, чтобы получить целевой хэш, для чего и требуется вычислительное оборудование. Хэш обеспечивает безопасность всего блокчейна, в этом его основная функция.
Криптографическая функция хэша, применяемая в Биткоине функционирует на базе сложной формулы, которая имеет несколько основных свойств:
Чтобы блокчейн работал, ему необходимо обновление, и ведение записей каждой транзакции. В моменты обновления данных блокчейн становится более уязвимым, и, чтобы исключить риски, используется криптографический код. У хэша блокчейна есть несколько алгоритмов шифрования.
Блокчейн Биткоина построен на алгоритме шифрования SHA-256. Все данные кодируются в 256-битный ключ. Алгоритм SHA-256 позволяет закодировать очень большой массив информации, что выгодно отличает его от других. Если кто-то попытается изменить хоть один символ исходного блока, то итоговый ключ полностью изменится. Так достигается защита от несанкционированного изменения.
Алгоритм SHA-256 самый распространенный в майнинге. Его степень надежности к взлому превосходит все остальные. Однако и у него есть недостатки. Тот, кто обладает большим количеством вычислительных мощностей, тот и получает большую часть монет. Кроме того, данный алгоритм требует от майнеров владения мощным оборудованием, которое дорого стоит и использует много электроэнергии.
Что такое хешрейт?
Успешность майнинга измеряется количеством попыток, которое предпринимает майнинг-оборудование для поиска хеша (преобразования блока). С каждой попыткой создается “кандидат на создание блока”, который должен соответствовать установленному хешу. Поскольку попытки осуществляются непрерывно, мощность майнинга измеряется в попытках в секунду [H/s]. Чем больше людей со своим оборудованием принимает участие в процессе майнинга, тем выше коэффициент хэширования. Если хешрейт слишком высокий, уровень сложности увеличивается. Если хешрейт становится меньше, соответственно, и уровень сложности уменьшается.
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
Что такое хэш в майнинге?
Биткоин сегодня занимает лидирующие позиции. Рейтинг у него самый высокий. Но для того, чтобы уверенно чувствовать себя в криптовалютах — надо понять основы блокчейна. Для этого мы сегодня поговорим про хэш в майнинге: что это, его функции и возможности.
Что такое майнинг простыми словами
В новостях Биткоина часто можно встретить высказывания, что майнерам удалось добыть некоторое число btc в течение определенного времени. Данную криптовалюту, как и другие добывают, при помощи определенных математических вычислений. Для вычислений применяют специальное оборудование.
Фактически это и есть майнинг, если сказать просто. В России, как и в других странах пользователи используют компьютеры для добычи монет, а потом через обменник выводят полученные Биткоины в фиатные деньги.
Любая криптовалютная биржа, сервис или обменник предлагают услугу по конвертации Биткоина в фиаты. Клиент может выбрать подходящий способ, чтоб вывести монету на карту банка, кошелек.
За счет майнинга функционирует система Биткоина – блокчейн. В своей основе имеет цепочку взаимосвязанных блоков, генерирующихся в ходе проведения вычислительной операции. Есть несколько способов майнинга.
Способы майнинга
Майнер может использовать свое оборудование, создавая ферму. Чем мощнее ферма, тем быстрее майнеру удается добыть определенное количество блоков. Даже на ПК возможно осуществить майнинг, но добыча Биткоина на нем бесполезна, так как потребует значительных расходов на электричество, мощности ПК не хватит. На домашнем компьютере добывают сейчас малоизвестные монеты.
Майнинг-пул
Майнеры объединяются в пулы – сообщества, с целью добывать Биткоин или другую известную криптовалюту. Полученную награду распределяют между участниками. Каждый пул использует свое оборудование, разнообразные схемы получения дохода.
Майнинг в облаке
Для такого типа добычи можно не использовать свой ПК, пользователь находит сервис в сети, арендует мощности, платит по тарифу, и начинает майнить. Вся полученная прибыль забирается. Сейчас многие майнеры, не имеющие возможности использовать мощное оборудование, используют такой способ.
В майнинге валют есть такой элемент, как хэш.
Хэш майнинга
Что из себя представляет хэш? Hash простыми словами означает строку символов, которая представляет и защищает данные в блокчейне криптовалюты. Цифровые данные существуют в виде строк двоичных чисел. В свою очередь хэш-функция использует математические алгоритмы для того, чтобы создавать новые строчки чисел в виде хэша.
Что такое хэш-функция, и зачем она нужна?
Хэш-функции в криптовалюте представляют собой компьютерные алгоритмы, создающие сам хэш. Хэш-функция осуществляет превращение информации транзакций в зашифрованные хэши, составляющие базовую основу блокчейна. Фактически хэш является новым состоянием блокчейна, который содержит в себе уже новую информацию о транзакциях.
Хэш-функцию используют к информации любого объема, а потом меняют на данные уже ограниченного объема, обеспечивая защиту, хранение, передачу данных. Когда обработка данных окончена, хэш становится ограниченным по размеру. Если вдруг хэш был подвергнут изменению, тогда нетрудно определить, что был осуществлен взлом или фальсификация.
Какова роль хэша в майнинге криптовалюты
Чтобы провести добычу блока майнерам необходимо осуществить хэширование блокчейна, к заголовкам блока, чтобы он стал меньше. Так как заголовки блоков содержат в себе строки информации, в том числе и детали переводов. При помощи ПО майнер использует хэш-функцию для того, чтобы поменять данные и создать хэш. Если целевой хэш достигается, блок добывается.
Потом он проверяется в блокчейне и майнер получает вознаграждение в виде криптовалюты. Но перед тем, как целевой хэш будет получен, необходимо множество попыток, поэтому и требуется вычислительное оборудование. Хэш обеспечивает безопасность всего блокчейна, в этом его основная функция.
Криптографическая функция хэша, применяемая в Биткоине функционирует на базе чрезвычайно сложной формулы, которую понимают только немногие. Она имеет несколько основных свойств.
Свойства функции
Чтобы блокчейн мог работать, ему необходимо обновление, и ведение актуальных записей каждой транзакции. Именно в моменты обновления данных блокчейн становится более уязвимым, и, чтобы исключить риски, используется криптографический код. Хэш блокчейна отличается наибольшей устойчивостью. У хэша блокчейна есть несколько алгоритмов шифрования.
Хэширование информации, которая получается при создании Биткоина, осуществляется с помощью алгоритма шифрования SHA-256. Все данные кодируют в 256-битный ключ. Алгоритм уникален тем, что с его помощью можно закодировать огромный объем информации. Если кто-то попытается изменить один символ исходного блока, тогда итоговый ключ полностью изменится. Так достигается защита от несанкционированного изменения.
Такой алгоритм чаще всего и используют в майнинге. Его степень надежности к взлому превосходит все остальные. Однако у него есть и недостатки. Если кто-то обладает огромными вычислительными мощностями, тогда он и получит большую часть монет. Кроме этого, использование алгоритма требует от майнеров владения мощного оборудования, что могут позволить себе далеко не все.
Пример хэша
К примеру, хэширование понятия «Компьютер» будет иметь такую же длину, как и хэш выражения «Майнить валюты – это классно». Поскольку у функции, которую применяют для того, чтобы генерировать хэш, есть свойство детерминированности, это значит то, что она выдаст всегда один и тот же результат, когда используют один и тот же ввод.
Примером криптографического хэша может быть такой вариант хэша — c73d08de890479518ed60cf670d17faa26a4a71f995c1dcc9781. Для вычисления криптографических хэшей используют множество программ, в том числе и такую как Hasher.
Подписывайтесь на Телеграм канал, чтобы всегда быть в курсе самых последних и горячих новостей @like_freedman
Что такое хэш в майнинге? Как он работает?
Как работает хэш
Основой любой криптовалюты является блокчейн, который представляет собой глобальную бухгалтерскую книгу, образованную объединением отдельных блоков данных транзакций.
Блокчейн содержит только надежные, проверенные транзакции и тем самым предотвращает мошеннические операции и двойные траты.
Зашифрованное значение представляет собой последовательность цифр и букв, которые совсем не похожи на исходные данные – это и называется хэшем. Майнинг криптовалюты проделывает работу с этим хэшем.
Хеширование требует обработку данных из блока через математическую функцию, что и приводит к выводу фиксированной длины. Использование фиксированной длины повышает безопасность, так как любой, кто пытается взломать хэш, не сможет определить длину, увидив длину вывода.
Решение хэша – это решение сложной математической задачи, которое начинается с данных, доступных в заголовке блока. Каждый заголовок блока содержит номер версии, временную метку, хэш, использованный в предыдущем блоке, хэш Merkle, одноразовый номер и целевой хэш.
Майнер сосредотачивается на одноразовом числе, строке чисел. Этот номер добавляется к хэшированному содержимому предыдущего блока, который затем сам хэшируется. В случае если новый хэш меньше или равен целевому хэшу, то он становится решением и майнер получает свое вознаграждение, а сам блок добавляется в цепочку блоков.
Способ проверки транзакций блокчейна образован на шифровании данных с использованием алгоритмического хеширования.
Решение хэша требует от майнера определить, какую строку использовать в качестве одноразового номера, что само по себе требует значительного количества проб и ошибок.
Это связано с тем, что одноразовый номер является случайной строкой. Вряд ли майнер удачно придумает правильный одноразовый номер с первой попытки, а это значит, что он потенциально может протестировать большое количество вариантов одноразового номера, прежде чем получить его правильное значение.
Пример хэша
Хэширование слова «Компьютер» будет той же длины, что и хеш фразы «Майнинг это круто». Функция, используемая для генерации хеша, является детерминированной, что означает, что она будет давать один и тот же результат каждый раз, когда используется один и тот же ввод.
Обработка хеш-функций, необходимых для шифрования новых блоков, требует значительной вычислительной мощности компьютера (майнинг фермы), что становится в наше время дорогостоящим занятием.
Чтобы привлечь как можно больше майнеров, сама сеть криптовалюты вознаграждает их как новыми токенами, так и монетами с комиссии за транзакцию.
Майнеры получают монеты только в том случае, если они первыми создали хэш, который отвечает требованиям, указанным в целевом хеше.
Что такое Хэширование? Под капотом блокчейна
Так что же такое хэширование?
Простыми словами, хэширование означает ввод информации любой длины и размера в исходной строке и выдачу результата фиксированной длины заданной алгоритмом функции хэширования. В контексте криптовалют, таких как Биткоин, транзакции после хэширования на выходе выглядят как набор символов определённой алгоритмом длины (Биткоин использует SHA-256).
Input- вводимые данные, hash- хэш
Посмотрим, как работает процесс хэширования. Мы собираемся внести определенные данные. Для этого, мы будем использовать SHA-256 (безопасный алгоритм хэширования из семейства SHA-2, размером 256 бит).
Как видите, в случае SHA-256, независимо от того, насколько объёмные ваши вводимые данные (input), вывод всегда будет иметь фиксированную 256-битную длину. Это крайне необходимо, когда вы имеете дело с огромным количеством данных и транзакций. Таким образом, вместо того, чтобы помнить вводимые данные, которые могут быть огромными, вы можете просто запомнить хэш и отслеживать его. Прежде чем продолжать, необходимо познакомиться с различными свойствами функций хэширования и тем, как они реализуются в блокчейн.
Криптографические хэш-функции
Криптографическая хэш-функция — это специальный класс хэш-функций, который имеет различные свойства, необходимые для криптографии. Существуют определенные свойства, которые должна иметь криптографическая хэш-функция, чтобы считаться безопасной. Давайте разберемся с ними по очереди.
Свойство 1: Детерминированние
Это означает, что независимо от того, сколько раз вы анализируете определенный вход через хэш-функцию, вы всегда получите тот же результат. Это важно, потому что если вы будете получать разные хэши каждый раз, будет невозможно отслеживать ввод.
Свойство 2: Быстрое вычисление
Хэш-функция должна быть способна быстро возвращать хэш-вход. Если процесс не достаточно быстрый, система просто не будет эффективна.
Свойство 3: Сложность обратного вычисления
Сложность обратного вычисления означает, что с учетом H (A) невозможно определить A, где A – вводимые данные и H(А) – хэш. Обратите внимание на использование слова “невозможно” вместо слова “неосуществимо”. Мы уже знаем, что определить исходные данные по их хэш-значению можно. Возьмем пример.
Предположим, вы играете в кости, а итоговое число — это хэш числа, которое появляется из кости. Как вы сможете определить, что такое исходный номер? Просто все, что вам нужно сделать, — это найти хэши всех чисел от 1 до 6 и сравнить. Поскольку хэш-функции детерминированы, хэш конкретного номера всегда будет одним и тем же, поэтому вы можете просто сравнить хэши и узнать исходный номер.
Но это работает только тогда, когда данный объем данных очень мал. Что происходит, когда у вас есть огромный объем данных? Предположим, вы имеете дело с 128-битным хэшем. Единственный метод, с помощью которого вы должны найти исходные данные, — это метод «грубой силы». Метод «грубой силы» означает, что вам нужно выбрать случайный ввод, хэшировать его, а затем сравнить результат с исследуемым хэшем и повторить, пока не найдете совпадение.
Итак, что произойдет, если вы используете этот метод?
Свойство 4: Небольшие изменения в вводимых данных изменяют хэш
Даже если вы внесете небольшие изменения в исходные данные, изменения, которые будут отражены в хэше, будут огромными. Давайте проверим с помощью SHA-256:
Видите? Даже если вы только что изменили регистр первой буквы, обратите внимание, насколько это повлияло на выходной хэш. Это необходимая функция, так как свойство хэширования приводит к одному из основных качеств блокчейна – его неизменности (подробнее об этом позже).
Свойство 5: Коллизионная устойчивость
Учитывая два разных типа исходных данных A и B, где H (A) и H (B) являются их соответствующими хэшами, для H (A) не может быть равен H (B). Это означает, что, по большей части, каждый вход будет иметь свой собственный уникальный хэш. Почему мы сказали «по большей части»? Давайте поговорим об интересной концепции под названием «Парадокс дня рождения».
Что такое парадокс дня рождения?
Если вы случайно встречаете незнакомца на улице, шанс, что у вас совпадут даты дней рождений, очень мал. Фактически, если предположить, что все дни года имеют такую же вероятность дня рождения, шансы другого человека, разделяющего ваш день рождения, составляют 1/365 или 0,27%. Другими словами, он действительно низкий.
Однако, к примеру, если собрать 20-30 человек в одной комнате, шансы двух людей, разделяющих тот же день, резко вырастает. На самом деле, шанс для 2 человек 50-50, разделяющих тот же день рождения при таком раскладе.
Как это применяется в хэшировании?
Предположим, у вас есть 128-битный хэш, который имеет 2 ^ 128 различных вероятностей. Используя парадокс дня рождения, у вас есть 50% шанс разбить коллизионную устойчивость sqrt (2 ^ 128) = 2 ^ 64.
Как вы заметили, намного легче разрушить коллизионную устойчивость, нежели найти обратное вычисление хэша. Для этого обычно требуется много времени. Итак, если вы используете такую функцию, как SHA-256, можно с уверенностью предположить, что если H (A) = H (B), то A = B.
Свойство 6: Головоломка
Свойства Головоломки имеет сильнейшее воздействие на темы касающиеся криптовалют (об этом позже, когда мы углубимся в крипто схемы). Сначала давайте определим свойство, после чего мы подробно рассмотрим каждый термин.
Для каждого выхода «Y», если k выбран из распределения с высокой мин-энтропией, невозможно найти вводные данные x такие, что H (k | x) = Y.
Вероятно, это, выше вашего понимания! Но все в порядке, давайте теперь разберемся с этим определением.
В чем смысл «высокой мин-энтропии»?
Это означает, что распределение, из которого выбрано значение, рассредоточено так, что мы выбираем случайное значение, имеющее незначительную вероятность. В принципе, если вам сказали выбрать число от 1 до 5, это низкое распределение мин-энтропии. Однако, если бы вы выбрали число от 1 до бесконечности, это — высокое распределение мин-энтропии.
Что значит «к|х»?
«|» обозначает конкатенацию. Конкатенация означает объединение двух строк. Например. Если бы я объединила «голубое» и «небо», то результатом было бы «голубоенебо».
Итак, давайте вернемся к определению.
Предположим, у вас есть выходное значение «Y». Если вы выбираете случайное значение «К», невозможно найти значение X, такое, что хэш конкатенации из K и X, выдаст в результате Y.
Еще раз обратите внимание на слово «невозможно», но не исключено, потому что люди занимаются этим постоянно. На самом деле весь процесс майнинга работает на этом (подробнее позже).
Примеры криптографических хэш-функций:
1. Указатели
2. Связанные списки
Указатели
В программировании указатели — это переменные, в которых хранится адрес другой переменной, независимо от используемого языка программирования.
Например, запись int a = 10 означает, что существует некая переменная «a», хранящая в себе целочисленное значение равное 10. Так выглядит стандартная переменная.
Однако, вместо сохранения значений, указатели хранят в себе адреса других переменных. Именно поэтому они и получили свое название, потому как буквально указывают на расположение других переменных.
Связанные списки
Связанный список является одним из наиболее важных элементов в структурах данных. Структура связанного списка выглядит следующим образом:
*Head – заголовок; Data – данные; Pointer – указатель; Record – запись; Null – ноль
Это последовательность блоков, каждый из которых содержит данные, связанные со следующим с помощью указателя. Переменная указателя в данном случае содержит адрес следующего узла, благодаря чему выполняется соединение. Как показано на схеме, последний узел отмечен нулевым указателем, что означает, что он не имеет значения.
Важно отметить, что указатель внутри каждого блока содержит адрес предыдущего. Так формируется цепочка. Возникает вопрос, что это значит для первого блока в списке и где находится его указатель?
Первый блок называется «блоком генезиса», а его указатель находится в самой системе. Выглядит это следующим образом:
*H ( ) – Хэшированные указатели изображаются таким образом
Если вам интересно, что означает «хэш-указатель», то мы с радостью поясним.
Как вы уже поняли, именно на этом основана структура блокчейна. Цепочка блоков представляет собой связанный список. Рассмотрим, как устроена структура блокчейна:
* Hash of previous block header – хэш предыдущего заголовка блока; Merkle Root – Корень Меркла; Transactions – транзакции; Simplified Bitcoin Blockchain – Упрощенный блокчейн Биткоина.
Блокчейн представляет собой связанный список, содержащий данные, а так же указатель хэширования, указывающий на предыдущий блок, создавая таким образов связную цепочку. Что такое хэш-указатель? Он похож на обычный указатель, но вместо того, чтобы просто содержать адрес предыдущего блока, он также содержит хэш данных, находящихся внутри предыдущего блока. Именно эта небольшая настройка делает блокчейн настолько надежным. Представим на секунду, что хакер атакует блок 3 и пытается изменить данные. Из-за свойств хэш-функций даже небольшое изменение в данных сильно изменит хэш. Это означает, что любые незначительные изменения, произведенные в блоке 3, изменят хэш, хранящийся в блоке 2, что, в свою очередь, изменит данные и хэш блока 2, а это приведет к изменениям в блоке 1 и так далее. Цепочка будет полностью изменена, а это невозможно. Но как же выглядит заголовок блока?
* Prev_Hash – предыдущий хэш; Tx – транзакция; Tx_Root – корень транзакции; Timestamp – временная отметка; Nonce – уникальный символ.
Заголовок блока состоит из следующих компонентов:
· Версия: номер версии блока
· Время: текущая временная метка
· Текущая сложная цель (См. ниже)
· Хэш предыдущего блока
· Уникальный символ (См. ниже)
· Хэш корня Меркла
Прямо сейчас, давайте сосредоточимся на том, что из себя представляет хэш корня Меркла. Но до этого нам необходимо разобраться с понятием Дерева Меркла.
Что такое Дерево Меркла?
Источник: Wikipedia
На приведенной выше диаграмме показано, как выглядит дерево Меркла. В дереве Меркла каждый нелистовой узел является хэшем значений их дочерних узлов.
Листовой узел: Листовые узлы являются узлами в самом нижнем ярусе дерева. Поэтому, следуя приведенной выше схеме, листовыми будут считаться узлы L1, L2, L3 и L4.
Дочерние узлы: Для узла все узлы, находящиеся ниже его уровня и которые входят в него, являются его дочерними узлами. На диаграмме узлы с надписью «Hash 0-0» и «Hash 0-1» являются дочерними узлами узла с надписью «Hash 0».
Корневой узел: единственный узел, находящийся на самом высоком уровне, с надписью «Top Hash» является корневым.
Так какое же отношение Дерево Меркла имеет к блокчейну?
Каждый блок содержит большое количество транзакций. Будет очень неэффективно хранить все данные внутри каждого блока в виде серии. Это сделает поиск какой-либо конкретной операции крайне громоздким и займет много времени. Но время, необходимое для выяснения, на принадлежность конкретной транзакции к этому блоку или нет, значительно сокращается, если Вы используете дерево Меркла.
Давайте посмотрим на пример на следующем Хэш-дереве:
Изображение предоставлено проектом: Coursera
Теперь предположим, я хочу узнать, принадлежат ли эти данные блоку или нет:
Вместо того, чтобы проходить через сложный процесс просматривания каждого отдельного процесса хэша, а также видеть принадлежит ли он данным или нет, я просто могу отследить след хэша, ведущий к данным:
Это значительно сокращает время.
Хэширование в майнинге: крипто-головоломки.
Когда мы говорим «майнинг», в основном, это означает поиск нового блока, который будет добавлен в блокчейн. Майнеры всего мира постоянно работают над тем, чтобы убедиться, что цепочка продолжает расти. Раньше людям было проще работать, используя для майнинга лишь свои ноутбуки, но со временем они начали формировать «пулы», объединяя при этом мощность компьютеров и майнеров, что может стать проблемой. Существуют ограничения для каждой криптовалюты, например, для биткоина они составляют 21 миллион. Между созданием каждого блока должен быть определенный временной интервал заданный протоколом. Для биткоина время между созданием блока занимает всего 10 минут. Если бы блокам было разрешено создаваться быстрее, это привело бы к:
Процесс Майнинга
Примечание: в этом разделе мы будем говорить о выработке биткоинов.
Когда протокол Биткоина хочет добавить новый блок в цепочку, майнинг – это процедура, которой он следует. Всякий раз, когда появляется новый блок, все их содержимое сначала хэшируется. Если подобранный хэш больше или равен, установленному протоколом уровню сложности, он добавляется в блокчейн, а все в сообществе признают новый блок.
Однако, это не так просто. Вам должно очень повезти, чтобы получить новый блок таким образом. Так как, именно здесь присваивается уникальный символ. Уникальный символ (nonce) — это одноразовый код, который объединен с хэшем блока. Затем эта строка вновь меняется и сравнивается с уровнем сложности. Если она соответствует уровню сложности, то случайный код изменяется. Это повторяется миллион раз до тех пор, пока требования не будут наконец выполнены. Когда же это происходит, то блок добавляется в цепочку блоков.
• Выполняется хэш содержимого нового блока.
• К хэшу добавляется nonce (специальный символ).
• Новая строка снова хэшируется.
• Конечный хэш сравнивается с уровнем сложности, чтобы проверить меньше он его или нет
• Если нет, то nonce изменяется, и процесс повторяется снова.
• Если да, то блок добавляется в цепочку, а общедоступная книга (блокчейн) обновляется и сообщает нодам о присоединении нового блока.
• Майнеры, ответственные за данный процесс, награждаются биткоинами.
Помните номер свойства 6 хэш-функций? Удобство использования задачи?
Для каждого выхода «Y», если k выбран из распределения с высокой мин-энтропией, невозможно найти вход x таким образом, H (k | x) = Y.
Так что, когда дело доходит до майнинга биткоинов:
• К = Уникальный символ
• x = хэш блока
• Y = цель проблемы
Весь процесс абсолютно случайный, основанный на генерации случайных чисел, следующий протоколу Proof Of Work и означающий: