Proof-of-work (алгоритм консенсуса, основанный на выполнении вычислительно сложной работы) породил достаточно большую индустрию майнинга, в которую вовлечено множество участников рынка. Майнинг часто критикуют за высокий уровень энергопотребления и централизацию, вызванную консолидацией крупных пулов.
На смену "доказательству работы" приходят новые энергоэффективные и стойкие к атакам алгоритмы консенсуса, и индустрии майнинга предрекают неминуемый спад. Да и вообще, биткоин хоронят 300-ый раз, а пузырь криптовалют "вот-вот лопнет". Можно ли перепрофилировать майнинговые фермы в случае краха рынка? В этом материале мы рассмотрим основные типы оборудования и альтернативные возможности его использования.
ASIC майнеры
ASIC (application-specific integrated circuit) это интегральная схема, специализированная для решения конкретной задачи. ASIC майнеры представляют собой набор интегральных схем с обвязкой, собранных в корпус, выполняющих вычисление однонаправленной хеш-функции для подтверждения блока в сети той или иной криптовалюты.
SHA-256 и Scrypt — две основные хеш-функции, используемые в майнерах.
Scrypt
Алгоритм формирования ключа на основе пароля, разрабатывался с целью усложнить аппаратные реализации путем увеличения количества ресурсов, требуемых для вычисления. Практически не используется за пределами блокчейн мира и не сертифицирован.
Для Scrypt майнеров трудно найти альтернативное применение, по крайней мере на сегодняшний момент.
SHA-256
Алгоритм из семейства SHA-2, предназначенный для создания «отпечатков» или «дайджестов» для сообщений произвольной длины. Широко используется для создания электронной цифровой подписи, хеширования паролей. Существует более 250 сертифицированных реализаций.
SHA-256 майнеры могут быть использованы для криптоанализа, а конкретно для следующих видов атак:
- Нахождение коллизий, то есть разных сообщений с одинаковым хешем;
- Нахождение прообраза, то есть неизвестного сообщения по его хешу.
От устойчивости хеш-функции к нахождению коллизий зависит безопасность электронной цифровой подписи с использованием данного хеш-алгоритма. От устойчивости к нахождению прообраза зависит безопасность хранения хешей паролей для целей аутентификации.
На большинстве сайтов применяется следующая политика выбора пароля: минимум 8 символов латинского алфавита разного регистра, цифры и спецсимволы. Итого 95 ^ 8 вариантов, что примерно равно 0.66 * 10 ^ 16.
Antminer S9 вычисляет 1.4 * 10 ^ 12 хешей в секунду. Одна из крупнейших ферм Bitmain, производителя Antminer, насчитывает 25 000 устройств. То есть один пароль с использованием полной мощности подбирается примерно за 200 миллисекунд.
Пароль из 10 символов потребует полчаса, из 11 двое суток, а из 12 уже полгода.
В примере мы рассматривали простой перебор, однако применяя более совершенные техники взлома паролей, используя словари и радужные таблицы, можно достичь намного больших результатов.
Нужно отметить, что большинство сервисов используют так называемую “соль” (секретная информация добавляемая в пароль перед хешированием) для защиты от подобной атаки.
Превратятся ли майнинговые фермы в сервис по подбору паролей или в провайдера радужных таблиц в случае краха рынка? Скорее всего нет, из-за низкой рентабельности и снижения со временем актуальности атаки.
UPD
На самом деле нельзя переиспользовать асики в том виде, в котором они поставляются майнерам. Устройства рассчитаны на поиск заголовка блока длиной только 80 байт и хэш обязательно должен начинаться с 12 нулей. Эти и другие ограничения не позволяют использовать асики для подбора паролей.
GPU майнеры
GPU (graphics processing unit) майнер собирается из производительных видеокарт, которые предназначены для графического рендеринга. Существует аббревиатура GPGPU (General-purpose computing for graphics processing units) — техника использования графического процессора видеокарты, который обычно имеет дело с вычислениями только для компьютерной графики, чтобы выполнять расчеты в приложениях для общих вычислений, которые обычно проводит центральный процессор.
Майнинг криптовалют является одним из вариантов использования данного подхода, однако далеко не единственным. GPU ферма является по сути высокопроизводительным GPU кластером (суперкомпьютером).
Неполный список сфер применений неспециализированных вычислений на графических процессорах:
Статистическая физика
Симуляция физических процессов (обычно ньютоновских)
Обработка изображений (сегментация, цветовое отображение)
Численный анализ поверхностей и форм
Реконструкция компьютерной томографии
Быстрое преобразование Фурье
Машинное обучение (в частности глубокое обучение)
Нечеткая логика
Обработка аудио сигналов (цифровых, аналоговых, речевых)
Обработка видео (компенсация движения, цветокоррекция, устранение шумов и пр.)
Глобальное освещение (3D)
Геометрические вычисления (обнаружение коллизий, расчет прозрачности, генерация теней)
Метод Монте-Карло
Предсказание погоды
Климатические исследования
Молекулярное моделирование
Квантовая механика
Астрофизика
Биоинформатика
Финансовый инжиниринг
Медицинская визуализация
Система поддержки принятия клинических решений
Компьютерное зрение
Обработка цифровых сигналов
Теория автоматического управления
Нейронные сети
Криптоанализ
Автоматизация проектирования электроники
Для GPU кластера подходят задачи, которые хорошо ложатся на парадигму параллельных вычислений. Карты, которые используют майнеры, содержат порядка 2000-4000 графических ядер, то есть можно выполнять расчеты в тысячи потоков.
Переквалифицировать майнинг ферму например в сервис облачного рендеринга или платформы машинного обучения вполне реально, причем с развитием технологии виртуальной реальности, 3D моделирования, больших данных спрос будет только расти.
Майнинговые пулы
Майнинговый пул, распределяющий работу между майнерами и выплачивающий вознаграждение пропорционально проделанной работе, является ничем иным как распределенным суперкомпьютером.
Существует множество проектов распределенных научных вычислений, самые большие из которых насчитывают десятки тысяч подключенных устройств и имеют производительность в сотни терафлопс. Стоит отметить, что участие в подобных проектах чаще всего происходит на безвозмездной основе.
Децентрализованный суперкомпьютер
Нельзя не упомянуть децентрализованные вычисления, которые максимально близки майнерам, так как основаны на блокчейне. Самые известные проекты в данной области: Golem, iEx.ec, SONM, Elastic, GridCoinResearch.
Эксперты отмечают растущий спрос на “вычислительную энергию” для ускорения бизнес процессов, а также на относительную дороговизну и временной лаг, присущий централизованным облачным сервисам. Децентрализованный суперкомпьютер может решить данные проблемы, предоставив ближайшие к клиенту мощности и обеспечив удобный и прозрачный расчет во внутренней валюте.
Несмотря на то, что данная область как и в принципе вся экосистема блокчейна очень молода, с увеличением проникновения технологий в жизнь человека, развитием машинного обучения, больших данных и интернета вещей, спрос на вычислительные ресурсы многократно вырастет. И мы ставим на то, что именно децентрализованные вычисления станут новой квалификацией майнеров.
На платформе ICU.ME отрасль децентрализованных суперкомпьютеров представлена в индексе Trendsetters проектом Golem. Это одна из тех компаний, которые лидируют в разработке и применении новых технологий, трансформируя устоявшуюся индустрию.