Алгоритмы майнинга являются основой блокчейн-сетей, таких как Bitcoin, Dogecoin или Monero. CryptoNight — один из самых быстрых алгоритмов добычи и часть протокола консенсуса CryptoNote.
В технологии блокчейн алгоритмы майнинга необходимы для проверки транзакций и обеспечения безопасности сети. Алгоритм майнинга предписывает майнерам следовать набору правил для создания валидного блока.
Proof-of-work (PoW) — известный алгоритм консенсуса, используемый в Биткоине и других криптовалютах. В PoW майнеры соревнуются, используя вычислительные мощности, чтобы найти определенное хэш-значение, которое даст им новый блок. Асики (ASIC) — это специализированное оборудование, необходимое майнерам для обеспечения конкурентоспособности в таком энергоемком процессе, и до их появления майнеры использовали менее мощное оборудование — CPU и GPU.
В ASIC-майнинге в основном используется хэш-функция SHA-256, разработанная Агентством национальной безопасности США (АНБ). Биткоин использует SHA-256 для обеспечения максимальной безопасности и целостности, поскольку малейшее изменение алгоритма приведет к изменению выходных данных хэш-функции майнинга.
Чтобы не отставать от промышленных масштабов, многие майнеры группируются в майнинговые пулы, чтобы объединить свои вычислительные мощности и тем самым повысить шансы на успешную добычу блока. Вознаграждение за блок распределяется пропорционально вкладу каждого участника.
Выбор алгоритма майнинга — важнейшее решение для криптовалютного пула, поскольку он определяет правила и требования, необходимые для создания и обеспечения безопасности блокчейн-сети, а также способ вознаграждения участников за вновь добытые монеты.
В числе других популярных алгоритмов майнинга являются Ethash, используемый в блокчейне Ethereum, и CryptoNight, применяемый в сети Monero.
Что такое CryptoNight
CryptoNight — это ASIC-устойчивый PoW-алгоритм для майнинга на CPU и GPU, разработанный, чтобы предотвратить централизацию майнинговых мощностей. Он призван помочь пользователям более эффективно добывать криптовалюту с помощью комбинации хэш-функций, включая хэш-функции CryptoNight и Keccak.
Криптографическая хэш-функция CryptoNight работает на основе Advanced Encryption Standard (AES) — алгоритма военного уровня, обеспечивающего максимальную безопасность. С тех пор как Monero начала использовать CryptoNight в качестве хэш-алгоритма для достижения консенсуса в блокчейне, репутация алгоритма как наиболее безопасного укрепилась во всем криптомире.
История создания алгоритма CryptoNight очень напоминает историю возникновения биткойна. Его создатель под вымышленным именем Николас ван Саберхаген (Nicolas van Saberhagen) исчез, как и знаменитый Сатоши Накамото. Многие считают, что эти два разработчика — один и тот же человек, а загадочности добавляет жуткая дата выпуска CryptoNote — 12 декабря 2012 года (12.12.2012).
CryptoNote представлял собой протокол безопасности и инструмент обеспечения конфиденциальности, способствующий проведению анонимных транзакций, несвязанных транзакций и кольцевых подписей.
Как работает алгоритм CryptoNight
CryptoNight использует протокол консенсуса CryptoNote для усиления конфиденциальности, чтобы никто не мог определить, кто из участников транзакции платит, а кто получает криптовалюту.
CryptoNight поддерживает майнинг на GPU, однако характеристики алгоритма делают его идеальным для майнинга на CPU. Благодаря набору 64-битных быстрых множителей, обеспечивающих максимальную скорость, процессорная архитектура очень эффективна; кроме того, активное использование кэша CPU гарантирует наилучшую производительность. Процесс работы включает в себя три основных этапа:
- Создание "scratchpad". Во время функции хеширования сохраняется большой объем памяти с промежуточными значениями. Первые входные данные хэшируются с помощью хэш-функции Keccak-1600, в результате чего получаются 200 байт случайно сгенерированных данных.
- Шифрование. Затем CryptoNight берет первые 31 байт этого хэша Keccak-1600 и преобразует их в ключ шифрования для алгоритма AES-256, самого ценного в семействе AES.
- Окончательность хеширования. CryptoNight берет весь набор данных, созданный функциями AES-256 и Keccak на предыдущем этапе, и пропускает его через остальные хэш-функции. В конечном итоге результатом работы CryptoNight становится окончательный хэш. Этот хэш имеет 256-битное расширение или всего 64 символа.
Важность CryptoNight
Алгоритм был разработан для того, чтобы предоставить CPU и GPU равные возможности для добычи блоков и препятствовать использованию ASICов. CryptoNight ценен по трем важнейшим причинам:
- Обеспечивает повышенную конфиденциальность благодаря неотслеживаемым транзакциям.
- Противостоит ASIC-майнерам.
- Обеспечивает масштабируемость.
Большинство криптовалют, включая Bitcoin (BTC), не являются полностью приватными, транзакции и баланс можно легко отследить в обозревателе блокчейна по публичному адресу кошелька.
CryptoNight был разработан с целью совершения абсолютно приватных транзакций в блокчейнах. Для достижения максимальной безопасности и анонимности его создатели интегрировали в алгоритм два важнейших инструмента обеспечения конфиденциальности: кольцевые подписи и стелс-адреса, разработанные командой Monero.
Основанием для разработки CryptoNight стало растущее опасение по поводу централизации, вызываемой майнинговыми пулами с применением асиков, в результате GPU и CPU смогли сохранить свои конкурентные преимущества в майнинге.
Масштабируемость и высокая эффективность также лежат в основе CryptoNight, вычисления в котором растут по экспоненте, что гарантирует более широкое масштабирование за счет более быстрых транзакций.
Криптовалюты, использующие CryptoNight
Bytecoin был первой криптовалютой, применившей протокол CryptoNote в своем блокчейне, но лишь его использование в Monero помогло алгоритму завоевать известность и популярность. В ряде криптовалют был интегрирован алгоритм CryptoNight, первым примером которого стал CryptoNoteCoin (CNC) — явная отсылка к CryptoNight.
- Bytecoin (BCN). Несмотря на то, что изначально алгоритм был нацелен на противостояние доминированию асиков, в 2018 году разработчики BCN, поддерживавшие развитие CryptoNight, объявили, что будут интегрировать ASIC-майнинг, но сохранив при этом алгоритм для предотвращения проблем с безопасностью и анонимностью.
- Monero (XMR). Несмотря на то, что Monero больше не использует CryptoNight, она была одним из самых активных его сторонников, выступая против асиков. Monero, являясь форком Bytecoin, унаследовала CryptoNight в 2014 году и с тех пор несколько изменила алгоритм, создав CryptoNight-R, чтобы намеренно нарушить совместимость с существующими асиками.
В 2017 году компания Bitmain разработала эффективный CryptoNight-совместимый ASIC, и к 2018 году асики снова присоединились к майнингу Monero. В 2019 году Monero сменила алгоритм добычи на RandomX, ориентированный на CPU-майнинг.
- Electroneum (ETN). Electroneum использует алгоритм добычи CryptoNight, причем заметным новшеством является его мобильная версия, позволяющая добывать криптовалюту на смартфонах.
Среди других менее известных проектов, реализующих алгоритм CryptoNight, можно назвать Boolberry, Dashcoin, DigitalNote, DarkNetCoin и Pebblecoin. В 2017 году эти сети подверглись атакам, что вызвало опасения относительно их безопасности и надежности алгоритма.
Для CryptoNight были созданы различные варианты, и CryptoNight Heavy является одной из версий алгоритма хеширования. Он реализован в различных криптовалютных сетях, в том числе Ryo Currency, Sumokoin и Loki. Но поскольку CryptoNight Heavy опирается на peer-to-peer сеть, не требующей доверия, это может привести к серьезным уязвимостям.
Поскольку PoW-узлы должны проверять каждый новый блок и тратить значительное время на оценку каждого хэша, они могут стать более уязвимыми для DDoS-атак — скоординированных действий ботнетов, переполняющих сеть фальшивым трафиком.
Будущее CryptoNight
С момента своего появления в 2012 г. алгоритм CryptoNight претерпел значительные изменения, модернизацию и незначительные модификации под различные криптовалютные сети, пока не была представлена его окончательная версия, созданная в Monero, — CryptoNight-R. У всех различных версий была одна общая цель — противодействие ASIC-ам и предотвращение их дальнейшего доминирования в криптодобыче.
Многие считают, что этого не произошло, и задумка не оправдала своих первоначальных ожиданий. Команда Monero заявила, что неудача была вызвана соображениями безопасности. Поскольку проверка хэша CryptoNight достаточно дорогая и трудоемкая, она может представлять DoS-риск для нод.
Другие считают, что она сделала всё возможное, чтобы предотвратить дальнейшее расширение доминирующей власти ASIC. CryptoNight был рожден как эгалитарный тип алгоритма, который мог бы гарантировать равные права на майнинг всем, а не только промышленной добыче.
CryptoNight до сих пор работает как инструмент майнинга, открытый для всех, даже несмотря на то, что возможности противостояния асикам больше не существует, они смогли приспособиться к добыче на основе этого алгоритма. Тем не менее, алгоритм по-прежнему может стать хорошей отправной точкой для развития будущих криптовалютных сетей, особенно для пользователей, ценящих конфиденциальность и честный майнинг.