Алгоритм майнинга sha 256 какие криптовалюты. Какой алгоритм шифрования Биткоина? Использование в криптовалютах

При сравнении алгоритмов хеширования майнера, в первую очередь, интересует доходность криптовалют, работа которых основана на этих алгоритмах, и производные вопросы:

• как лучше распорядиться собственным оборудованием (CPU, видеокартой, ASIC-майнером);
• куда направить арендованные вычислительные мощности в данный момент;
• какие монеты - на Scrypt или на SHA 256 - приносят больший доход с учетом равенства остальных параметров (сложности сети, трендов в развитии, динамики курса и т.д.).

В статье мы рассмотрим, что такое Scrypt и SHA 256, определим их принципиальные отличия и произведем сравнение доходности.

Сравнительная характеристика алгоритмов применительно к майнингу

Принципиальное отличие Scrypt от SHA 256 (или как иногда пишут в Рунете «Скрипт от Ша») в том, что в первом случае для майнинга криптовалют необходим гораздо больший объём памяти вычислительного устройства, чем во втором случае с алгоритмом SHA 256.

По сути, Scrypt в 2009 году и появился как альтернатива SHA 256.

Эс-крипт (Скрипт) часто называют криптографической хеш-функцией, но, скорее, это функция формирования секретного ключа - KDF. Задача функции - затруднить генерацию паролей, но «в меру», чтобы процедуру можно было использовать в прикладных задачах.

Саму хеш-функцию SHA 256 Scrypt использует в качестве подпрограммы. Благодаря применению Скрипта в криптосистемах при майнинге вычислительное устройство должно одновременно:

• производить большое число математических вычислений;
• устанавливать быстрый доступ к памяти;
• использовать большие объёмы оперативной памяти.

Такие требования в первые годы использования алгоритма сильно затрудняли изготовление специализированного оборудования (ASIC-майнеров) и до сих пор делают цену производства и конечную стоимость таких устройств более высокой, чем при изготовлении асиков под SHA 256, которые были выпущены в числе первых. Однако с учётом того, что современные GPU-устройства оснащены достаточно большим объёмом памяти, криптовалюты семейства Scrypt до сих целесообразно добывать на видеокартах, собранных в майнинговые фермы и подключенных к пулам. Таким образом, если речь идёт о домашнем майнинге, то дилемма Sha-256 или Scrypt решается просто - в зависимости от наличия вычислительных устройств.

Если майнер располагает асиком для добычи криптовалют на Sha-256 (а сейчас очень много дорогих и не очень моделей с разной вычислительной мощностью от разных производителей), то, соответственно, и криптовалюты будут выбираться из перечня монет семейства Sha-256. Лучшие Sha 256-монеты: Bitcoin, Steemit, NeosCoin, Peercoin, PascalCoin и ещё десятки других. SHA 256 вместе с Scrypt вообще неизменно входят в пятерку самых распространенных криптографических хеш-функций.

Если у майнера есть только видеокарты, то при выборе из этих двух алгоритмов, рентабельнее заняться майнингом монет семейства Scrypt. В перечне таких альткоинов сейчас более 300 наименований. В 2013 году криптосистемы на этом алгоритме запускались чуть ли ни каждую неделю. При этом большинство из них были форками Litecoin - криптовалюты, которая до сих возглавляет список данного семейства по значимости, востребованности и прочим оценочным параметрам (капитализация, объем продаж, стоимость коина и т.д.). Помимо Litecoin, на Scrypt работают Dogecoin, BitConnect, Syscoin, Novacoin, Bitmark и другие, ещё более экзотические криптовалюты.

При этом надо иметь в виду, что несмотря на анонсирование производителями оборудования Scrypt-асиков, разработчики криптовалют тоже не сидят сложа руки. Хеш-функции совершенствуется и усложняются. Так, например, поработав с параметрами динамического объёма памяти (увеличением объёма памяти и числа перемешиваний), разработчики Скрипта выпустили варианты алгоритма: Scrypt-N и Scrypt-jane.

Поэтому заботу об обновлении, усовершенствовании и обслуживании вычислительного оборудования майнеры всё чаще перекладывают на плечи владельцев облачных сервисов, у которых можно взять мощности в аренду. Чтобы понять, куда более выгодно направить их (на Sha-256 или на Scrypt), проведём сравнительный анализ.

Применение вычислительных мощностей: выбор направления добычи

Если провести ретроспективный анализ сопоставления рентабельности обеих хеш-функций на протяжении нескольких последних лет, то, не считая сверхприбыли от кратковременного скачка Bitcoin до 20 тысяч долларов, системно рентабельнее показывает себя майнинг Scrypt-криптовалют.

На рубеже 2015-16 годов покупка мощностей под Sha-256 приносила порядка 0,02-0,03$ в сутки, в то время как мощности под Scrypt приносили около 0,06-0,09$ в сутки, в зависимости от сложности сети криптовалют. Через год из-за возросшей сложности сети большинства криптовалют соотношение несколько изменилось, и разница перестала быть такой внушительной. Но отставание в прибыльности Sha-256 сохранилось.

Важно, что даже при одинаковой доходности майнинга, прибыльность может существенно отличаться, поскольку арендная плата неравномерно «съедает» часть заработка. Так, например, при вложении одинаковой суммы в 1500 долларов, в зависимости от выбранного алгоритма можно было купить разный объем мощностей, оплата которых для Sha 256 стоила $105 в месяц, а для Scrypt - $30 в месяц. Поэтому при равной месячной доходности в $284 прибыль отличалась и составляла:

• $179 для Sha 256 (с окупаемостью в 8,5 месяца);
• $254 для Scrypt (с окупаемостью в 6 месяцев).

К началу 2018 года прибыльность Scrypt была приблизительно на 40-46% выше, чем прибыльность SHA 256 (если считать полученную прибыль на каждый вложенный доллар). Корректным можно считать следующее соотношение:

• Для SHA 256 прибыль с $1 = $0,0038;
• Для Scrypt прибыль с $1 = $0,0056

В заключение надо предупредить, что не всегда с первого взгляда удаётся корректно посчитать разницу прибыльности, поскольку при сопоставлении на одних и тех же сайтах демонстрируются таблицы с разными единицами измерения, приведенными к плате за обслуживание объёма и величине минимального хешрейта. Поэтому иногда можно просто воспользоваться уже пересчитанной статистикой заработка в процентах от вложений, приводимой различными ресурсами (например, BitMakler).

Каждый, кто пробовал майнить и добывать цифровую валюту рано или поздно сталкивался с таким термином как SHA256. Что же обозначают этот акроним, какими особенностями обладает, как работает? Обо всем этом и многом другом поговорим подробнее.

SHA256.

Расшифровка SHA256 – сокращение от Secure Hashing Algorithm – это актуальный на сегодня алгоритм хеширования, созданный National Security Agency – Агентством национальной безопасности США. Задача данного алгоритма заключается в том, чтобы выполнить из случайного набора данных определённые значения с длиной, которая зафиксирована. Эта длина является идентификатором. Значение, которое получится, сравнивается с дубликатами изначальных данных, получить которые нет возможности.

Главная область, где используется алгоритм SHA256 – применение в разного рода приложениях или сервисах, что связаны с защитой информационных данных, где Secure Hashing Algorithm и распространилось. Также при помощи алгоритма выполняется майнинг цифровых валют.

SHA-256 – это криптографическая хэш-функция.

Как мы все знаем, при майне криптомонет, мы разрешаем исходную задачу, пользуясь процессорами CPU или GPU. Процессы отражены в интерфейсе программы для майна, к примеру, в виде строки «Accepted 0aef41a3b». 0aef41a3b и является хэш. Это информация для раскодировки, которой соответствует хэшированный код, который будет получен. Сказать иначе – это строчка расшифрованных данных, тогда как главный виртуальный блок данных включает в себя тысячи, а то и миллионы такого рода строчек.

Этим можно объяснить ситуацию, когда требуется разрешить огромное число задач, перед тем как получится найти необходимый блок вашей криптомонеты. Получается, присутствует единственный шанс на 1, 10, 100 тысяч или даже миллион решений того, что строка, которая расшифрована, будет иметь точное значение, требуемое для снятия блокировки, или это будут личные данные (или блока). Это словно розыгрыш, игра, но с оборудованием, которое может осуществлять вычисление комбинации выигрыша оперативнее и качественнее, чем любой майнер.

Многие думают, что для разрешения задач, что связаны с хэш при применении протокола SHA256, понадобится мощнейшее аппаратное обеспечение?

Да, это имеет место быть. Чем больше применяется вычислительной мощности, тем лучше, так как шансы на добычу криптовалюты (SHA256 miner) повышаются. Однако важно понимать, что монеты на SHA256 зарабатывает огромное количество майнеров. Есть те, у кого наиболее мощное аппаратное обеспечение. Но расстраиваться не следует, у каждого есть все шансы победить. Это словно лотерейный розыгрыш, невозможно предугадать, когда улыбнется фортуна! SHA256 майнинг – увлекательный и интересный процесс, позволяющий заработать виртуальные монеты.

Технический принцип работы алгоритма

Algorithm SHA256 сегодня реализован во всех действующих на рыночной платформе ASIC-майнерах, в то время как оборудование ASIC для других хэш-функций майнинга ещё только на стадии разработки.

Кроме Биткоин, майн путем алгоритма SHA256, используется во многих других виртуальных валют-клонах. Например, его применяют альткойны Пииркоин и Нэймкоин. Многим интересно при использовании SHA256, какие криптовалюты используются.

Наиболее актуальны следующие:

1. Ocoin.
2. Тekcoin.
3. Zetacoin и др.

Sha256 и Scrypt – это алгоритмы. Все, кто разбираются в добыче виртуальной волюты понимают, что для того, чтобы заработать какую-либо монету необходимо её майнить (то есть скачать программное обеспечение, запустить его и подождать пока компьютерное оборудование что-то заработает). Так вот вся суть майнинга заключается в том, что ПК решает сложнейшие задачи (хеш-функции) и чем больше проработает компьютерное оборудование, тем больше валюты будет добыто.

И задачи, которые разрешает ПК могут быть устроены не одинаково – одни базируются на алгоритме SHA256, а другие на Scrypt (разработаны и другие, но эти наиболее актуальные среди майнеров). К примеру, всем знакомый Биткоин зарабатывают по алгоритму Sha256, а криптовалюта DogeCoin добывается по Scrypt. Сказать иначе, разные цифровые валюты применяют различные алгоритмы. По какой причине?

А вот почему – Sha256 оказался не сложным и сегодня, появилось большое число спецустройств (они именуются ASIC), которые разрешают задачи на этом алгоритме очень оперативно, быстрее стандартных мощных процессоров, так эти ASIC приносят майнерам в разы больше криптовалюты, чем обычное компьютерное оборудование. Ниже представлено видео, на котором можно понять каким является технический принцип работы алгоритма.

Особенности протокола SHA-256

SHA256 имеет некие преимущества перед другими алгоритмами. Это наиболее востребованный алгоритм майна среди всех существующих. Он показал себя как надежный к взламыванию (случается не часто) и результативный алгоритм как для задач майна, так и для прочих целей.

Имеются и недостатки:

1. Главным минусом SHA256 валюты является контролирование майнерами.
2. Те, у кого имеются огромные вычислительные мощности, получают основную часть крипто, что исключает один из основных принципов виртуальных денег – децентрализованность.
3. Как только пошли инвестиции в вычислительные мощности для промышленного майна Биткоина, сложность добычи значительно возросла и стала требовать исключительных вычислительных мощностей. Этот минус исправлен в прочих протоколах, наиболее инновационных и «заточенных» под применение в майне цифровых валют, таких как Скрипт.

Несмотря на то, что в наши дни SHA256 занимает рыночную основу крипто, он будет ослаблять своё влияние в пользу наиболее надежных и современных протоколов. Пулы SHA256 сдадут позиции. Так алгоритмы SHA–1 перестали давать требуемый уровень защиты из–за вероятного развития коллизий.

Криптовалюты SHA256, как и SHA512 наиболее защищены от данного отрицательного момента, но вероятность развития риска все-таки есть. Miner на SHA256, как и на любом ином хешировании – это процесс разрешения какой-то сложнейшей криптографической задачи, которую генерирует программа для майна на основе информации полученной с блоков.

Майнинг при помощи хэш-функции SHA256 можно осуществлять 3 методами:

1. ASIC.

В майне хеш–сумма применяется как идентификатор уже присутствующих блоков, и создания новых на основе тех, что имеются. Процесс майна отражен в интерфейсе в виде «accepted f33ae3bc9…». Где f33ae3bc9 – это хешированная сумма, часть данных, которая требуется для дешифровывания. Главный блок включает в себя огромное число такого рода хеш-сумм. То есть, добыча с алгоритмом SHA256 – это подбор правильного значения хешированной суммы без остановки, перебор чисел для того, чтобы создать очередной блок. Чем мощнее оборудование, тем больше шансов стать владельцем того самого правильного блока: скорость перебирания разного рода сумм зависит от мощностей. Потому как Биткоин построен на алгоритме SHA256, для конкурентоспособного майна на нём требуются крайне большие вычислительные мощности.

Это связывается с тем, что для добычи криптовалюты хватает производства «асиков», а именно специальной схемы особенного назначения. Асики дают возможность добывать Биткоины и прочие криптовалюты на хэш-функции SHA–256 оперативнее, результативнее и недорого.

Какие еще криптовалюты SHA–256 можно добывать? SHA–256 это классика для цифровых валют: на нем выстроена основная виртуальная валюта – Bitcoin. Именно поэтому, и в форках биткоинаприменяется этот хеш: в Биткоин каш, Голд, Диамонд.

Кроме них, SHA–256 применяется также в:

1. Стимит.
2. Дигибайт.
3. Пиркоин.
4. Нэймкоин.
5. Тиккоин.
6. Окоин.
7. Зетакоин.
8. Эмиркоин.

Также алгоритм применяется как подпрограмма в цифровой валюте Лайткоин, а главным алгоритмом для майна там будет Scrypt.

Псевдокод хеш: функции

Отличается Scypt-Jane тем, что поддерживает более 3-х различных систем поточного шифра. И для того чтобы сформировать отчетливое понимание алгоритма, следует ознакомиться с характеристикой функционала. Основные функции:

1. ChaCha20.
2. Salsa6420/8.

Первостепенно мы имеем Salsa20/8. Это довольно несложная функция, основной задачей функционирования которой является приём 192-байтной строчки (из цифр и букв) и последующее её преобразование в 64-байтную строчку Salsa20 (х).

Salsa20 двухкомпонентная: потоковое шифрование для шифра данных и функция сжатия (алгоритм Румба20), которая нужна для сжатия 192-байтной строчки до 64-байтной. Сказать иначе: строчка может быть больше 64-байтной, пока не станет равна 192-байтной, при этом строчка будет сжиматься до 64 байтов. ChaCha20 имеет небольшие сходства с Сальса20: это также поточное шифрование, но оно предусматривает некоторые дополнительные возможности, например, повышение стойкости к криптоанализ.

Чача20 также повышает перемешивание данных на раунд. Говоря другими словами, занимаясь майном цифровых монет в составе пула, можно заметить, что один майнерский раунд может включать в себя либо короткий, либо длинный временной период. Длительность периода времени, на протяжении которого майнерский пул может отыскать один блок, отчасти определяется и более качественным перемешиванием, предлагаемым Чача20 из Скрпит-Джейн.

К слову, на понижение времени раунда оказывают влияние различные факторы. Еще одна важнейшая функция перемешивания информации в Скрипт-Джейн – это Salsa6420/8. Она усовершенствованная версия Salsa20/8, и дает возможность работать с наиболее высокобайтными блоками. Кроме этих функций, Скрипт Джейн поддерживает также ряд хешированных, среди которых присутствует и SHA256. Алгоритмом также поддерживается наиболее инновационный её вариант SHA512.

Пример хеширования

Что же такое хеширование? Идея хеш основана на распределении ключей в стандартном массиве H. Распределение происходит путем вычисления для каждого ключа элемента некой хешированно функции h. Она на основе ключа помогает получить целое число n, которое послужит индексом для массива H. Понятное дело, следует придумать такую хешированную функцию, которая бы давала разный код для разнообразных объектов. К примеру, если в качестве ключа хешированной таблицы следует применить строки, то можно подобрать хешированную функцию, которая основана на таком алгоритме (пример на С): int hash(char* str) {int h = 0; for (int i=0; i

Где m – размер хешированной таблицы, C – константна, большая любого ord(c), а ord() – функция, которая возвращает код символа (число). Для отдельного типа данных можно создать свою хешированную функцию. Но разработаны основные требования к функции: она должна расставлять ключи по ячейкам хешированной таблицы как наиболее равномерно, и должна легко находиться. Ниже предложена таблица. Можно понять, что индексами ключей в хешированной таблице является результат функции h, которая применена к ключу.

Также изображение показывает одну из главных проблем. При довольно низком значении m (размера хешированной таблицы) по отношению к n (числу ключей) или при плохой функции, может произойти так, что 2 ключа будут хешированные в общую ячейку массива H. Это коллизия.

Хорошие функции стремятся свести к нулю шанс формирования коллизий, но, принимая во внимание то, что пространство всех ключей, которые возможны, может быть больше размера хешированной таблицы H, всё-таки избежать их не получится. Но специалистами разработано ряд технологий для разрешения коллизий. Настройка pool SHA256 для добычи монет отображена на видео. Можно понять, как майнить криптовалюту.

SHA-256 представляет собой однонаправленную функцию для создания цифровых отпечатков фиксированной длины (256 бит, 32 байт) из входных данных размером до 2,31 эксабайт (2⁶⁴ бит) и является частным случаем алгоритма из семейства криптографических алгоритмов SHA-2 (Secure Hash Algorithm Version 2 ) опубликованным АНБ США в 2002 году.

Хеш-функции семейства SHA-2 построены на основе структуры Меркла - Дамгарда.

Исходное сообщение после дополнения разбивается на блоки, каждый блок - на 16 слов. Алгоритм пропускает каждый блок сообщения через цикл с 64 итерациями. На каждой итерации 2 слова преобразуются, функцию преобразования задают остальные слова. Результаты обработки каждого блока складываются, сумма является значением хеш-функции. Так как инициализация внутреннего состояния производится результатом обработки предыдущего блока, то нет возможности обрабатывать блоки параллельно. Графическое представление одной итерации обработки блока данных:

На текущий момент известны методы для конструирования коллизий до 31 итерации. Ввиду алгоритмической схожести SHA-2 с SHA-1 и наличия у последней потенциальных уязвимостей принято решение, что SHA-3 будет базироваться на совершенно ином алгоритме. 2 октября 2012 года NIST утвердил в качестве SHA-3 алгоритм Keccak.

Алгоритм расчёта отпечатка в виде псевдокода:

Пояснения:
Все переменные беззнаковые, имеют размер 32 бита и при вычислениях суммируются по модулю 232
message - исходное двоичное сообщение
m - преобразованное сообщение Инициализация переменных
(первые 32 бита дробных частей квадратных корней первых восьми простых чисел [от 2 до 19]):
h0:= 0x6A09E667
h1:= 0xBB67AE85
h2:= 0x3C6EF372
h3:= 0xA54FF53A
h4:= 0x510E527F
h5:= 0x9B05688C
h6:= 0x1F83D9AB
h7:= 0x5BE0CD19 Таблица констант
(первые 32 бита дробных частей кубических корней первых 64 простых чисел [от 2 до 311]):
k :=
0x428A2F98, 0x71374491, 0xB5C0FBCF, 0xE9B5DBA5, 0x3956C25B, 0x59F111F1, 0x923F82A4, 0xAB1C5ED5,
0xD807AA98, 0x12835B01, 0x243185BE, 0x550C7DC3, 0x72BE5D74, 0x80DEB1FE, 0x9BDC06A7, 0xC19BF174,
0xE49B69C1, 0xEFBE4786, 0x0FC19DC6, 0x240CA1CC, 0x2DE92C6F, 0x4A7484AA, 0x5CB0A9DC, 0x76F988DA,
0x983E5152, 0xA831C66D, 0xB00327C8, 0xBF597FC7, 0xC6E00BF3, 0xD5A79147, 0x06CA6351, 0x14292967,
0x27B70A85, 0x2E1B2138, 0x4D2C6DFC, 0x53380D13, 0x650A7354, 0x766A0ABB, 0x81C2C92E, 0x92722C85,
0xA2BFE8A1, 0xA81A664B, 0xC24B8B70, 0xC76C51A3, 0xD192E819, 0xD6990624, 0xF40E3585, 0x106AA070,
0x19A4C116, 0x1E376C08, 0x2748774C, 0x34B0BCB5, 0x391C0CB3, 0x4ED8AA4A, 0x5B9CCA4F, 0x682E6FF3,
0x748F82EE, 0x78A5636F, 0x84C87814, 0x8CC70208, 0x90BEFFFA, 0xA4506CEB, 0xBEF9A3F7, 0xC67178F2 Предварительная обработка:
m:= message ǁ [единичный бит ]
m:= m ǁ , где k - наименьшее неотрицательное число, такое что
(L + 1 + K) mod 512 = 448, где L - число бит в сообщении (сравнима по модулю 512 c 448)
m:= m ǁ Длина (message) - длина исходного сообщения в битах в виде 64-битного числа с порядком байтов от старшего к младшему Далее сообщение обрабатывается последовательными порциями по 512 бит:
разбить сообщение на куски по 512 бит
для каждого куска разбить кусок на 16 слов длиной 32 бита (с порядком байтов от старшего к младшему внутри слова): w Сгенерировать дополнительные 48 слов:
для i от 16 до 63
s0:= (w rotr 7) xor (w rotr 18) xor (w shr 3)
s1:= (w rotr 17) xor (w rotr 19) xor (w shr 10)
w[i] := w + s0 + w + s1
Инициализация вспомогательных переменных:
a:= h0
b:= h1
c:= h2
d:= h3
e:= h4
f:= h5
g:= h6
h:= h7 Основной цикл:
для i от 0 до 63
Σ0:= (a rotr 2) xor (a rotr 13) xor (a rotr 22)
Ma:= (a and b) xor (a and c) xor (b and c)
t2:= Σ0 + Ma
Σ1:= (e rotr 6) xor (e rotr 11) xor (e rotr 25)
Ch:= (e and f) xor ((not e) and g)
t1:= h + Σ1 + Ch + k[i] + w[i] h:= g
g:= f
f:= e
e:= d + t1
d:= c
c:= b
b:= a
a:= t1 + t2 Добавить полученные значения к ранее вычисленному результату:
h0:= h0 + a
h1:= h1 + b
h2:= h2 + c
h3:= h3 + d
h4:= h4 + e
h5:= h5 + f
h6:= h6 + g
h7:= h7 + h Получить итоговое значения хеша:
digest = hash = h0 ǁ h1 ǁ h2 ǁ h3 ǁ h4 ǁ h5 ǁ h6 ǁ h7

Алгоритм используется:

• Bitcoin  - эмиссия криптовалюты через поиск отпечатков с определёнными рамками значений
• DNSSEC  - дайджесты DNSKEY
• DSA  - используется для создания электронной цифровой подписи
• IPSec  - в протоколах ESP и IKE
• OpenLDAP  - хеши паролей
• PGP  - используются для создания электронной цифровой подписи
• S/MIME  - дайджесты сообщений
• SHACAL-2  - блочный алгоритм шифрования
• X.509  - используются для создания электронной цифровой подписи сертификата

Известно, что криптовалюты генерируются путем майнинга, он же является основным моментом в создании защиты сети блокчейн. Майнинг криптовалют основан на использовании алгоритма хеширования SHA-2. Благодаря этому алгоритму производится добыча основной криптовалюты Bitcoin и обеспечивается его безопасность. SHA-2 также используется для майнинга альткоинов: Bitcoin Cash, Bitcoin Gold, Litecoin Cash, Auroracoin и других. На алгоритме SHA-2 базируются некоторые протоколы передачи защищенной информации, TLS, SSH, PGP, в том числе протоколы TCP/IP для передачи данных в Интернете.

Алгоритм безопасного хеширования SHA-2 (Secure Hash Algorithm Version 2) представляет собой совокупность криптографических хеш-функций, направленных на шифрование информации с целью ее защиты. Одной из хеш-функций алгоритма SHA-2 является SHA-256, которая используется для майнинга криптовалют.

Как и любая хеш-функция, SHA-256 представляет собой часть программного кода, которая преобразует входящую информацию в последовательность определенной длины, состоящую из букв и цифр. Этот процесс преобразования называется хешированием (от англ. hashing – рубить, запутывать).

Особенности протокола SHA-256

Хеш-функция алгоритма SHA-2 основана на структуре Меркла-Дамгарда, которая названа в честь ее создателей. Метод построения криптографической хеш-функции заключается в разбиении входной информации на блоки одинакового размера, а каждого блока на шестнадцатеричное число, с которым можно выполнять математические действия. Применив к ним хеш-функцию, в результате 64 или 80 итераций (повторяющейся обработки данных), на выходе получаем хеш-сумму - последовательность заданной длины из букв и цифр, именуемую также хешем, образом, слепком, хеш-кодом.

Последующий блок, согласно применяемому методу, начинает обрабатываться только после получения выхода предыдущего. И если во входящую информацию внести самое незначительное изменение, хеш уже будет не тот. При одинаковых значениях хеш-функции в разных блоках информации может возникнуть коллизия (конфликт в работе хеш-функции). Поскольку хеш-функции в процессе добычи криптовалют подтверждают неизменность входящей информации, то в случае быстрого нахождения коллизии сразу же дискредитируется надежность и безопасность всей сети блокчейн. К примеру, цифровая подпись создается с помощью хеш-функции. В случае обнаружения коллизии эту подпись можно подделать. Для вычисления коллизии применяется метод вычислительной сложности полный перебор, который повышает криптостойкость хеш-функции и пока считается самым быстрым.

Чистоту работы алгоритма, т.е. его работу без коллизий, определяет четыре нормативных требования:

1. При изменении входящей информации хеш-сумма должна измениться.

2. В процессе хеширования необходимо получить уникальную хеш-сумму.

3. Хеши должны быть необратимы, т.е. можно работать с входящей информацией, но нельзя выполнить обратный процесс.

4. Должна быть максимально усложнена генерация ключа с помощью хеширования.

Каждый узел одноранговой сети криптовалюты должен «выловить» из транзакций в сети интересующую его (прежде всего, суммой комиссионных) транзакцию, и провести ее верификацию: проверить вход, выход и подлинность электронной подписи. Затем начать формировать блок заданной емкости, для Bitcoin - 1Мб. Кроме версии и времени создания блок включает хеш входящих в него транзакций, хеш предыдущего блока, nonce и bits – специальные параметры, которые выражают условие для создания уникального хеша. Вместе они подвергаются многократному хешированию и генерируют хеш заглавия формируемого блока, который станет его выходом, а для последующего блока входом.

Представим, что в начале хеша должно быть определенное количество нулей, например, nonce =18. Найти такой хеш невероятно сложно, используя метод перебора. Но это-то как раз и гарантирует защищенность информации в сети блокчейн. Для генерации хеша блока потребуется просто гигантское количество переборов чисел. Но как только число найдено, оно передается по узлам сети вместе с готовым блоком и полученным хешем с 18 нулями. Каждый участник сети проверяет хеш, склеивая число с данными из блока. Если протокол Proof of Work реализован, блок устанавливается в конце самой длинной ветки блокчейна.

В 2003 году протокол впервые попал под прожектор внимания специалистов. Его исследованием были заняты команды разработчиков по всему миру. Основным вектором работы был поиск уязвимостей, однако вплоть до 2008 года никто не мог обнаружить ни одной проблемы. Впервые сделать прорыв удалось специалистам из Индии. В ходе их исследований было выявлено 22 уязвимости, для которых впоследствии были предложены варианты решения.

Технические данные SHA-256

Размер блока в байтах – 64.

Максимальная длина сообщения в байтах – 33.

Дайджест сообщений в байтах – 32.

Размер слова из расчета в байтах – 4.

Внутреннее положение (длина) в байтах – 32.

Максимальное число итераций из расчета за один цикл – 64.

Удельная скорость протокола (MiB/s) ≈ 140.

Метод работы алгоритма SHA-256 подразумевает деление начального показателя после внесения в него каких-либо коррективов на блоки. Последние, в дальнейшем, претерпевают деление на 16 слов.

Битовые операции протокола представлены следующим образом:

and - смысловое значение «и»;

shr - отображает перемещение выбранного значения на заданное количество бит вправо;

rots - основным значением является принудительный циклический сдвиг;

|| - позволяет соединять линейные структуры (основным элементов, на которое оказывается воздействие, являются строки);

xor - значение, ввод которого устраняет команду «или»;

Стандартное соединение значений (прибавление).

Представленный набор операций можно назвать стандартным – в нем отсутствуют какие-либо особенные функции, которые бы выделялись из общего числа.

Важно! Высокий уровень изученности алгоритма стал опорой для его продвижения в программировании. Доказательством доверия является официальное разрешение со стороны правительства США на применение SHA-256 в качестве алгоритма для защиты информации.

Для его работы, в противовес алгоритму Scrypt, требуется меньше вычислительной мощности. Однако SHA-256 представляется чрезмерно простым для обхода со стороны асиков. Соответственно, алгоритм является прямой угрозой децентрализации криптовалют. На фоне представленных данных, Scrypt выглядит более современным и эффективным решением.

Подводим итоги

Таким образом, вполне вероятно, что Scrypt и прочие более современные алгоритмы в ближайшем будущем смогут потеснить SHA-256, который занимает более трети от общего рыночного объема на данный момент. Уже много криптовалют используют для майнинга или .

С ростом популярности криптовалюты все больше и больше людей начинают воспринимать ее как перспективный финансовый инструмент. Однако, мало кто задумывается какую ценность она представляет для научно-технического прогресса. Ведь чтобы вникнуть в суть данного явления необходимо пробраться сквозь настоящие дебри криптографических понятий, а также непривычных и таинственных аббревиатур вроде SHA-256. О ней и пойдет речь в сегодняшней статье.

Что такое майнинг?

Майнинг - главная составляющая защитного механизма любой цифровой валюты. Принцип действия состоит в группировании майнерами совершенной операции в 1 блок, который уже преобразовали огромное количество раз для установления исключительного редкого хеш-кода, отвечающего особым требованиям. Если подобное значение отыскивается, блок майнится и добавляется в блокчейн монеты. Такая вычислительная деятельность не дает какой-либо пользы кроме повышения сложности генерации необходимого блока. С другой стороны, только благодаря ей пользователи электронной валюты могут быть уверены, что их площадка не будет взята под контроль и централизована.

Стандартная хеш-функция принимает на вход блок с определенной информацией, выдавая на выходе случайное и непредсказуемое значение. Она разработана таким образом, что не существует оптимального метода найти требуемый показатель, вам нужно снова и снова продолжать перебор до тех пор, пока не отыщите подходящий хеш-код.

Одним из самых популярных протоколов вычисления является SHA-256. Именно его использует первая криптовалюта в мире - Биткоин. Причем для повышения уровня безопасности алгоритм задействуется 2 раза и именуется уже двойным.

В Bitcoin критерием пригодности хеша считается необходимое количество «0» в его начале. Обнаружить подобное значение также невероятно трудно, как, например, отыскать номер автомобиля или сотового, кончающегося на пару 0. Разумеется, сделать такое для хеш-функции в много раз сложнее. В настоящее время, правильное значение должно включать приблизительно 17 начальных нулей, чему соответствует лишь одно из 1,4 умноженное на 10 в 20 степени. Проводя сравнение, отыскать подобный хеш значительно сложнее, нежели отыскать определенную песчинку среди всей нескончаемой массы песка на планете.

Первоначальная версия алгоритма SHA-256 была создана Агентством национальной безопасности США весной 2002 года. Спустя несколько месяцев Национальный метрологический университет опубликовал новоявленный протокол шифрования в принятом на федеральном уровне стандарте безопасной обработки данных FIPS PUB 180-2. Зимой 2004 года он пополнился второй версией алгоритма.

В течение следующих 3 лет АНБ выпустила патент на SHA второго поколения под лицензией Royalty-free. Именно это дало старт применению технологии в гражданских сферах.

Обратите внимание! Довольно интересный факт: каждый пользователь Всемирной паутины, сам того не зная, во время своих путешествий по интернету пользуется данным протоколом. Посещение любого веб-ресурса, защищенного сертификатом безопасности SSL, автоматически запускает выполнение алгоритма SHA-256.

Данный протокол работает с информацией, раздробленный на части по 512 бит (или другими словами 64 байта). Он производит ее криптографическое «смешивание», а затем выдаёт 256-битный хеш-код. В состав алгоритма входит сравнительно простой раунд, который повторяется 64 раза.

Кроме того, SHA-256 имеет довольно неплохие технические параметры:

• Показатель размера блока (байт) – 64.
• Предельно допустимая длина сообщения (байт) – 33.
• Характеристика размера дайджеста сообщения (байт) – 32.
• Стандартный размер слова (байт) – 4.
• Параметр длины внутреннего положения (байт) – 32.
• Число итераций в одном цикле – всего 64.
• Достигаемая протоколом скорость (MiB/s) – примерно 140.

Работа алгоритма SHA-256 базируется на методе построения Меркла-Дамгарда, в соответствии с которым начальный показатель сразу после внесенного изменения разделяется на блоки, а те, в свою очередь, на 16 слов.

Набор данных проходит сквозь цикл, насчитывающий 80 или 64 итерации. Каждый этап характеризуется запуском хеширования из составляющих блок слов. Пара из них обрабатываются инструментарием функции. Далее результаты преобразования складываются, выдав в итоге верный показатель хеш-кода. Для генерации очередного блока используется значение предыдущего. Преобразовывать их отдельно друг от друга не получится.

Также стоит упомянуть 6 битовых операций, на основе которых функционирует протокол:

• «and» - побитовая операция «И»;
• «shr» - перемещает значение на требуемое количество бит вправо;
• «rots» - команда аналогичная по действию предыдущий, с той лишь разницей, что осуществляется циклический сдвиг;
• «||» или конкатенация - операция соединения частей линейной структуры, чаще всего строк;
• «xor» - команда, убирающая «ИЛИ»;
• «+» - обыкновенная операция сложения.

Как можно заметить, довольно типичный для любого алгоритма шифрования набор операций.

Дабы определить ценность данного алгоритма, необходимо обратиться к криптоанализу. Это дисциплина находит методы расшифровки информации без применения специализированного ключа.

Первые исследования SHA-256 на присутствие уязвимостей начали осуществляться специалистами с 2003 года. На тот момент ошибок в протоколе обнаружено не было.

Однако, уже в середине 2008 года группа экспертов из Индии смогла отыскать коллизии для 22 итераций архитектур семейства SHA. Через несколько месяцев был предложен способ разработки коллизий для усеченного варианта протокола, а затем и для 31 итерации хеширования непосредственного самого SHA-256.

Во время анализа функции свертки осуществляется тестирование ее сопротивляемости к 2 разновидностям атак:

1. Наличие прообраза - дешифрование начального сообщения по его хеш-коду. Сопротивляемость подобному типу воздействия гарантирует надежную защиту результатам преобразования.
2. Нахождение коллизий - схожие выходные данные при различных входных характеристиках. От устойчивости к такой разновидности атак находится в прямой зависимости защищенность электронной подписи с использованием актуального протокола.

Создатели второго поколения алгоритма SHA решили, что новый механизм шифрования будет функционировать на основе совершенно других принципов. Так, осенью 2012 года на свет появился протокол третьей серии - Keccak.

Практическое применение и сертификация технологии

Законодательством Соединенных Штатов Америки разрешается использование SHA-256 и прочих аналогичных методов хеширования в определенных государственных программах для защиты сведений. Кроме того, допускается применение алгоритма коммерческими компаниями.

Важно! Поэтому нет ничего удивительного в том, что данный протокол был использован в первой цифровой валюте. Выпуск новых монет Биткоина совершается путем нахождения строк по их указанной архитектуре SHA-256.

Как это сказывается на специализированных устройствах для добычи криптовалюты? Каждый шаг в этом алгоритме имеет довольно простой вид - примитивная битовая операция и 32-битное сложение (любой, кто знаком с основами схемотехники, сможет без труда представить, как подобное выглядит в железе). А потому для эффективной работы асик-майнеров нужно лишь располагать десятком блоков выполнения этапов алгоритма.

В противовес Bitcoin, Лайткоин, Догикоин и прочие схожие «коины» используют протокол шифрования Scrypt, который оснащен функцией повышения сложности. Данный алгоритм в ходе деятельности сохраняет 1024 различных значения хеш-функций, а уже на выходе соединяет их и получает преобразованный результат. Благодаря этому для реализации протокола нужны несравнимо большие вычислительные мощности.

Вывод

Подводя итог, можно сказать, что протокол SHA-256 оказался чересчур легким и сегодня имеется целое множество специализированных девайсов (так называемые майнеры), которые успешно обходят его. С их появлением отпала необходимость майнить на процессоре или собирать фермы из видеокарт, поскольку ASIC-устройства позволяют своим владельцам заработать намного больше. Однако, у этого есть и обратная сторона. Использование майнеров слишком сильно централизует криптовалюту, а значит, необходимо внедрение новых протоколов хеширования. Таким алгоритмом стал Scrypt - куда более продвинутый защитный механизм, который требует значительной производительности и поэтому теоретически лишает специальные приборы особого преимущества.

С позиции рядового пользователя нет никакой разницы между протоколами SHA-256 и Scrypt. Можно майнить цифровую валюту своим компьютером или фермой на любом из данных протоколов.

Алгоритм SHA-256 на сегодняшний день занимает более 40% всего рынка, однако, вне всякого сомнения, имеются и другие. И в скором времени они потеснят прославленного предшественника. Так, из сравнительно свежих необходимо упомянуть об особенно «майнероустойчивом» протоколе Dagger, который собираются использовать в децентрализованной площадке Эфириум. Возможно, именно он примет эстафету лидера в области хеширования и займет место SHA-256.