8

Jak kopie się kryptowaluty? Sprzęt i oprogramowanie do „kopania”

Szybki wzrost popularności kryptowalut znacząco wpłynął również na wzrost cen kart graficznych. Mimo szybujących cen, karty graficzne stawały się coraz trudniej dostępne. Problem został zauważony przez producentów, ale zwiększenie produkcji nie rozwiązywało problemów popytu i podaży. Dlaczego? O tym w dzisiejszym artykule!

Historia górnictwa kryptowalut w telegraficznym skrócie

Zasady “kopania” kryptowalut, oraz mechanizmy potwierdzania bloków opisaliśmy dla Was w jednym z naszych poprzednich artykułów na łamach Antyweb – Jak wygląda proces kopania kryptowalut?. Dziś natomiast postaramy się skupić głównie na warstwie sprzętowej górnictwa, oraz oprogramowaniu potrzebnym do jego obsługi. Bez wchodzenia (tym razem) w same mechanizmy potwierdzania bloków i osiągania konsensusu w sieci zacznijmy od szybkiego powrotu do niedalekiej przeszłości, aby przypomnieć sobie, od czego wszystko się zaczęło.

Jak zapewne osoby śledzące temat kryptowalut i blockchaina wiedzą, w 2008 Satoshi Nakamoto opublikował dokument zatytułowany: “Bitcoin: A Peer-to-peer Electronic Cash System”. W styczniu 2009 roku uruchomiono sieć, a wraz z nią także pierwszą koparkę. Historyczny moment wykopania pierwszego bloku przypadł na 3 stycznia 2009 roku, o 18:15. Przez kolejne sześć miesięcy Satoshi obsługiwał (prawdopodobnie) swoją sieć praktycznie sam, a prędkość wydobywania oscylowała w okolicach 3-5MHash/s. Dopiero w lutym 2010 roku prędkość wykopywania bloków zaczęła rosnąć dzięki dołączającym do sieci użytkownikom. W ramach ciekawostki warto także dodać, że pierwszy transfer w sieci Bitcoin został wykonany w bloku nr #170, pomiędzy Satoshi a Hal Finney.

Do około 11 lipca 2010 roku wydobycie w sieci Bitcoin odbywało się tylko i wyłącznie przy pomocy procesorów. Sprzętem, który jeszcze 8-10 lat temu był wykorzystywane do kopania, były jednostki klasy Core 2 Quad Q8400 oraz pierwsze i3, i5 produkowane przez Intela, czy inne ze stajni AMD.

Nowa era kopania kryptowalut nadeszła w lipcu 2010 roku, kiedy to opublikowano narzędzie pozwalające na kopanie na kartach graficznych (GPU). Wzrost mocy obliczeniowej sieci w krótkim okresie czasu był niesamowity. Z 200Mhash/s prędkość kopania wzrosła do 11GHash/s. Skok ten jest dobrze widoczny na poniższym screenshocie przedstawiającym wykres wydajności sieci.

kryptowaluty

Niecały rok później (w czerwcu 2011 roku), zaczął się kolejny przełom. Do gry o wydajne wydobycie bloku Bitcoina weszły układy FPGA (field-programmable gate array). Boom na FPGA trwał kolejne półtora roku, do stycznia 2013 roku. Wtedy to układy FPGA otworzyły pierwszą ścieżkę do budowy specyficznych modułów ASIC (Application-Specific Integrated Circuit), które mają za cel wykonywać jedno zadanie: kopać, kopać i jeszcze raz kopać. Prędkość wykopywania przy pomocy GPU oscylowała do około 4.0THasha na sekundę. Dzięki układom FPGA prędkość sieci Bitcoina wzrosła dziesięciokrotnie, osiągając wynik w okolicach 40THash/s.

Popularność Bitcoina i eksperymenty z użyciem FGPA przyniosły następną rewolucję: układy ASIC. Mogą one wykonać tylko i wyłącznie zaprogramowaną operację, więc np. zmiana algorytmu Bitcoina może spowodować, że staną się bezużyteczne. ASIC pozwoliły już na początku 2014 roku osiągnąć szybkość sieci na poziomie 10PHash/s, natomiast dzisiejsza wydajność sieci to ponad 35EHash/s. Na każdym przełomie w wydobyciu kryptowaluty Bitcoin szybkość sieci rosła w skali tysiąckrotnie (z mega hashy na sekundę, do giga hashy itd.)
Kopanie kryptowalut – czy to się jeszcze opłaca?

Często jeszcze słyszy się popularne od lat pytanie: czy opłaca się kopać na CPU? Odpowiedź na to pytanie nie jest jednoznaczna, bowiem mówiąc wprost, kopanie się nie opłaca. Chyba, że ktoś chce próbować tzw. loterii, polegającej na kopaniu na mało zasobożernym urządzeniu, licząc na szczęście. Kopanie tzw. “lotto” może zająć nam np. około 300 tysięcy lat, ale… jakaś szansa zawsze jest ;) Nagroda, czyli 12.5 BTC, niektórych wciąż napędza do tego rodzaju “hazardu”.

GPU – Kopanie na kartach graficznych

Skupmy się jednak na górnictwie przy pomocy GPU. Kopanie Bitcoina nie jest opłacalne – nawet z darmowym prądem, koszt amortyzacji sprzętu może okazać się za wysoki.Inaczej ma się sprawa w innych sieciach, opartych o inne algorytmy Proof of Work (takich jak np. Ethereum). Tam, gdzie wymagana jest wysoka przepustowość pamięci RAM, kopanie może okazać się opłacalne – nawet z rachunkami za prąd i kosztem amortyzacji sprzętu.

Na początku boomu, który zaczął się w 2017, kartami które dominowały w górnictwie były Radeony RX z serii 470, oraz 480, produkowane przez firmę AMD. Dosyć szybko stały się niedostępne w sklepach, zwłaszcza, gdy cena Ethereum skoczyła z 10 do 50 dolarów, a zaraz później – bo po kilku miesiącach – Ethereum było wyceniane już powyżej 250$. Następna seria Radeonów oznaczona numerami 570 i 580 również wyprzedała się jak świeże bułeczki – była praktycznie niedostępna. Cena Ethereum i rosnąca w zawrotnym tempie popularność kryptowalut spowodowała, że opłacalne stało się ich kopanie na kartach graficznych ze stajni Nvidii, nawet pomimo wyższej w porównaniu do kart AMD ceny. Również na kartach Nvidii z wyższej półki cenowej, takich jak GTX 1080.

W ten oto sposób, karty graficzne stawały się niedostępne, a ceny ich szybowały w górę. Nie pomogły tutaj również ograniczenia sprzedaży maksymalnej ilości sztuk na konsumenta / zamówienie. Również niewiele pomogły wzrosty produkcji. Działo się tak głównie dlatego, że rynek opanowany przez górników kopiących kryptowaluty oparte o algorytmy Proof of Work to przysłowiowa studnia bez dna. Dopóki kopanie będzie opłacalne, a sprzęt będzie się zwracał, to górnicy wykupią z rynku wszystko, co tylko będą w stanie wykupić. Obecne spadki cen, oraz zapasy magazynowe kart graficznych powodują, że ceny i dostępność powoli się stabilizują.

Górnicy, którzy wykorzystują koparki składające się z kart graficznych, bardzo często je modyfikują lub starają się zmodyfikować ich bios, tak by uzyskać jak najwyższą efektywność kopania. Takie modyfikowanie biosów głównie jest możliwe w kartach AMD. Nie zawsze natomiast udaje się to w przypadku kart Nvidia, ponieważ ten producent podpisuje swoje oprogramowanie i sterowniki mogą nie wykrywać poprawnie karty, w której dokonano ingerencji w oprogramowanie karty. [tak tylko w ramach przestrogi, jeśli ktoś z czytelników chciałby pobawić się z własną kartą graficzną… ;)]

ASIC – Kopanie na sprzęcie dedykowanym

Inną metodą kopania jest kopanie na FPGA, jednak celowo nie opiszemy tego przypadku bardziej szczegółowo. Głównie dlatego, że górnictwo na FPGA ma na celu wypracowanie technologii pozwalającej na zbudowanie układów ASIC, a w dłuższej perspektywie nie będzie popularne / lub nie zastąpi górnictwa GPU.

Skoncentrujmy się jednak na urządzeniach ASIC. Są one zaprojektowane tak, by mogły jak najwydajniej wykonywać założoną operację. Nie są to więc układy, które mogą wykonywać szerokie spektrum operacji – tak jak np. mogą robić to procesory komputerowe.

Pierwszą firmą, która ogłosiła nadejście nowej klasy sprzętu, był Butterfly Labs (BFL). W czerwcu 2012 roku, rozpoczął się wyścig, które z przedsiębiorstw wypuści pierwszy działający ASIC na rynek konsumencki. W stosunku do firmy Butterfly Labs w społeczności bitcoinowej rósł jednak sceptycyzm. Jak się wkrótce okazało – całkiem słuszny.

Butterfly Labs nie było jedyną firmą zainteresowaną stworzeniem ASIC na rynek konsumencki. Po porażce BFL urządzenie tego typu udało się wydać innej firmie: Avalon. Urządzenie Avalonu osiągnęło prędkość 60 Ghash/s. Można to porównać do koparki zbudowanej z 6 kart GPU Radeon 5850 (które były obecne przed urządzeniami ASIC). Koparka osiągała prędkość około 2.1 Ghash/s. Sprzęt firmy Avalon oferował wydajność elektryczną na poziomie 6W na Ghash/s. Obiecywany sprzęt od Butterfly Labs miał oferować 1.2W na Ghash/s.

Pomimo trudności w rozwoju i dużej ilości plotek, należy uznać, z perspektywy czasu, że głównym zwycięzcą “wyścigu zbrojeń” jest całkiem inna firma: Bitmain. Obecnie to jej oba “poole” (kopalnie – serwisy zrzeszające kryptowalutowych górników): BTC.com oraz AntPool mają największy udział w wykopywaniu bloków. Bitmain ma również prawdopodobnie największy wybór koparek. Dla sieci Bitcoin ich obecna oferta to Antminer S9i, która osiąga maksymalny hashrate na poziomie 14Th/s, przy poborze mocy szacowanej przez producenta na 1320 W. Również ważny jest proces technologiczny, w jakim zostały wykonane układy. Avalon produkował układy w 65 nm. Koparka Bitmain jest produkowana przy użyciu 16 nm procesu technologicznego.

Bitmain oprócz Antminera S9i, dedykowanego wydobywaniu kryptowaluty Bitcoin, posiada w swojej ofercie inne koparki. Między innymi dla krypto Dash, która używa algorytmu X11. Ostatnio również ogłosili, że z sukcesem udało się zbudować układ ASIC dla sieci Ethereum. Wzbudziło to wiele kontrowersji w społeczności, która głosowała nawet nad forkiem w celu zmiany protokołu, by zachować tzw. ASIC-Resistant – czyli odporność na wydobycie przy użyciu wyspecjalizowanych jednostek. Bitmain posiada również ASIC dla takich algorytmów, jak Scrypt (Litecoin), Blake, CryptoNight czy Equihash. Wspomniana koparka dla Ethereum osiąga prędkość 190 Mhash/s przy użyciu prądu 760 W. Jest to całkiem dobry wynik, w porównaniu do koparek GPU, które osiągają prędkość około 150 Mhash/s przy użyciu prawie 1 kW. Dodatkowo koszt zakupu jest niższy niż koszt zbudowania koparki składającej się z GPU.

Oprogramowanie do kopania

Jeśli chodzi o oprogramowanie do kopania, to wybór mamy tu podobny jak w przypadku sprzętu i nawet początkujący górnik znajdzie coś dla siebie. Wspomniany w tytule Minergate stanowi gotowe rozwiązanie dla mniej wtajemniczonych osób. Pozwala na szybkie rozpoczęcie naszej przygody z wydobywaniem kryptowalut. Dla Bitcoina istnieje dużo rozwiązań, takich jak BTC Miner lub prawdopodobnie najczęściej używany CGMiner. Dla Ethereum istnieje Ethminer, który działa na Linuxie oraz Windowsie.

Istnieją również gotowe rozwiązania w postaci systemów operacyjnych. Stosowane są przeważnie przez górników, którzy posiadają znaczną ilość sprzętu. Przykładem takiego systemu może być “ethOS Mining OS”, umożliwiający kopanie Ethereum. System taki pozwala na dużo szybsze uruchomienie oprogramowania i pozwala zaoszczędzić czas. Obecnie według statystyk systemu, ethOS używa 106214 maszyn, które posiadają 641328 kart graficznych.

Elementem, który dla górników jest najważniejszy, to szybkość zwrotu inwestycji oraz późniejszy zarobek. Wraz ze wzrostem szybkości sieci oraz rosnącą trudnością wydobycia wielkość zarobku się zmienia. Również należy mieć na uwadze hype oraz wartość giełdową wydobywanej waluty. Ostatni rok dla górników był prawdopodobnie bardzo owocny pod względem zwrotu pieniędzy za zakupiony sprzęt.

Wszelkie kalkulacje można wprawdzie robić ręcznie, zbierając dane na temat szybkości (ile hashy dany sprzęt kopie), zużycia prądu itd. W internecie jednak można znaleźć gotowe rozwiązania pozwalające na kalkulację, jaką walutę najbardziej opłaca się kopać w danym okresie, a przykładem tutaj może być chociażby WhatToMine.

Autorzy:

Justyna Kot – Project Manager & Business Analyst
https://twitter.com/JustineKot
https://www.linkedin.com/in/justyna-kot/

Piotr Pawlak – Blockchain dApps Developer
https://www.linkedin.com/in/ppawlakov/

Concise Software – software house specjalizujący się w rozwiązaniach z zakresu blockchain, Internet of things, automotive, web oraz aplikacjach mobilnych.

Od 11 lat działamy na skalę globalną, ale serce naszego teamu bije niezmiennie w Rzeszowie. Jesteśmy zgranym zespołem inżynierów i projektantów, którzy każdego dnia z pasją pomagają tworzyć swoim partnerom innowacyjny, zintegrowany świat. Wśród nich znajdują się m. in. Jaguar, Red Bull, Panasonic, Delivery Hero, Bosch, Neufund. Nasi inżynierowie należą także do czołówki ekspertów zajmujących się technologią blockchain.