1 UVOD
Skozi zgodovino smo ljudje iz prvotne blagovne me-
njave fizičnih dobrin najprej prešli na monetarni sistem
z denarno menjavo v obliki srebrnih in zlatih kovan-
cev, nato pa so začele nastajati prve osnovne banke.
Z njimi so se prvič v zgodovini pojavile tudi razne
denarne mahinacije, ki so že takrat aktivno vplivale na
oblikovanje takratnega sveta. Pozneje se je z uvedbo ti-
skanja denarja in nato borz ter delniških trgov dokončno
ustvaril ekosistem moči kapitala, katerega niti držijo
v rokah finančne elite. Takšna ureditev je postopoma
Prejet 16. december, 2014
Odobren 12. januar, 2015
privedla do situacije, ko je moč nad koordiniranjem
tako rekoč celotnega svetovnega kapitala v realnem času
skoncentrirana v rokah nekaj finančnih institucij in ko sta
denar in ravnanje z njim postala popolnoma abstrakten
pojem.
V želji po neodvisnosti finančnega prometa od bank
in drugih finančnih institucij so se kot eden od me-
hanizmov za dosego cilja razvile kriptografske valute
[1], [2]. Idejna zasnova kriptografskih valut temelji na
principu peer-to-peer elektronskega denarja, ki omogoča
plačevanje neposredno med uporabniki mimo sistema
finančnih institucij. Glavna knjiga vseh transakcij se
sproti osvežuje pri vseh uporabnikih hkrati in se kodira
tako, da onemogoča reverzibilnost transakcij. Kriptogra-
fija z uporabo kombinacije zasebnih in javnih ključev
pa omogoča varnost in identifikacijo uporabnikov. Tak
sistem zagotavlja decentralizacijo, saj je distribuiran
med vsemi uporabniki omrežja, hkrati s popolno ano-
nimnostjo pa tudi transparentnost transakcij, ki niso
reverzibilne in so vse zapisane v skupni glavni knjigi.
Potrjevanje transakcij in hkrati nastajanje same valute
v sistemu se izvaja s t. i. ‘rudarjenjem’, ki bo tudi
podrobneje opisano v poznejših poglavjih tega članka.
Ena ključnih prednosti kriptografskih valut in hkrati
velik trn v peti svetovnim oblastem je odsotonost regula-
cije z ukrepi kakršnihkoli finančnih ali vladnih avtoritet,
ki je onemogočena zaradi anonimne in distribuirane
narave sistema, katerega ideologija je razvidna iz slike 1.
2 KRIPTOGRAFSKE VALUTE
Prve ideje o digitalni valuti so nastale že leta 1998
na Cypherpunks mailing listi v obliki umetnih valut,
2 SEDMAK, DOBRAVEC
Slika 1: Ideološki pristop k zasebnosti
ki bi s kriptografijo nadzirale svoj nastanek in vse
transakcije. Po številnih razpravah in dopolnitvah je
deset let pozneje nekdo pod psevdonimom Satoshi Na-
kamoto izdal tehnično specifikacijo ter dokaz teoretične
pravilnosti delovanja koncepta prve prave kriptografske
valute imenovane Bitcoin. Bitcoin je trenutno glavna
in svetovno najbolj znana kriptografska valuta in njeni
osnovni principi delovanja so bili temelj za izpeljavo
vseh drugih novih kriptovalut. Kot prva formalna valuta
svoje vrste je od leta 2009 do danes prebrodila nemalo
težav, vendar se je zaradi pametnih potez razvijalcev in
hitrih popravkov obdržala in pridobila na razpoznavno-
sti.
Tehnično ozadje Bitcoina v osnovi temelji na verigi
blokov, glavni knjigi v kateri se verižno nalagajo bloki
potrjenih transakcij, in na digitalnem podpisovanju tran-
sakcij. Elektronska valuta je definirana v obliki verige
digitalnih podpisov [3] oziroma drevesa vseh transakcij
med lastniki v času od nastanka do zadnje transakcije,
sama po sebi pa kot entiteta ne obstaja. Vsaka tran-
sakcija vsebuje številko pošiljatelja, prejemnika, znesek
poslane valute in nekaj kontrolnih parametrov. Pošiljatelj
prenese valuto prejemniku tako, da zgoščeno vrednost
(angl. hash) ene prejšnjih transakcij, poslanih njemu,
skupaj z javnim ključem prejemnika digitalno podpiše
s svojim zasebnim ključem in jo pošlje naprej. Potek
podpisovanja transakcij je prikazan na sliki 2.
Slika 2: Podpisovanje transakcij
Ko pošiljatelj izvede transakcijo, je ta poslana vsem
uporabnikom v omrežju ter čaka na potrditev. Potr-
jevanje transakcij se izvede s t. i. ‘rudarjenjem’ (kar
je tudi glavna funkcija naprave, opisane v poznejšem
poglavju). Rudarji so uporabniki omrežja, ki beležijo
vse v omrežje prihajajoče transakcije in jih zbirajo v
tekoči blok v obravnavi, tega pa poskušajo potrditi
pred drugimi uporabniki. Pri tem nenehno izvajajo ope-
racije algoritma, ki deluje takole: vzamemo vse po-
datke še nepotrjenih transakcij T, zgoščeno vrednost
podatkov zadnjega bloka v verigi blokov B ter na-
ključno vrednost N in nato s pomočjo kriptografske
funkcije sha-256(T,B,N)=zgoščena vrednost
iščemo takšno vrednost N, da funkcija vrne zgoščeno
vrednost, ki se začne z določenim številom ničel
v vodilnih bitih. Število zahtevanih ničel tako pomeni
zahtevnost rudarjenja. Treba je povedati, da je uspeh
tu v popolnosti odvisen od naključnosti. Uporabnik,
ki mu prvemu uspe najti pravo vrednost, zbere vse
nepotrjene transakcije v blok. Bloku nato doda zgoščeno
vrednost prejšnjega bloka ter izračunano zgoščeno
vrednost z začetnimi ničlami (kot dokaz opravlje-
nega dela, angl. proof-of-work) in ga pošlje v verigo
blokov. Tako je potrdil oziroma ‘zapečatil’ blok in je
nagrajen z deležem na novo nastale valute. Potrjeni
blok se nemudoma doda na konec verige blokov in
nove prihajajoče transakcije se že obravnavajo kot del
novega bloka v obdelavi. Omrežje vedno obravnava kot
veljavno tisto verigo blokov, ki je najdaljša. Torej, če več
kot en uporabnik v natanko istem času potrdi blok, se
veriga blokov razveji, toda pozneje eden od repov prehiti
preostale in ti nato odmrejo. Zahtevnost rudarjenja se v
protokolu dinamično prilagaja glede na število uporab-
nikov v omrežju in njihovo izmerjeno računsko moč,
upoštevajoč pravilo, da se en blok transakcij v omrežju
potrdi v približno desetih minutah.
Z namenom, da bi zmanjšali naključno komponento
rudarjenja ter zagotovili redne in pravično razdeljene na-
grade pri rudarjenju, so se uporabniki začeli povezovati
v t. i. bazene (angl. poole). V bazenih več uporabnikov
prispeva svojo računsko moč za potrjevanje trenutnega
bloka. Ob uspehu je nagrada razdeljena mednje glede na
njihov prispevani delež, upravljavec bazena pa običajno
pobere majhno provizijo. Namesto da bi en uporabnik
poizkušal srečo več let in upal na veliko povračilo, lahko
redno in z gotovostjo dobiva manjše delčke nagrade.
Princip se je izkazal za zelo uspešnega in tako dandanes
rudarjenje bolj znanih valut v celoti poteka v različnih
manjših ali večjih bazenih.
Kmalu zatem, ko je Bitcoinu v svetu zrasla prepo-
znavnost ter seveda vrednost, so druga za drugo začele
prihajati nove kriptografske valute. Vse temeljijo na
enaki ideološki in tehnološki zasnovi, vsaka pa tako
ali drugače poizkuša dopolniti funkcionalnost ali od-
praviti hibe začetnika. Glavna ‘hiba’ Bitcoina se skriva
v dejstvu, da je izvajanje funkcije SHA-256 mogoče
zelo učinkovito realizirati s pomočjo aplikacijsko spe-
cifičnih integriranih vezij oziroma računalnikov ASIC
[4], kar je pripeljalo do masovne izdelave le-teh in s tem
dviga zahtevnosti za potrjevanje blokov na smrtnikom
popolnoma nedosegljivo raven. Da bi se temu izognili,
so načrtovalci novih valut za potrjevanje blokov začeli
uporabljati algoritme, ki jih je težje ali manj smotrno
implementirati z računalniki ASIC.
Večina na novo nastalih kriptovalut zdaj uporablja
RAČUNANJE KRIPTOGRAFSKIH VALUT Z GPE 3
algoritem Scrypt za potrjevanje svojih transakcij. Scrypt
je v letu 2009 zasnoval Colin Percival, da bi ustvaril
časovno in strojno čim zahtevnejši šifrirni mehanizem, ki
bi napadalcem popolnoma izničil rentabilnost napada s
finančnega vidika [5]. Algoritem uporablja kombinacijo
sekvenčno spominsko izjemno zahtevnih funkcij in tako
za hitro izvajanje potrebuje velike količine zelo hitrega
pomnilnika, ki pa je drag in težko dobavljiv. Tako so z
uporabo Scrypta namesto SHA-256 za svoj algoritem
proof-of-work nove valute omejile eksponentne rasti
zahtevnosti ter ohranile bolj distribuirano in raznoliko
mrežo uporabnikov, ki rudarijo.
Prva takšna alternativna valuta je bila Litecoin. Pro-
jekt je bil vnaprej objavljen in nato splavljen oktobra
2011 [6]. Po zasnovi je neposredna kopija Bitcoina
in se od njega razlikuje le po krajšem času potrje-
vanja bloka, večjem končnem številu kovancev in se-
veda uporabi algoritma Scrypt za potrjevanje transakcij.
Litecoin je kot prva kriptovaluta Scrypt hitro pridobil
na popularnosti in večina uporabnikov, ki je rudarila
na domačih računalnikih, se je pridružila njim bolj
prijaznemu omrežju. Skladno s tem je rasla tudi vrednost
in tako je v letu 2013 Litecoin presegel kapitalizacijo
trga v vrednosti milijarde ameriških dolarjev. Še ena
izmed zanimivih kriptovalut Scrypt je Dogecoin, ki se
je sprva začel kot šala na spletnih forumih z idejo
lahko pridobljive valute, ki bi bila zelo razširjena, imela
naključne nagrade za potrditve blokov ter delovala kot
mehanizem za ‘dajanje napitnine’ avtorjem internetnih
vsebin, ki se uporabnikom zdijo uporabne. Sprva valute
nihče ni jemal resno, toda njena popularost se je razširila
kot virus in je presegla število transakcij vseh kriptovalut
skupaj. Dogecoin razvijalci so znani tudi po nenavadnih
načinih promocije valute, kot so recimo sponzorstvo ja-
majškega moštva za bob, poslikavo celotnega dirkalnega
avtomobila NASCAR z maskoto valute in dobrodelno
gradnjo vodnjaka s pitno vodo v Keniji. Na trgu obstaja
še veliko drugih kriptovalut Scrypt, vsaka s svojimi
posebnostmi, prednostmi in slabostmi.
V iskanju optimalne zasnove kriptovalute, ki bi
kljubovala vsem v praksi odkritim pomanjkljivostim
današnjih, so se razvile tudi različne kombinacije in
variacije uporabe kriptografskih funkcij in algoritmov:
• X11 (cryptcoin, darkcoin) – 11 kriptografskih funk-
cij, prepletenih med seboj,
• Keccak (maxcoin) – NIST je izbral Keccak kot
zmagovalca na tekmovanju za implementacijo
SHA-3 [7],
• Scrypt-N (execoin, vertcoin) – Scrypt z dodanim
parametrom N, ki progresivno skozi čas povečuje
samo spominsko zahtevnost algoritma,
• Grøstl (diamondcoin) – Grøstl, kandidat za SHA-3
s strani študentov danske DTU in TU Graz [8].
Razprava o tem, katera zasnova je najboljša, ostaja
odprta, saj razvijalci tako algoritmov kot novih valut po-
udarjajo negativne lastnosti svojih tekmecev, definitivno
pa se razvoj celostno odvija v pravo smer in zato lahko
v prihodnosti pričakujemo čedalje bolj izpopolnjene
rešitve.
3 IMPLEMENTACIJA RUDARJA
Za potrjevanje blokov transakcij in s tem pridobivanje
določene kriptografske valute smo sestavili napravo oz.
rudarja, ki za delovanje uporablja hitrost in količino
grafičnega pomnilnika na več grafičnih karticah visokega
cenovnega razreda in v ta namen uporablja specializi-
rano programsko opremo. Pri sestavi rudarja moramo
premišljeno izbrati, kateri del sistema bomo uporabljali
za potrjevanje transakcij (CPE, GPE, drugo), kako bo
strojna oprema nameščena in hlajena in kateri tip algo-
ritma proof-of-work najbolj ustreza naši konfiguraciji.
Nato izberemo optimalen operacijski sistem in ustre-
zno programsko opremo, ki bo operacije izvajala, in
se odločimo, katero valuto bomo rudarili ter kateremu
poolu se bomo pridružili. V našem primeru smo se
odločili za poganjanje algoritma Scrypt na GPE in
uporabili naslednje komponente:
• Matična plošča je bila poleg zahteve po visoki
kakovosti materiala skrbno izbrana tako, da se na
njej nahajajo osnovne kontrole kot so gumb za
vklop/izklop, reset gumb, gumb za ponastavitev
CMOSa in LED indikator statusa sistema za pre-
prostejše upravljanje. Prav tako smo zavoljo ele-
gantnosti potrebovali podporo diskom mSATA.
• Procesorska moč je za rudarjenje z GPE irelevantna
lastnost, zato je bil izbran najcenejši procesor, ki
ustreza podnožju LGA 1155 na naši matični plošči.
• Za disk smo izbrali disk mSATA SSD, ki se vstavi v
matično ploščo, za priklop ne potrebuje nikakršnih
kablov ali vodil in je tako rekoč neviden. Hkrati s
svojimi 120 GB prostora zadostuje za namestitev
dveh sodobnih operacijskih sistemov.
• Velikost pomnilnika je odmerjena tako, da pri ru-
darjenju visoka konkurenčnost niti v kombinaciji s
porabo operacijskega sistema ne doseže omejitve
sistema.
• Napajalnik je poleg grafičnih kartic v tem primeru
najpomembnejša komponenta sistema. Zagotavljati
mora izjemno stabilno napajanje pri konstantni vi-
soki porabi energijsko požrešnih grafičnih kartic.
Po izčrpni raziskavi smo skrbno izbrali napajalnik
višjega kakovostnega razreda, s praktično neob-
stoječim nihanjem napetosti na 12V tračnici ter več
kot 92-odstotno učinkovitostjo pri polni obremenje-
nosti.
• Grafične kartice vse izhajajo iz vrha ponudbe
družine Radeon izdelovalca AMD, ki se od svojih
NVIDIinih tekmic razlikujejo po arhitekturni za-
snovi senčilnikov in so pri karticah primerljivega
ranga tudi do trikrat hitrejši pri rudarjenju. V osnovi
so si sorodne, vse so zgrajene okoli AMDjevega
28nm Hawaii-Pro procesorja in imajo na vezju 4GB
4 SEDMAK, DOBRAVEC
GDDR5 pomnilnika. Prvotni namen je bil uporabiti
štiri identične grafične kartice, a to ni bilo mogoče
zaradi tedanjih razmer na trgu. Uporabili smo dve
kartici ASUS DirectCU II R9 290 in eno referenčno
kartico Gigabyte R9 290.
• Poleg skrbnega izbora strojne opreme je bilo treba
za doseganje optimalnih rezultatov zasnovati in
izdelati posebno ohišje, ki omogoča postavitev upo-
rabljenih komponent tako, da se zagotovi največja
mogoča pretočnost zraka in odvajanje toplote. Za
doseganje zadovoljivih temperatur je bilo nujno
grafične kartice ločiti od matične plošče in jih
locirati čim bolj razpršeno v zračnem prostoru. Za
ta namen smo uporabili posebne podaljške PCI-
e vodil matične plošče, imenovane USB PCI-e
‘riserji’. USB riserji so sodobna različica starih
riser kartic, ki so se včasih uporabljale v starih
strežniških ohišjih za priklop dodatnih kartic kadar
je primanjkovalo prostora, le da tu za pretok po-
datkov med dvignjenim vezjem in PCI-e vodilom
na matični plošči skrbi podatkovni kabel USB 3.0.
S pomočjo riserjev in natančnega načrtovanja smo
zasnovali in sestavili optimalno ogrodje za name-
stitev naše strojne opreme. Končni rezultat si lahko
ogledamo na sliki 3.
Slika 3: Naprava za rudarjenje
Za operacijski sistem smo si prvotno izbrali posebej
za rudarjenje prilagojeno distribucijo Linuxa Cryptoslax,
ki temelji na ogrodju distribucije Slackware, vsebuje pa
zgolj module, potrebne za rudarjenje ter se ob nala-
ganju v celoti zapiše v sistemski pomnilnik. Konfigu-
racija kljub prizadevnemu prilagajanju in preizkušanju
različnih opcij ni dajala pričakovanih rezultatov, zato
smo se iz nezaupanja v neuradno in relativno neprever-
jeno distribucijo odločili za drugačen pristop. Na rudarja
smo vzporedno namestili operacijski sistem Microsoft
Windows 7 in Linux distribucijo Slackware 14.1 in na
obeh naložili enake gonilnike ter programsko opremo za
rudarjenje.
Izmed obstoječih programov, ki implementirajo rudar-
jenje kriptografskih valut s pomočjo algoritma Scrypt
proof-of-work smo izbrali CGMiner [9], katerega avtor
je Con Kolivas in je eden od dveh najbolje pozna-
nih in pogosto uporabljanih programov za rudarjenje s
pomočjo grafičnih kartic. Zavoljo boljše konfigurabil-
nosti smo uporabili različico iz posebne veje razvoja
CGMinerja. CGMiner s pomočjo knjižnice ADL in
okolja OpenCL v gonilnikih za grafične kartice omogoča
podrobno upravljanje le-teh in opazovanje le-teh med
rudarjenjem. Z uporabo programskih vmesnikov krip-
tografskih valut komunicira v njihovih omrežjih po
zapovedanih protokolih, omogoča pa tudi priključevanje
k bazenom in preklapljanje med njimi.
Na vse kartice smo namestili posebej spremenjen
neuraden BIOS, ki s kalibracijo krmilnika grafičnega
pomnilnika zmanjša čas med cikli in s tem latenco pri
komunikaciji jedra s pomnilnikom. Optimizirana je tudi
učinkovitost regulatorja napetosti, kar omogoča stabil-
nejše delovanje ter doseganje višjih frekvenc delovanja
pri nižjih privzetih napetostih. Pri obeh operacijskih
sistemih smo uporabili uradne grafične gonilnike AMD
Catalyst 13.12, ki dajejo optimalne rezultate. Novejša
različica gonilnikov Catalyst 14.1 in njihovi nasle-
dniki imajo hroščato implementacijo okolja OpenCL
in knjižnice ADL, kar se kaže v slabših zmogljivo-
stih pri rudarjenju. Pri testiranju smo ugotovili, da so
zmogljivosti na operacijskem sistemu Windows 7 pri
rudarjenju ob enakih nastavitvah vedno za okoli 5%
boljše od tistih na Linuxu. Krivdo za to verjetno lahko
pripišemo slabše optimiziranim grafičnim gonilnikom za
operacijski sistem Linux.
CGMiner prek konfiguracijskih datotek .conf
omogoča zelo širok nabor nastavitev grafičnih kartic in
upravljanje vsake kartice posebej. Tako je med drugim
mogoče nastavljati hitrosti delovanja ventilatorjev, fre-
kvence delovanja jedra in pomnilnika, privzeto voltažo
na vezju in podobno. Spodaj je prikazana vsebina naše
končne konfiguracije, ki daje dobre in stabilne rezultate
skupaj z razlago pomembnejših parametrov in argumen-
tacija uporabljenih vrednosti:
• "gpu-threads":"1" Število glavnih niti rudar-
skega procesa na kartico. Po naših ugotovitvah sta
edini realno uporabni vrednosti 1 ali 2, meritve pa
pokažejo, da je bolje imeti eno nit z višjo intenzi-
teto rudarjenja kot dve vzporedni manj intenzivni
niti.
• "lookup-gap":"2" Velikost presledka pri shra-
njevanju podatkov v beležniški pomnilnik med iz-
vajanjem funkcije Salsa20/8 [10]. Vrednost 1 bi
pomenila vseh 1024 vrednosti hkrati shranjenih v
pomnilniku, pri vrednosti 2 shranimo vsako drugo,
pri 3 vsako tretjo in tako naprej. Pri bolj gosto shra-
njenih podatkih je potrebnega manj preračunavanja
manjkajočih delov in s tem manj ciklov procesne
enote. Tako je v primeru zelo velikega beležniškega
RAČUNANJE KRIPTOGRAFSKIH VALUT Z GPE 5
pomnilnika optimalno izbrati nič presledka in na-
sprotno, pri visoki frekvenci procesorja in manjšega
beležniškega pomnilnika bolje izbrati večji presle-
dek. Za naše grafične kartice je optimalen izbor
hramba vsake druge vrednosti.
• "gpu-engine":
"1025:947,1025:947,1065:947"
Nastavitev višine frekvenc delovanja grafičnega
jedra po karticah, ločenih z vejico. Delovna
frekvenca med rudarjenjem je z dvopičjem ločena
od ponastavitvene frekvence, na katero se vrnemo
po končanem rudarjenju. Tukaj se referenčna
kartica izkaže veliko bolj dovzetna za navijanje, saj
kartici ASUS ne zmoreta dolgotrajnega stabilnega
delovanja pod obremenitvijo na frekvencah, višjih
od 1025 MHz, medtem ko kartica Gigabyte v
dobrih razmerah stabilno prenese tudi frekvence,
višje od 1075 MHz. Ta 5-odstotna razlika v hitrosti
procesorskega takta se prevede tudi v 5-odstotno
razliko v hitrosti računanja zgoščenih vrednosti.
Teoretični optimum, ki bi ga dosegli pri frekvenci
1100 MHz in s tem popolni zasičenosti pomnilnika
bi znašal 2560 * 1100 * 0.352 (nominalna
učinkovitost Hawaii jeder) = 991232 zgoščenih
vrednosti oziroma približno 991000 zgoščenih
vrednosti na sekundo.
• "gpu-memclock":
"1400:1250,1400:1250,1400:1250"
Nastavitev višine frekvenc delovanja grafičnega
pomnilnika po karticah, ločenih z vejico. Delovna
frekvenca med rudarjenjem je z dvopičjem ločena
od ponastavitvene frekvence, na katero se vrnemo
po koncu rudarjenja. Za pomnilnik izdelovalca
Elpida so priporočene optimalne frekvence
delovanja med 1375 MHz in 1450 MHz. Tako
latenca kot pasovna širina, ki sta potrebni za
optimalno zasičenost, sta na voljo že pri 1400
MHz in nadaljnje višanje frekvence le še slabša
rezultate.
• "thread-concurrency":"20481" Mogoče
število konkurenčnih operacij za vsako nit. V teoriji
je optimalno izbrati čim višji večkratnik števila
pretočnih procesorjev na kartici, s katerim še lahko
izvajamo operacije in mu prištejemo ali odštejemo
1. Po izčrpnem testiranju smo si izbrali vrednost
20481, kar je 2560 * 8 + 1. Pri računanju zgoščenih
vrednosti z dvema ali več glavnimi nitmi je ta
vrednost občutno nižja.
• "xintensity":"400" Količina dela, ki ga
grafična kartica mora opraviti, preden lahko vrne
svoje rezultate. Optimalna vrednost je tik pod
mejo preobremenjenosti kartice. Podana vrednost
se zmnoži s številom pretočnih procesorjev na
kartici, da dobimo število grafičnih niti. Ugotovili
smo, da se ob vrednostih nad 400 hitrost računanja
zgoščenih vrednosti spreminja minimalno in dokaj
naključno, čeprav je končna zmogljivost kartic pred
preobremenitvijo presegla 1500 * 2560 = 4194304
grafičnih niti.
• "̈cl-filename":"kalroth" Prilagojeno je-
dro grafičnega gonilnika. Prilagojena jedra vsebu-
jejo različne optimizacijske prijeme pri implemen-
taciji algoritma Scrypt proof-of-work, kot je re-
cimo razvijanje zank, drugačna definicija podatkov-
nih struktur, alternativen način preverjanja pogojev,
spremenjen ritem oddajanja deležev in podobno.
Izkaže se, da so izboljšave rezultatov nekonsisten-
tne in se razlikujejo od ene fizične kartice do
druge. Tako na primer isto jedro, ki nam na eni
kartici ASUS izboljša hitrost računanja zgoščenih
vrednosti za 2%, na drugi rezultat poslabša za 3%.
O enakih ugotovitvah poročajo tudi drugi, ki si
prizadevajo za tak način optimizacije.
4 MERITVE
V specifikacijah kartic je navedena poraba energije pri
polni obremenitvi za kartici ASUS 300 W, za Giga-
bytovo pa kar 600 W. Zadnje se izkaže za pretirano,
saj v praksi med rudarjenjem kartica porabi približno
356 W elektrike in v kombinaciji s porabo vseh drugih
komponent v sistemu skupna poraba ne preseže 1050
W, kar je razvidno iz slike 4. Takšen rezultat potrjuje
optimalno izbiro uporabljenega napajalnika.
(a) Ena kartica (b) Dve kartici (c) Vse kartice
Slika 4: Poraba elektrike med rudarjenjem
Še ena zanimiva lastnost je kakovost ASIC GPE jedra,
ki nakazuje, v kolikšni meri napetost ‘pušča’ skozi jedro.
Višja vrednost kakovosti jedra ASIC v tem primeru
(ne vedno) pomeni višjo stopnjo uhajanja in s tem
slabše predispozicije za doseganje nizkih temperatur ob
obremenitvi v normalnih okoliščinah. Pri karticah R9
290 praviloma variira med 60 in 100 %. Glede na naše
meritve je referenčna kartica Gigabyte v rangu nizko
‘puščajočih’ primerkov z 71.4 %, medtem ko sta obe
kartici ASUS na tem področju manj učinkoviti pri 84.8
%.
Večina konfiguracijskih parametrov, ki zagotavljajo
optimalne rezultate pri računanju zgoščenih vrednosti,
je pridobljena z dolgotrajno metodo poizkusov in napak,
ker so rezultati naključni ali pa so ti rezultati linearno
vezani na frekvenco delovanja jedra grafičnih kartic.
Zato sta od poprej že podrobno opisanih parametrov,
ki so se izkazali za optimalne, za grafični prikaz za-
6 SEDMAK, DOBRAVEC
nimiva le xintensity ter thread-concurrency.
Pri meritvah spodaj prikazanih rezultatov so vsi drugi
parametri nastavljeni na poprej že opisane vrednosti, ki
zagotavljajo optimalno delovanje.
Ko postopoma povečujemo xintensity opazimo,
da se hitrost računanja zgoščenih vrednosti hitro poveča
do neke sprejemljive vrednosti, optimum pa je dosežen
pri xintensity = 400. Pri tej vrednosti je hitrost
tudi stabilna. Če xintensity še naprej povečujemo,
povprečna hitrost računanja sicer ostane enaka, a
med rudarjenjem čedalje bolj niha, nato pa začne po
xintensity = 800 počasi padati. Graf vidimo na
sliki 5.
Slika 5: Graf hitrosti računanja zgoščenih vrednosti v
odvisnosti od xintensity
Na sliki 6 vidimo, da se tudi pri višanju parametra
thread-concurrency hitrost računanja zgoščenih
vrednosti hitro dvigne, pride do optimuma in nato
začne počasi padati. Treba je povedati, da so sicer
same številke hitrosti računanja zgoščenih vrednosti že
pri thread-concurrency = 5120 blizu 930 Kh/s,
toda z odstotkom sprejetih deležev blizu 0 %. Podobno
je pri naslednjih vrednostih, ki smo jih tukaj za namen
bolj realnega prikaza obtežili z njihovimi odstotki spre-
jetih deležev.
Tabela 1 prikazuje povprečne rezultate rudarjenja
v bazenu v enakem časovnem obdobju pri uporabi
različnih prilagojenih jeder gonilnikov. Pri tem spre-
mljamo povprečno hitrost preverjanja zgoščenih vre-
dnosti na sekundo, delovni obseg WU oziroma število
poslanih preverjenih deležev bloka, ki ga potrjujemo,
delovno uporabnost WUE oziroma odstotek poslanih
deležev ki so bili sprejeti kot pravilni, odstotek napak
po karticah R in temperaturo posameznih kartic med
delovanjem. Pri interpretaciji tabele je treba biti pozoren
na to, da večje število poslanih deležev ali pa najvišja
povprečna hitrost računanja zgoščenih vrednosti ni nujno
najboljši rezultat, saj sta pri potegovanju za nagrado
pomembna odstotek sprejetih deležev WUE in odstotek
napak R. Iz tabele je razvidno, da različne optimizacije
jedra ne prinašajo ponovljivih in uniformnih izboljšanj
Slika 6: Graf hitrosti računanja zgoščenih vrednosti v
odvisnosti od thread-concurrency
rezultatov pri hitrosti računanju zgoščenih vrednosti.
GPU0 GPU1 GPU2 Poročilo
CGMiner
Kalroth
931 Kh/s
WU 830
R 3.8%
66°C
88°C VRM
935Kh/s
WU824
R 2.5%
69°C
89°C VRM
966 Kh/s
WU 874
R 3.0%
79°C
61°C VRM
2832 Kh/s
WU 2528
WUE 88.6%
5.7/min
Zuikkis
915 Kh/s
WU 807
63°C
79°C VRM
956 Kh/s
WU 835
78°C
60°C VRM
CRASH
WUE 85.3
SternStunde
928 Kh/s
WU 833
R 2.5%
65°C
86°C VRM
920 Kh/s
WU 833
R 4.4 %
67°C
87°C VRM
965 Kh/s
WU 879
R 0.7%
78°C
60°C VRM
2813 Kh/s
WU 2545
WUE 88.5%
9.48/min
Lantis
934 Kh/s
WU 685
R 0%
65°C
86°C VRM
931 Kh/s
WU 615
R 0%
68°C
87°C VRM
965 Kh/s
WU 1000
R 3.5%
78°C
60°C VRM
2830 Kh/s
WU 2363
WUE 81.7%
9.13/min
Kombinacija
925 Kh/s
WU 831
R 1.7%
64°C
85°C VRM
940 Kh/s
WU 860
R 1.5%
67°C
86°C VRM
966 Kh/s
WU 843
R 2%
78°C
60°C VRM
2831 Kh/s
WU 2531
WUE 88.6%
5.68/min
Tabela 1:: Primerjava zmogljivosti rudarjenja med prila-
gojenimi jedri
5 SKLEP
Opisali smo ideološko in tehnično ozadje zasnove ter
delovanja kriptografskih valut, predstavili njihove pred-
nosti, slabosti in ranljivosti. Uspešno smo sestavili in
skonfigurirali napravo za potrjevanje blokov transak-
cij kriptografskih valut, ki to počne s pomočjo al-
goritma Scrypt proof-of-work. Podrobno smo predsta-
vili uporabljeno strojno opremo, načrt naše naprave
in konfiguracijo strojne opreme. Predstavili smo tudi
uporabljeno programsko opremo, konfiguracijo le-te ter
razložili in argumentirali izbrane nastavitve ter poka-
zali izsledke meritev učinkovitosti sestavljene naprave.
Ugotovili smo, da smo se s pomočjo naše konfiguracije
RAČUNANJE KRIPTOGRAFSKIH VALUT Z GPE 7
pri eni od grafičnih kartic zelo približali teoretičnemu
maksimumu zmogljivosti, medtem ko nas je pri preo-
stalih dveh ovirala napaka izdelovalca v zasnovi kartic,
zaradi katere se je na njih pregreval regulator napetosti.
Ugotovili smo tudi, da poseganje v jedrno implemen-
tacijo algoritma Scrypt proof-of-work z namenom op-
timizacije ne daje konsistentnih in sledljivih rezultatov.
Podrobnejša razlaga tehnologij in algoritmov opisanih v
tem članku, ter nekaj zanimivih informacij o področju
kriptovalut najdemo v diplomskem delu avtorja [11].
Treba je povedati, da je bila naša naprava aktualna in
dobičkonosna v času sestavljanja ter testiranja, zdaj pa je
zastarela in se namesto grafičnih sistemov za potrjevanje
transakcij večinoma uporabljajo sistemi ASIC s strojno
realizacijo algoritmov.
Vsekakor so kriptovalute zanimivo in razvijajoče se
področje. Rudarjenje se je v dveh letih razvilo v sve-
tovno manijo. Od začetkov rudarjenja na centralnih
procesnih enotah domačih računalnikov smo prišli naj-
prej do specializiranih domačih rudarskih naprav, kot je
opisana v tem članku, in končno do specializirane strojne
implementacije potrjevalnih algoritmov na računalnikih
FPGA in ASIC. Masovna proizvodnja zadnjih je dvi-
gnila zahtevnosti tako visoko, da je rudarjenje postalo
dobičkonosno le še za lastnike celih hangarjev takšnih
računalnikov, ki za napajanje potrebujejo moč prave
male elektrarne. K temu sta delno pripomogli tudi
konsolidacija in stabilizacija cene Bitcoina, ki trenutno
znaša tretjino vrednosti tiste pred enim letom. Tako
je recimo decembra 2013 dnevni donos naše naprave,
katere največja moč računanja zgoščenih vrednosti je
okoli 2,8Mh/s, znašal približno $60/dan, v času pisanja
tega članka pa le še $0,30/dan. Za doseganje istih dono-
sov bi trenutno potreboval sistem ASIC z močjo okoli
800Mh/s, ki pa ni dobavljiv in katerega cena bi znašala
okoli 9000 ameriških dolarjev. Pri tem je seveda treba
upoštevati tudi razpolovne dobe nagrad za potrjene bloke
in volatilnost vrednosti valut. Položaj se v svetu krip-
tografskih valut izjemno hitro spreminja in tako rekoč
nemogoče je predvideti prihodnost. Tako so zdaj glavni
igralci v tem segmentu prav prvotni snovalci in izdelo-
valci vezij ASIC, ki posameznih naprav ne prodajajo več
končnim uporabnikom, temveč sami postavljajo svoje
centre za rudarjenje in nato po načelu oblačnih storitev
oddajajo moč računanja zgoščenih vrednosti končnim
uporabnikom. Zaradi ekološke in ekonomske smotrnosti
ti centri temeljijo na področjih s čim cenejšo električno
energijo, kar posledično ustvarja centralizacijo sistema,
proti kateri se je Satoshi Nakamoto tako vneto boril.
Kljub vsemu so možnosti za razvoj kriptografskih va-
lut in uporabo le-teh v vsakdanjem življenju tako rekoč
neskončne. Rast števila uporabnikov, trgovcev in tržne
kapitalizacije so indikatorji, ki kažejo na dolgoročno
stabilizacijo in sprejetje kriptografskih valut. Manjša je
tudi volatilnost vrednosti, kar posledično vodi v večje
zaupanje pri uradnih institucijah ter državah. Z malo
sreče in pravilnim ravnanjem odgovornih bi v daljni
prihodnosti lahko prišlo do fuzije kriptografskih valut
in uradnih denarnih valut ali celo popolne nadomestitve
zadnjih.