Блог

Алгоритм SHA-256 и его работа с майнинговым оборудованием Bitcoin

30 октября, 2025 7 августа, 2025

SHA-256 — это основная криптографическая хеш-функция в майнинге биткоинов. Этот алгоритм преобразует данные в код заданной длины. Он практически невозможно отменить этот процесс или найти два входных значения с одинаковым результатом. Биткоин использует это для обеспечения безопасности транзакций и подключения каждого блока. Майнеры пытаются решить сложные задачи SHA-256. Они добавляют новые блоки и предотвращают двойное расходование. В 2025 году глобальная хешрейт сети биткоинов превысил 1 ЗеттаХеш в секунду. Специальное оборудование, такое как ASIC-устройства, стало очень важным для майнеров. Это помогает им справляться с более сложным майнингом и повышает безопасность сети.

Ключевые выводы

SHA-256 — это безопасный алгоритм. Он преобразует любые данные в специальный 256-битный код. Это помогает сохранять транзакции биткоинов безопасными и честными.
Майнеры биткоинов используют SHA-256 для решения задач. Они изменяют число, называемое nonce. Они продолжают попытки, пока не найдут код, соответствующий уровню сложности сети.
Оборудование для майнинга со временем изменялось. Сначала использовали ЦПУ, затем GPU, а сейчас — специальные ASIC-устройства. Эти новые устройства работают гораздо быстрее и потребляют меньше энергии для SHA-256.
ASIC майнеры являются лучшими для майнинга биткоинов. Они созданы специально для выполнения SHA-256. Это дает майнерам больше мощности и шансов на получение наград.
Биткоин меняет сложность майнинга каждые две недели. Это обеспечивает стабильность времени блока и защищает сеть от атак. Это помогает сохранять безопасность биткоинов на долгий срок.

Основы алгоритма SHA-256

Что такое SHA-256?

SHA-256 — это криптографическая хеш-функция. Она является основным алгоритмом в системе доказательства работы Bitcoin. Этот алгоритм принимает любой вход и создает 256-битный вывод. Размер входных данных не имеет значения. Вывод называется хешем. SHA-256 является частью семейства SHA-2. Это стандарт, одобренный NIST. Его используют для цифровых подписей, блокчейна и проверки целостности данных. Особенности SHA-256 делают его отличным для майнинга криптовалют, особенно в Bitcoin. Некоторые важные свойства SHA-256:

Преимущества и ключевые свойства SHA-256:

Вывод фиксированной длины и эффективность:
- Генерирует фиксированное 256-битное (32-байтное) значение хеша для любого размера входных данных.
- Вычислительно эффективен, быстро создавая значения хеша для ускоренной обработки данных.
Целостность данных и эффект лавины:
- Обеспечивает сохранение данных без изменений во время передачи или хранения.
- Любое изменение входных данных, даже самое незначительное, приводит к кардинально другому значению хеша (эффект лавины).
Сопротивление предобразам (односторонняя функция):
- Вычислительно невозможно обратить функцию хеша или вычислить исходные данные по их значению хеша (конструкция односторонней функции).
- Устойчив к атакам предобраза; злоумышленники не могут практически угадать входные данные.
Сопротивление коллизиям и большое пространство хеша:
- Крайне маловероятно, что два разных входа дадут одинаковое значение хеша (устойчивость к коллизиям).
- Хотя существует математическая возможность (теоретический риск коллизий), нахождение коллизий вычислительно невозможно из-за огромного пространства хеша (2²⁵⁶ возможных комбинаций).
- Это большое пространство хеша делает брутфорс-атаки непрактичными.

Недостаток SHA-256:

Обратимость: Данные невозможно восстановить или декодировать из их хэш-значения обратно в исходную форму (свойство, присущее односторонней функции).

Как работает SHA-256

SHA-256 работает в несколько этапов. Сначала он дополняет входные данные так, чтобы их длина была кратна 512 битам. Затем он добавляет 64 бита для указания длины исходного сообщения. Алгоритм разбивает данные на блоки по 512 бит. Каждый блок проходит 64 раунда шагов. Эти шаги используют побитовые сдвиги, модульное сложение и функции смешивания. Это делает итоговый хэш трудным для угадывания и очень безопасным.

Вот простое описание процесса:

Дополните входные данные и добавьте длину.
Начинайте с буферов, установленных в определённые константы.
Разделите сообщение на части по 512 бит.
Обрабатывайте каждую часть через 64 раунда смешивания и сжатия.
Создайте финальный 256-битный хэш.

Примечание: эффект лавины в SHA-256 означает, что небольшое изменение во входных данных, например одна буква, приведёт к совершенно другому хэшу.

Почему Bitcoin использует SHA-256

Bitcoin использует SHA-256 в качестве алгоритма доказательства работы. Он обеспечивает как безопасность, так и эффективность. Его устойчивость к коллизиям и односторонняя функция делают блокчейн защищённым от мошенничества. SHA-256 также помогает майнерам решать сложные задачи. Это обеспечивает безопасность сети.

Сатоши Накамото выбрал SHA-256 для Bitcoin после многочисленных криптографических тестов. Алгоритм двойного хэширования в Bitcoin (с использованием SHA-256 дважды) обеспечивает дополнительную безопасность. SHA-256 также помогает создавать безопасные адреса Bitcoin и проверять транзакции. Его высокая безопасность и надежность делают его основной частью механизма доказательства работы Bitcoin и майнинга криптовалют.

Другие блокчейны могут использовать другие алгоритмы. Но SHA-256 по-прежнему является лучшим выбором для доказательства работы, потому что он безопасен и хорошо работает.

SHA-256 в майнинге

Обзор процесса майнинга

Майнинг биткоинов использует SHA-256 в качестве основного инструмента. Майнеры начинают с выбора транзакций из mempool. Они предпочитают те, у которых более высокие комиссии, потому что место ограничено. Далее, майнеры помещают эти транзакции в новый блок. Чтобы сохранить блок в безопасности, майнеры используют SHA-256 для создания корня Merkle. Этот корень объединяет все хеши транзакций вместе. Затем майнер создает заголовок блока. В заголовке блока есть разные поля. Каждое поле помогает в майнинге.

Байты	Имя	Описание
4	Версия	Версия блока, показывающая, какие правила использовать.
32	Хеш предыдущего блока	Двойной хеш SHA-256 заголовка последнего блока, связывающий блоки вместе.
32	Хеш корня Merkle	Двойной хеш SHA-256 всех транзакций блока, проверяющий их правильность.
4	Время	Unix-время, когда началось хеширование.
4	nBits (Сложность)	Целевое число, которому должен быть меньше хеш.
4	Nonce	Количество, которое майнеры меняют для получения новых хешей.

Майнер использует SHA-256 для хеширования заголовка блока. Цель — получить хеш ниже целевого значения сети. Если хеш слишком высокий, майнер меняет nonce и пробует снова. Это происходит миллионы раз в секунду в сети.

Вся сеть находит хороший блок примерно каждые 10 минут. Это время остается стабильным, потому что сложность майнинга меняется каждые 2016 блоков, или примерно каждые две недели.

Двойное хеширование SHA-256

Bitcoin использует двойное хеширование SHA-256 для обеспечения безопасности. Майнеры выполняют SHA-256 дважды на заголовке блока. Это помогает предотвратить некоторые атаки, такие как атаки расширения длины. Двойное хеширование возникло из исследований криптографии, которые показали, что оно добавляет дополнительную безопасность.

Двойное хеширование SHA-256 обеспечивает дополнительную защиту, повторно хешируя хеш.
Это не предотвращает коллизионные атаки, но усложняет атаки расширения длины.
Майнинг зависит от мощности SHA-256, поэтому атаки невозможны с современными технологиями.
SHA-256 хорошо работает с 32-битными ЦПУ и подходит для подписи Bitcoin ECDSA-SHA-256.

Майнер изменяет nonce в заголовке блока и использует двойное SHA-256 хеширование. Если хеш ниже целевого значения, майнер отправляет блок в сеть. Это обеспечивает безопасность и правильность блокчейна.

Nonce и целевая сложность

Модель nonce — это 4-байтовая часть заголовка блока. Майнеры используют nonce для получения новых результатов хеша. Каждый раз, когда nonce меняется, SHA-256 создает новый хеш. Цель — найти хеш ниже целевого значения.

Nonce позволяет майнерам быстро пробовать множество блоков.
Каждая попытка отличается, потому что SHA-256 является случайным.
Если все значения nonce не подходят, майнеры меняют другие поля, такие как время или extraNonce, чтобы продолжать.

Сложность майнинга устанавливает предел для хорошего хеша. Сеть меняет его каждые 2016 блоков, чтобы поддерживать время блока около 10 минут. Если присоединяется больше майнеров или улучшаются их устройства, хешрейт увеличивается. Тогда сеть повышает сложность, делая майнинг сложнее. Если майнеры уходят, сложность снижается, чтобы сохранить баланс.

Система доказательства работы Bitcoin использует этот процесс. Майнинг обеспечивает безопасность сети, делая изменение блокчейна трудным и дорогим. Nonce, целевая сложность и SHA-256 — основные компоненты майнинга биткоинов.

Доказательство работы гарантирует, что добавлять блоки могут только майнеры, выполняющие реальную работу. Это делает блокчейн безопасным и распределенным.

Оборудование для майнинга биткоинов

Эволюция: CPU, GPU, ASIC

Оборудование для майнинга биткоинов сильно изменилось с 2009 года. Вначале люди майнили биткоин обычными компьютерами с использованием CPU. Эти компьютеры были медленными, но сеть была небольшой.

Поэтому CPU все еще могли выполнять алгоритм sha-256. По мере увеличения числа майнеров становилось сложнее получать награды. Майнеры перешли на GPU, которые могли выполнять sha-256 намного быстрее. Домашние майнеры собирали установки с GPU и присоединялись к майнинговым пулам. Позже появились FPGA. Они потребляли меньше энергии и давали больше контроля. Но FPGA было сложно использовать, и они недолго просуществовали.

Самое большое изменение произошло с использованием ASIC-оборудования для майнинга. ASIC означает специализированную интегральную схему. Эти чипы созданы для одной задачи: выполнения sha-256 для майнинга биткоинов.

Следовательно, более дешевые варианты, такие как CPU и GPU, устарели для серьезного майнинга. ASIC теперь доминируют в сети, и их неуклонное развитие явно отражается в растущем глобальном хешрейте Bitcoin (более 1 ЗеттаХеш/сек в 2025 году). Майнеры ASIC быстро стали лучшим выбором для серьезных майнеров.

Ниже приведена таблица, показывающая, как менялось оборудование для майнинга со временем:

Эра	Годы	Тип оборудования	Основные характеристики
Майнинг на CPU	2009-2010	ЦПУ	Начало майнинга с ЦПУ; низкие хешрейты; легко для ранних пользователей
Майнинг GPU	2010-2011	GPU	ГПУ превзошли ЦПУ; улучшение хешрейта и энергоэффективности; рост майнинговых пулов
Майнинг на FPGA	2011-2012	FPGA	Настраиваемое оборудование; лучшая энергоэффективность; короткий период внедрения
Майнинг ASIC	2013 - настоящее время	ASIC	Разработано для майнинга биткоинов; несравненные хешрейты и энергоэффективность; промышленный масштаб майнинга

Что такое ASIC майнеры?

ASIC майнеры — это специальные устройства для майнинга биткоинов, созданные для sha-256. Полное название — интегральная схема с прикладной спецификой. Эти устройства используют всю свою мощность для математических операций sha-256. ASIC майнеры могут очень быстро выполнять двойное хеширование sha-256. Каждый чип пробует множество нонсов, чтобы найти хеш ниже целевого значения. Аппаратное обеспечение для майнинга ASIC использует вентиляторы и радиаторы для охлаждения. Поскольку они выполняют только одну задачу, ASIC майнеры значительно быстрее, чем ЦПУ или ГПУ.

ASIC майнеры имеют умные конструкции. Они конвейеризуют и разворачивают шаги sha-256, поэтому каждый чип создает новый хеш за такт. Это дает им большую вычислительную мощность и лучший хешрейт по сравнению с устаревшим оборудованием. Аппаратное обеспечение для майнинга ASIC также пропускает лишние шаги, которые не нужны, делая процесс еще быстрее.

Как ASIC оптимизируют вычисление SHA-256

Аппаратное обеспечение для майнинга ASIC быстрее и потребляет меньше энергии, чем ЦПУ или ГПУ. ASIC могут достигать скоростей в терахешах в секунду. ГПУ достигают только сотен мегахешей в секунду. ASIC используют меньше энергии на каждый хеш, поэтому их эксплуатация дешевле.

Ниже приведена таблица, сравнивающая основные типы оборудования для майнинга биткоинов:

Тип оборудования	Специализация	Хешрейт	Энергетическая эффективность	Гибкость	Стоимость	Долговечность
ASIC майнером	Высокоспециализированные для sha-256	Терахеш в секунду (TH/s)	Очень высокий (низкое потребление энергии на хеш)	Низкий	Высокий	Короткий
GPU	Общего назначения с параллелизмом	Мегахеши в секунду (MH/s)	Умеренный	Высокий	Умеренный	Длиннее
ЦПУ	Общего назначения, сложные ядра	Низкий	Низкий	Высокий

Аппаратное обеспечение для майнинга ASIC использует трюки для повышения эффективности. Они используют пайплайнинг, разворачивание циклов и быстрые сумматоры для ускорения sha-256. Майнинг биткоинов не требует абсолютной точности, поэтому майнеры ASIC балансируют между скоростью и отказоустойчивостью. Это делает аппаратное обеспечение ASIC лучшим для тех, кто хочет больше прибыли и высокого хешрейта.

Аппаратное обеспечение для майнинга ASIC сейчас — единственный способ выигрывать в майнинге биткоинов. Сеть становится всё сложнее, поэтому только майнеры ASIC с высокой мощностью могут идти в ногу.

Аппаратное обеспечение для майнинга ASIC становится лучше. Новые модели используют меньше энергии, имеют меньшие джоулей на терахеш, а также новые системы охлаждения. Самое новое аппаратное обеспечение ASIC для майнинга может достигать более 200 TH/s и потреблять всего 13,5 J/TH. Это показывает, что аппаратное обеспечение ASIC останется важным для майнинга биткоинов надолго.

Лучшие монеты и оборудование для майнинга SHA-256

Ведущие криптовалюты SHA-256

Многие цифровые монеты используют SHA-256 для майнинга. Биткоин — самый известный. Но есть и другие монеты, использующие sha-256. Эти монеты обладают схожей безопасностью, потому что используют один и тот же алгоритм. Некоторые монеты, такие как Bitcoin Cash и Bitcoin SV, разделились от биткоина. Они сохранили тот же способ майнинга. Другие, такие как Digibyte и Peercoin, выбрали SHA-256 за его сильную безопасность.

Многие монеты, использующие sha-256, могут использовать одно и то же оборудование для майнинга биткоинов. Это упрощает майнерам переход на другие сети, если они захотят.

Bitcoin занимает крупнейший рынок и сеть. Другие монеты, такие как Namecoin, тоже используют SHA-256. Но их сети намного меньше. Использование одного и того же алгоритма позволяет майнерам использовать своё оборудование для многих монет.

Лучшие майнеры SHA-256

Оборудование для майнинга Bitcoin претерпело значительные изменения, теперь предпочтительнее использовать ASIC-майнеры, потому что они быстрее и более энергоэффективны. Майнеры хотят оборудование, которое выполняет больше хешей в секунду и потребляет меньше энергии.

Ниже приведена таблица с некоторыми лучшими моделями:

Пулы для майнинга используют оборудование для майнинга биткоинов чтобы получать больше наград. Они разбивают майнинг на небольшие задания, называемые долями. Каждый майнер использует ASIC-оборудование для решения этих задач. Пул отслеживает работу каждого майнера. Он начисляет награды в зависимости от объема выполненной работы. Это помогает майнерам получать стабильные выплаты вместо майнинга в одиночку.

Совет: выбор правильного оборудования для майнинга биткоинов важен для заработка. Майнеры должны проверять хешрейт, энергопотребление и охлаждение перед покупкой нового оборудования.

SHA-256 и ASIC помогают сохранять безопасность и устойчивость Bitcoin. Сначала майнеры использовали CPU, но теперь используют ASIC. Это изменение привело к росту хешрейты безопасности сети.

Новые ASIC используют меньше энергии и помогают майнерам зарабатывать деньги.
Изменения в сети сложность каждые две недели чтобы оставаться безопасной.
Более высокие хешрейты усложняют атаки злоумышленников.

Тенденция	Подробности
Энергетическая эффективность	ASIC теперь используют только 21 джоуль на каждый TH
Эволюция оборудования	Майнеры перешли с CPU на ASIC в 2016 году
Безопасность	Больше хэшрейта означает лучшую безопасность сети

Если вы хотите узнать о блокчейне или майнинге, знание этих изменений помогает. Это показывает, как Bitcoin остается безопасным и почему майнинг постоянно меняется.