Aby przedstawić szerokie spektrum merge miningu kryptowalut przeanalizowane zostały dwie znane i uznawane za pionierów w branży monety, a mianowicie Namecoin i Dogecoin, a także dwie stosunkowo młode wykopywane kryptowaluty, które wspierają połączone wydobycie z więcej niż jednym algorytmem PoW, a mianowicie Huntercoin i Myriadcoin. W związku z tym wysuwają się następujące uwagi:

Scalone wydobywanie czyli „merged mining” odnosi się do procesu ponownego wykorzystywania (częściowych) rozwiązań PoW z nadrzędnego zaszyfrowania jako ważnych dowodów pracy dla jednej lub więcej kryptowalut. Została ona wprowadzona jako rozwiązanie problemu rozdrobnienia mocy wydobywczej wśród konkurencyjnych mechanizmów kryptowalut i jako mechanizm ładowania małych sieci. Połączenie zostało po raz pierwszy wdrożone w Namecoin w 2011 roku, z Bitcoinem w roli ojca kryptowalut. Litecoin to klon Bitcoina, który zastępuje SHA256 zmodyfikowanym algorytmem hashingowym (Scrypt).

Podstawowym celem Litecoin było przeciwdziałanie dominacji ASIC, tj. opracowanie szczegółowych funkcji służących do wydajnych operacji mieszania SHA256 w przypadku Bitcoina. W chwili obecnej jest to największa kryptowaluta oparta o algorytm Scrypt w systemie PoW. Namecoin, który zamierza zapewnić zdecentralizowaną i odporną na cenzurę zgodność z systemem DNS (Domain Name System), był pierwszą alternatywną kryptowalutą i pierwszym blokiem wprowadzającym połączone wydobycie, w tym przypadku z Bitcoinem. Mimo, że jego projekt opiera się głównie na Bitcoinie, Namecoin rozszerza protokół bazowy, wprowadzając nowe typy transakcji, które umożliwiają przechowywanie i zarządzanie dodatkowymi informacjami w blokach. Dogecoin początkowo rozpoczął się jako poważny projekt oparty na internetowym memie, ale potrafił przyciągnąć i utrzymać żywe społeczeństwo. Jest on w przybliżeniu oparty na bazie kodu Litecoin i był pierwszą kryptowalutą, która wprowadziła Scrypt oparty na połączonym wydobywaniu z Litecoinem. Nowa generacja tak zwanych kryptowalut wielopozycyjnych została oznaczona przez wprowadzenie Huntercoina, które obsługuje SHA256 i Scrypt. Innym znaczącym pionierem w tej dziedzinie jest Myriadcoin, utrzymujący pięć różnych algorytmów PoW równolegle. Pojęcie multi-PoW ma na celu zapewnienie odporności na centralizację wydobywania, włączając różne typy dowodów pracy w pojedynczej kryptowalucie. Huntercoin i Myriadcoin są ponadto pierwszymi kryptowalutami, które łączą się z wieloma łańcuchami macierzystymi, mianowicie Bitcoinem i Litecoinem.

Schemat przydzielania bloków

Kluczowym elementem dochodzenia w kwestiach centralizacji mocy wydobywczej jest poprawa klasyfikacji bloków dla pierwotnych wydobywających. Stąd opracowano schemat przypisywania do publicznej wiadomości informacji zawartych w transakcjach wymiany monetarnej, zarówno wskaźników nadrzędnych, jak i bloków rodzicielskich. W ten sposób polegamy na następujących dziedzinach:

• Adresy wynagrodzeń

Transakcja coinbase, czyli inaczej generowana stanowi pierwszą transakcję w bloku i tworzy nowe jednostki walutowe jako nagrodę dla jego wydobywającego. Zakładając, że wydobywający działają w sposób racjonalny i zorientowany na zysk, oczekuje się, że zostaną one określone jako jedna z ich własnych pozycji w wyniku tej transakcji. Stąd adresy wypłat nagród w blokach mogą być użyte jako silny wskaźnik w schemacie przypisywania

• Podpisy monetarne (znaczniki)

Wydobywający, a zwłaszcza baseny wydobywcze, często wykorzystują pole coinbase do transakcji z bankomatem, aby publicznie domagać się utworzenia odpowiedniego bloku poprzez wprowadzenie tzw. podpisu blokowego lub coinbase. Ponieważ ta ostatnia reprezentuje czytelny dla człowieka łańcuch wskazujący nazwę puli lub jego skrót, a nie podpis kryptograficzny, odnajdujemy poniżej ten znacznik.

Zbieranie i łączenie znaczników i adresów

W chwili pisania nie istnieje rejestr globalny dla znaczników lub adresów wypłat nagród górników lub kopalń. Dlatego informacje te muszą być gromadzone poprzez analizę publicznie dostępnych rekordów obejmujących, ale nie wyłącznie, witryny internetowe basenów górniczych i fora dyskusyjne, jak również bezpośrednie kontakty z operatorami puli. W wyniku tego procesu jesteśmy w stanie skompilować listę wskaźników przypisania bloków dla 95 wydobywających i basenów wydobywczych, które działały w obserwowanych kryptowalutach. Wydobyte podczas merged miningu bloki mogą zawierać maksymalnie cztery wskaźniki przypisania: adresy zapłat gotowych i zapłaty w łańcuchu podrzędnym a także znaczniki coinbase i zapisane adresy zapłat łańcucha macierzystego, które są przechowywane w tak zwanym nagłówku AUX POW.

Umożliwia to nawiązanie połączeń pomiędzy adresami zapłaty nagród w wielu kryptowalutach i wykrycie, czy górnicy przełączają się między wieloma adresami. W związku z tym sprawdza się, czy adresy wypłat nagród pojawiające się w transakcjach coinbase dla wszystkich bloków są sprawdzane. Bardziej szczegółowy: adres łańcucha macierzystego znajdujący się w transakcji coinbase nagłówka AuxPow i umożliwia powiązanie go z adresem łańcucha podrzędnego wykorzystywanym w transakcji coinbase bloku. Adres łańcucha podrzędnego może z kolei pojawić się w blokach wraz z innymi adresami macierzystymi, tworzyć więcej linków, i tak dalej.

Bloki przypisane wydobywającym

Uznaje się, że blok jest przypisany do wydobywającego, jeśli jeden z jego znaczników lub adresów wypłat nagród pojawi się w odpowiednich polach współużytkowania. Jednakże górnik jest technicznie dopuszczony do używania tej pierwszej transakcji, aby natychmiast wydzielić pakiet na wiele wyjść, co również potencjalnie maskuje jego tożsamość. Nie jest łatwo określić wydobywającego blok, chyba, że używany jest znacznik coinbase lub wszystkie adresy występujące w wyniku współużytkowania monety są powiązane z tym samym wydobywającym lub kopalnią. Jeśli tak jest, blok jest oznaczony jako nieprzypisany. Jednak w przypadku bezzasadnego dowodu pracy kryptowalut, w którym uczestnicy zobowiązani są ujawnić swoją działalność, nie jest możliwe, aby osoba trzecia w pełni rekonstruowała historię działania wydobywającego z mocą wsteczną. Ponadto wydobywający mogą aktywnie próbować ukryć tożsamość, unikając ponownego wykorzystywania adresów zapłaty, nie używając żadnych znaczników powiązanych z innymi tożsamościami. W związku z tym nie jest możliwe zidentyfikowanie wszystkich wydobywających i basenów wydobywczych z dokładnością 100%, polegając jedynie na informacjach znajdujących się w księdze publicznej.

Połączone wydobycie w praktyce

W tej części zaprezentowane zostaną wyniki analizy połączonego wydobycia oraz dostarczone zostaną dowody na kwestie centralizacji mocy wydobywczych w używanych kryptowalutach.

Stopień przyjęcia

Merged mining został wprowadzony w bloku 19.200 w Namecoin (październik 2011 r.), 11.163 w Huntercoin (luty 2014 r.), 317 337 w Dogecoin (lipiec 2014 r.) i 1 402 791 w Myriadcoin (wrzesień 2015 r.). Deweloperzy Namecoin, Dogecoin i Huntercoin także wprowadzili niedopuszczalne wydobywanie w przypadku oficjalnych klientów. Stąd, od tego momentu przerzucanie 99% bloków powstało dzięki procesowi łączenia wydobywania w tych kryptowalutach.

Wpływ na trudności związane z PoW

Głównym celem wydobywania scalonego jest przyciągnięcie większej liczby wydobywających, a tym samym zwiększenie stopnia trudności dla blokchaina. Poprzez wyodrębnienie informacji o trudności POW, która została zakodowana w każdym nagłówku bloku, możemy potwierdzić czy połączone wydobycie rzeczywiście ma pozytywny wpływ w tym zakresie. Trudność POW łańcucha w wyniku wydobywania scalonego szybko wzrosła po wprowadzeniu scalania. Ponadto, zachowanie się trudności Bitcoina w pewnym stopniu odzwierciedlało wykryte w wydobywaniu scalonym kryptowaluty. Na przykład w okresie od stycznia 2012 do kwietnia 2013 r. trudności pozostały stabilne w przypadku Bitcoina i Namecoina, aż do momentu osiągnięcia tendencji wzrostowej w maju 2013 r. Ta ostatnia zbieżna jest z szerokim wdrożeniem specjalistycznych urządzeń przeznaczonych do wydobywania – ASIC.

Wpływ na dystrybucję mocy wydobywczej

Jednostka blokowania jest uważana za pomyślnie odwzorowaną, jeśli możemy przypisać ją do znanej wydobywczej puli albo do ponownie wykorzystanego adresu zapłaty. Niewielka stopa skuteczności przypisania Bitcoina może zostać wyjaśniona przez uwzględnienie wczesnego krajobrazu wydobywczego, gdzie bloki były głównie wydobywane przez osoby indywidualne. Ogólnie natomiast uważa się, że najlepszą praktyką jest, aby nie wykorzystywać adresów wypłat nagród. Wykorzystanie znaczników było coraz bardziej popularne, gdy tylko wydobywający zaczęli łączyć siły, tworząc baseny wydobywcze pod koniec 2011 roku. Wyniki przypisania wskazują, że mały zestaw basenów wydobywczych może kontrolować znaczne części całkowitej mocy wydobywczej w wielu krajach. Chociaż w niektórych przypadkach jest to wyjaśnione długoterminowym zobowiązaniem do wydobywania na danym łańcuchu, baseny takie jak GHash.IO, BW Pool i F2Pool wydają się, że mają wystarczającą ilość, aby jednocześnie współdziałać. W rzeczywistości F2Pool, który reprezentuje jeden z największych zbiorników wydobywczych zarówno dla kryptowalut o algorytmie SHA256, jak i Scrypt PoW, mógł zgromadzić akcje blokowe przekraczające gwarancje bezpieczeństwa protokołu. Ponieważ dla PoW nie wymaga się dodatkowego wysiłku obliczeniowego, koszty scalonego wydobywania, a mianowicie szerokość pasma, przechowywanie i walidacja bloków/transakcji, są takie same dla wszystkich osób, niezależnie od ich mocy wydobywczej. W szczególności mniejsze operacje wydobywcze mogą stanowić sytuację, w której ich dodatkowe wydatki na scalone wydobywanie kolejnej kryptowaluty wykraczają poza oczekiwane korzyści.

W przypadku Bitcoina żaden pojedynczy wydobywający ani basen wydobywczy nie były w stanie agregować i utrzymywać więcej niż 50% całkowitej mocy wydobywczej przez dłuższy okres czasu, ponieważ bloki uległy zniszczeniu. Jednak sytuacja w Namecoin jest całkiem inna: tutaj F2Pool zbiera i utrzymuje większą część mocy wydobywczej na przedłużone okresy. Litecoin, mimo że jest to największy blockchain Scrypt PoW, odczuł w połowie 2014 r. niewielką stopę centralizacji, między innymi spowodowaną przez Clevermining, a ostatnio F2Pool. Przez scalone wydobywanie, sytuacja ta jest odzwierciedlana i powiększana w Dogecoin: F2Pool odpowiedzialny za generowanie ponad 33% bloków dziennie w znacznych okresach, nawet przekraczając próg 50% w stosunku do końca 2016 r. Skutki wprowadzenia scalonego górnictwa różniły się odmiennie w 2 multi-POW kryptowalutach, które zostały przeanalizowane. Podczas gdy Huntercoin zdominowany był przez F2Pool i pozostawał w tym stanie do połowy 2016 r., wydaje się, że Myriadcoin doświadczył tylko umiarkowanego wpływu.

Zmiany w mocy wydobywczej

Działanie bloku wydobywczego wymaga szeroko zakrojonej koordynacji w zakresie rekrutacji wydobywających lub zakupu i instalowania niezbędnej infrastruktury. Stąd zazwyczaj potrzeba czasu, dopóki basen wydobywczy nie będzie w stanie gromadzić znaczących udziałów w wydobywaniu. Połączone wydobywanie wymaga jednak minimalnego nakładu i może być opisane jako zmiana oprogramowania. W konsekwencji obserwowalne duże wahania mocy wydobywczej w łączonym wydobywaniu można przypisać basenom wydobywczym, które mogą łatwo rozpocząć lub zakończyć działanie bez większych przygotowań.

Autor: Filip Korpała, CCG