Wat is het Ethash consensus algoritme?
De cryptocurrency van Ethereum is Ether (ETH). Crypto-valuta vertegenwoordigen een bepaalde waarde binnen een blockchainnetwerk. Ethash is het Proof of Work (PoW) algoritme voor alle op Ethereum gebaseerde cryptocurrency’s. Dit algoritme speelt een belangrijke rol bij de zogenaamde ‘moeilijkheidsgraad’. De moeilijkheidsgraad is een metriek die aangeeft hoe moeilijk of gemakkelijk het is, om nieuwe blokken (transacties) binnen het netwerk te genereren. De coins van Ethereum worden ondersteund door ERC-20, een technische standaard voor tokens. Door deze standaard wordt het voor ontwikkelaars eenvoudiger om crypto-valuta te ontwerpen en bepaalde processen beter te stroomlijnen. Ethereum is een open-source blockchain en alle crypto-munten die op het platform worden gebouwd, moeten voldoen aan de voorwaarden die door ERC-20 worden gesteld. Door de ERC-20 standaard wordt niet alleen de veiligheid versterkt, maar wordt ook de liquiditeit van de coins vergroot. Daarnaast wordt door de uniformisering van de tokens, het risico van foutieve code veel kleiner.
Ethash en SHA-3
Ethash maakt gebruik van de hashfunctie SHA-3 (Keccak). Deze hash functie wordt gebruikt voor de berekeningen binnen het mining proces. Ethash mining kan worden uitgevoerd met zowel CPU als GPU. Wanneer iemand ETH wil gaan minen dan moet hij of zij in het bezit zijn, van een volledig gesynchroniseerde crypto client die geschikt is voor Ethereum mining. Daarnaast moet er ook een Ethereum-account worden gecreëerd. Cryptocurrency’s die zijn gebaseerd op het Ethash algoritme worden vaak gemined met GPU-miners omdat deze meer capaciteit hebben dan de CPU-miners.
Ethash is memory-hard
Ethereum CPU-mining kan worden uitgevoerd met de ETH client “Geth”. Dit is een programma dat de Ethereum blockchain koppelt aan de mining-apparatuur van de miner. De meest gebruikte mining methode binnen het netwerk van Ethereum is GPU. Het algoritme Ethash is “memory-hard”. Dat wil zeggen dat iedereen in principe ETH kan minen, vanaf zijn of haar eigen computer. Deze memory-hardness draagt bij aan het decentrale karakter van Ethereum.
Wat is een nonce?
Bij mining via Proof of Work worden de miners belast met het generen van een zogenaamde “nonce”. Dit is een cijferreeks die maar één maal kan worden gebruikt binnen de cryptografische communicatie. Wanneer deze nonce wordt gehasht, dan wordt er een bepaalde output waarde gecreëerd, die lager is dan een vooraf gespecificeerde doeldrempelwaarde. Door de cryptografische aard van iedere cryptocurrency hash functie, is het niet mogelijk om de nonce die aan deze doeldrempelwaarde voldoet, terug te rekenen (reverse-enginering), naar de originele cijferreeks (input). Om een geldige nonce te vinden moeten de miners de hashes zo snel mogelijk raden en verifiëren.
Economische stimulans
Als crypto-coins in waarde toenemen, dan neemt ook de beloning toe. Hierdoor ontstaat een economische stimulans om meer, snellere en efficiëntere mining hardware aan te schaffen. Dit werd goed duidelijk bij het bitcoinnetwerk. Miners stapten massaal over van CPU’s naar GPU’s en ASIC’s.
Ethash zorgt voor een willekeurig PoW protocol
Het netwerk van Ethereum wordt onderhouden door computers over de hele wereld. De miners die het laatste blok binnen de ketting produceren, maken de blockchain sterker en ontvangen daarvoor een beloning. De beloning is begin januari 2019 nog 3 ETH, maar in de voorbereiding naar de overschakeling van Proof of Stake naar een ander consensus-mechanisme (PoS), zal de beloning worden verlaagd naar 2 ETH. Iedere 15 seconden wordt er gemiddeld een nieuw blok aan het netwerk toegevoegd. Het Ethash algoritme zorgt ervoor dat het Proof of Work protocol volledig willekeurig wordt uitgevoerd. Ook zorgt Ethash ervoor dat de beloningen voor nieuwe blokken in verhouding zijn, met de daadwerkelijk geleverde hoeveelheid hash rate van iedere computer.
Wat is DAG?
Voor het mining proces wordt eerst het geheugen voorzien van een heleboel data. Ethash maakt gebruik van DAG (Directed Acyclic Graph). DAG is een datastructuur die gebruikmaakt van topologische ordening en heeft betrekking op dataverwerking en datacompressie. De DAG wordt gegenereerd voor iedere periode, dat wil zeggen iedere 30.000 blokken (dat duurt ongeveer 100 uur). Een kenmerk van DAG bestanden is dat zij in de loop der tijd in volume toenemen. De DAG bevindt zich in het GPU-geheugen en speelt een belangrijke rol bij de snelheid van het mining proces. Wanneer een Directed Acyclic Graph bestand groter wordt dan het GPU-geheugen ontstaan er problemen. Daarom is het belangrijk dat miners bekend zijn met de toekomstige DAG-grootte. De toekomstige DAG-grootte kan relatief eenvoudig worden berekend.
Ethereum stapt over van het Ethash Proof of Work protocol naar Proof of Stake
Ethereum is van plan om de overstap te maken van het Ethash Proof of Work algoritme naar het efficiëntere Proof of Stake (PoS) algoritme Casper en treft hiervoor de nodige voorbereidingen. Mining met PoW algoritmen is niet erg duurzaam en gaat gepaard met een zeer hoog energieverbruik. Bij PoS wordt de consensus binnen de blockchain op een andere en efficiëntere manier bereikt. Volgens een heleboel mensen binnen de blockchain community is de “recursieve hashing” van PoW niet erg productief. Het is de bedoeling dat Proof of Stake uiteindelijk de schaalbaarheid van Ethereum vergroot.
Minder kwetsbaar voor 51% aanvallen
Er is op dit ogenblik dan ook veel discussie over de transitie van Ethash naar PoS. Proof of Stake is weliswaar nog steeds een algoritme en het doel van het algoritme is nog steeds hetzelfde, maar de manier waarop dat doel wordt bereikt verloopt anders. Bij PoS kunnen bepaalde crypto-miners de voorrang krijgen boven andere miners, op basis van de hoeveelheid ETH die zij in de blockchain bezitten. Deze situatie kan leiden tot de ongewenste “centralisering” van Ethereum, omdat de rijkste crypto-bezitters een oneerlijke voorsprong hebben binnen het mining proces, ten opzichte van minder vermogende gebruikers. Aan de andere kant is PoS veel minder kwetsbaar voor 51% aanvallen, omdat de hashrate minder gemakkelijk kan worden gecontroleerd door een meerderheid van gebruikers.
Nieuwe regels binnen de software gecodeerd
Ook zijn er blockchain-experts die vinden dat de Proof of Stake het consensus-mechanisme op verschillende fronten veel ingewikkelder maakt dan PoW. Het proces en de uitkomsten worden namelijk niet meer volledig overgelaten aan de Proof of Work en daarom moeten er nieuwe regels in de software worden gecodeerd. De tegenstanders van PoS denken dat deze nieuwe regels het platform van Ethereum alleen nog maar kwetsbaarder maken voor nieuwe aanvallen. Toch is Ethereum vastbesloten om de overschakeling door te voeren, omdat dit noodzakelijk is om de blockchain klaar te stomen voor massa-adoptie en blockchain-integratie op grote schaal.
Op 15 september 2022 ging Ethereum daadwerkelijk over van Proof of Work (PoW) naar Proof of Stake (PoS).
Op de hoogte blijven van de ontwikkelingen op het gebied van blockchaintechnologie? Meld je dan nu aan voor de blogpost!