Was ist der Ethash-Algorithmus? Ein detaillierter Blick auf das PoW-Backbone von Ethereum

Der Ethash-Algorithmus ist ein prägendes Merkmal der Ethereum-Blockchain und mehrerer anderer Kryptowährungen. Als Proof-of-Work (PoW)-Hashing-Algorithmus trug Ethash dazu bei, die Netzwerksicherheit und Dezentralisierung von Ethereum vor dem Übergang zu Proof-of-Stake (PoS) über Ethereum 2.0 zu etablieren.

In diesem Artikel untersuchen wir die Architektur, Geschichte, den Mining-Prozess von Ethash, den Widerstand gegen ASICs und die Zukunftsaussichten für Kryptowährungen, die immer noch darauf basieren.

1. Ursprünge und Ziele von Ethash

Ethash wurde mit Ethereum eingeführt, um Einschränkungen früherer PoW-Algorithmen wie SHA-256 zu beheben, die Bitcoin verwendet. Die Bitcoin-Mining-Landschaft wurde von leistungsstarken ASICs dominiert und durchschnittliche Benutzer wurden in den Hintergrund gedrängt. Ethash wollte dieses Gleichgewicht wiederherstellen.

Ethash ist vom Dagger-Hashimoto-Prototyp abgeleitet und vereint zwei Hauptziele:

• Gedächtnishärte: Machen Sie das Mining von der Speicherzugriffsgeschwindigkeit abhängig, nicht nur von der reinen Rechenleistung.

• ASIC-Widerstand: Entmutigen Sie die Dominanz anwendungsspezifischer Hardware und fördern Sie GPU-basiertes Mining, um die Dezentralisierung aufrechtzuerhalten.

Mit diesen Prinzipien hofften die Ethereum-Entwickler, gleiche Wettbewerbsbedingungen zu schaffen und mehr Einzelpersonen die Teilnahme an der Blockproduktion und Transaktionsvalidierung zu ermöglichen.

2. Kernkomponenten und Arbeitsablauf

Der Workflow von Ethash integriert verschiedene Elemente, um ihn sowohl sicher als auch rechenintensiv zu machen:

A. Keccak-256 Hashing

Ethash nutzt die Keccak-256-Hashing-Funktion, einen Vorgänger von SHA-3. Es wird zum Verarbeiten und Komprimieren von Eingaben verwendet, um sicherzustellen, dass jede Eingabe eine eindeutige, überprüfbare Ausgabe liefert.

B. DAG-Generierung

Ethash verlangt von Minern die Generierung eines Directed Asymmetric Graph (DAG) – eines riesigen Datensatzes, der sich alle 30.000 Blöcke (ungefähr alle 5 Tage) ändert. Die Größe dieser DAG wächst mit der Zeit stetig und muss für das Mining im Speicher gespeichert werden.

Ab 2025 überschreitet die DAG-Dateigröße 5 GB, was GPUs mit hohem VRAM für das Ethash-Mining unerlässlich macht.

C. Mischen von Hash mit Nonce und Header

Um einen Block abzubauen, kombinieren Miner Folgendes:

• Die DAG

• Der Blockheader

• Eine Nonce (Zufallszahl)

Diese werden wiederholt gehasht, bis ein Ergebnis unterhalb des aktuellen Schwierigkeitsziels des Netzwerks gefunden wird.

D. Validierung und Blockweitergabe

Sobald ein gültiger Hash gefunden wird, wird er an das Netzwerk gesendet. Vollständige Knoten verifizieren das Ergebnis mithilfe des DAG, und wenn es gültig ist, erhält der Miner eine Blockbelohnung.

3. Bergbau mit Ethash

Im Gegensatz zu Bitcoin, das schnell in den ASIC-dominierten Bergbau überging, konnte Ethereum jahrelang mit Hardware der Verbraucherklasse geschürft werden. Hier ist eine Aufschlüsselung der Mining-Geräte:

A. GPU-Mining

• Die gebräuchlichste und zugänglichste Methode

• AMD- und NVIDIA-GPUs bieten wettbewerbsfähige Hashraten (z. B. RX 580, RTX 3080).

• Mining-Software wie PhoenixMiner und TeamRedMiner ist weit verbreitet

B. ASIC-Mining

• Für Ethash gibt es ASICs wie Bitmain Antminer E9 und Innosilicon A10 Pro

• Bieten eine höhere Effizienz, sind jedoch kostspielig und verringern die Dezentralisierung

C. FPGA-Mining

• Field Programmable Gate Arrays bieten individuelle Anpassung und Energieeffizienz

• Weniger benutzerfreundlich und erfordern eine technische Einrichtung

D. Bergbaubecken

Die meisten Miner schließen sich Mining-Pools wie Ethermine oder F2Pool an, um Rechenleistung zu bündeln und konsistente Belohnungen zu verdienen. Pool-Mining ist vorhersehbarer als Solo-Mining.

4. Hauptvorteile von Ethash

Ethash hat sich als effektiver Algorithmus zur Aufrechterhaltung der Netzwerkintegrität erwiesen. Zu seinen Vorteilen gehören:

• Widerstand gegen die Zentralisierung: Der speicherintensive DAG erschwert die ASIC-Entwicklung im großen Maßstab.

• Datenintegrität: Die Verwendung von Keccak-256 gewährleistet eine sichere Transaktionsüberprüfung.

• Nachhaltigkeit im Wandel: Ethash ermöglichte es Ethereum, unter PoW zu arbeiten und gleichzeitig schrittweise auf PoS umzusteigen.

5. Nachteile und Herausforderungen

Trotz seiner Stärken ist Ethash nicht ohne Einschränkungen:

• DAG-Wachstum: Neuere DAG-Größen haben viele ältere GPUs aufgrund von VRAM-Einschränkungen unbrauchbar gemacht.

• ASIC-Entstehung: Im Laufe der Zeit drangen ASIC-Miner in den Ethash-Bereich ein und verfehlten teilweise dessen ursprünglichen Anti-ASIC-Zweck.

• Energieverbrauch: Wie alle PoW-Systeme benötigt Ethash viel Energie, was vor dem PoS-Übergang von Ethereum zu Umweltbedenken führte.

6. Kryptowährungen mit Ethash

Obwohl Ethereum inzwischen auf PoS umgestiegen ist, bleibt Ethash auch in anderen Netzwerken relevant:

• Ethereum Classic (ETC): Fortsetzung mit PoW und Ethash nach der Ethereum-Gabel

• Ausdehnung (EXP): Ein Ethereum-Fork, der dezentrale Anwendungen unterstützt

• Metaverse (ETP): Kombiniert Blockchain mit digitaler Identität und Vermögenswerten

• Musicoin (MUSIK): Verwendet Ethash, um Musiker über eine dezentrale Streaming-Plattform zu belohnen

• Ellaismus (ELLA): Eine vollständig Open-Source-Smart-Contract-Plattform ohne Premine

Miner, die in Ethash-fähige Hardware investiert haben, sind nach der Fusion von Ethereum auf diese Netzwerke umgestiegen.

7. Übergang zum Proof-of-Stake (Ethereum 2.0)

Im September 2022 schloss Ethereum seinen lang erwarteten Übergang von PoW zu PoS ab Die Fusion, wodurch das Ethash-Mining im Ethereum-Mainnet effektiv beendet wurde.

Beim PoS werden Validatoren ausgewählt, um Blöcke basierend auf der von ihnen eingesetzten ETH-Menge zu erstellen, wodurch der Stromverbrauch reduziert und Mining-Belohnungen entfallen. Der Übergang markierte einen historischen Wandel in den Blockchain-Konsensmechanismen.

Obwohl dieser Schritt unter einigen Mining-Puristen umstritten ist, wurde er als großer Umwelt- und Skalierbarkeitsvorteil für Ethereum gefeiert.

8. ASIC-Resistenz: Immer noch relevant?

Als Ethash zum ersten Mal eingeführt wurde, verhinderte es erfolgreich die ASIC-Entwicklung aufgrund des Bedarfs an hoher Speicherbandbreite. Als sich die Branche jedoch weiterentwickelte, überwanden die Hersteller dieses Problem, indem sie Ethash-spezifische ASICs entwickelten.

Obwohl diese Maschinen GPUs übertreffen können, benötigt Ethash im Vergleich zu SHA-256 immer noch deutlich mehr Speicher, was diese ASICs zu einem Nischenmarkt und teuer macht. Darüber hinaus legen viele Netzwerke wie Ethereum Classic weiterhin Wert auf Dezentralisierung, wodurch das GPU-Mining florieren kann.

9. Zukunftsaussichten für Ethash

Obwohl die Zeit von Ethash als Flaggschiff-Algorithmus von Ethereum zu Ende ist, bleibt es für andere Netzwerke eine praktikable und sichere Wahl. Entwickler und Communities, die Wert auf Transparenz und Zugänglichkeit legen, verlassen sich weiterhin darauf.

Möglicherweise sehen wir auch Forks von Ethereum Classic oder neue Token, die Ethash nutzen, um die bestehende GPU-Miner-Basis anzulocken. Sein Vermächtnis wird in diesen Ökosystemen fortbestehen, auch wenn die Branche zu Proof-of-Stake- und hybriden Konsensmodellen tendiert.

Abschluss

Ethash hat dazu beigetragen, die erste Ära der Existenz von Ethereum zu definieren – indem es Innovation, Sicherheit und Zugänglichkeit auf eine Weise in Einklang brachte, wie es nur wenige Algorithmen zuvor hatten. Es hat die ASIC-Zentralisierung erfolgreich verzögert, GPU-Miner gestärkt und die Integrität eines der weltweit größten dezentralen Netzwerke aufrechterhalten.

Während sich Ethereum inzwischen weiterentwickelt hat, lebt Ethash in anderen Blockchains weiter und gilt als bedeutender Meilenstein in der Entwicklung des Kryptowährungskonsenses.

Referenzen

1. Cryptominerbros. (o.J.). Was ist der Ethash-Algorithmus? https://www.cryptominerbros.com/blog/what-is-the-ethash-algorithm/

2. Ethereum.org. Arbeitsnachweis (Ethash). https://ethereum.org/en/developers/docs/consensus-mechanisms/pow/ethash/

3. Ethereum-Klassiker. https://ethereumclassic.org/

4. Metaverse DNA. https://mvs.org/

5. Expanse-Blockchain. https://expanse.tech/
   

6. Ellaismus. https://ellaism.org/

7. Ethereum Foundation – Die Fusion. https://ethereum.org/en/upgrades/merge/