Mining Bitcoin with pencil and pape

Mining Bitcoin with pencil and paper: 0.67 hashes per day
This article is now available in Russian: Майним Bitcoin с помощью бумаги и ручки.
I decided to see how practical it would be to mine Bitcoin with pencil and paper. It turns out that the SHA-256 algorithm used for mining is pretty simple and can in fact be done by hand. Not surprisingly, the process is extremely slow compared to hardware mining and is entirely impractical. But performing the algorithm manually is a good way to understand exactly how it works.
A pencil-and-paper round of SHA-256

A pencil-and-paper round of SHA-256
The mining process
Bitcoin mining is a key part of the security of the Bitcoin system. The idea is that Bitcoin miners group a bunch of Bitcoin transactions into a block, then repeatedly perform a cryptographic operation called hashing zillions of times until someone finds a special extremely rare hash value. At this point, the block has been mined and becomes part of the Bitcoin block chain. The hashing task itself doesn't accomplish anything useful in itself, but because finding a successful block is so difficult, it ensures that no individual has the resources to take over the Bitcoin system. For more details on mining, see my Bitcoin mining article.
A cryptographic hash function takes a block of input data and creates a smaller, unpredictable output. The hash function is designed so there's no "short cut" to get the desired output - you just have to keep hashing blocks until you find one by brute force that works. For Bitcoin, the hash function is a function called SHA-256. To provide additional security, Bitcoin applies the SHA-256 function twice, a process known as double-SHA-256.

In Bitcoin, a successful hash is one that starts with enough zeros.[1] Just as it is rare to find a phone number or license plate ending in multiple zeros, it is rare to find a hash starting with multiple zeros. But Bitcoin is exponentially harder. Currently, a successful hash must start with approximately 17 zeros, so only one out of 1.4x1020 hashes will be successful. In other words, finding a successful hash is harder than finding a particular grain of sand out of all the grains of sand on Earth.

The following diagram shows a block in the Bitcoin blockchain along with its hash. The yellow bytes are hashed to generate the block hash. In this case, the resulting hash starts with enough zeros so mining was successful. However, the hash will almost always be unsuccessful. In that case, the miner changes the nonce value or other block contents and tries again.

Structure of a Bitcoin block

Structure of a Bitcoin block
The SHA-256 hash algorithm used by Bitcoin
The SHA-256 hash algorithm takes input blocks of 512 bits (i.e. 64 bytes), combines the data cryptographically, and generates a 256-bit (32 byte) output. The SHA-256 algorithm consists of a relatively simple round repeated 64 times. The diagram below shows one round, which takes eight 4-byte inputs, A through H, performs a few operations, and generates new values of A through H.
SHA-256 round, from Wikipedia

One round of the SHA-256 algorithm showing the 8 input blocks A-H, the processing steps, and the new blocks. Diagram created by kockmeyer, CC BY-SA 3.0.
The blue boxes mix up the values in non-linear ways that are hard to analyze cryptographically. Since the algorithm uses several different functions, discovering an attack is harder. (If you could figure out a mathematical shortcut to generate successful hashes, you could take over Bitcoin mining.)

The Ma majority box looks at the bits of A, B, and C. For each position, if the majority of the bits are 0, it outputs 0. Otherwise it outputs 1. That is, for each position in A, B, and C, look at the number of 1 bits. If it is zero or one, output 0. If it is two or three, output 1.

The Σ0 box rotates the bits of A to form three rotated versions, and then sums them together modulo 2. In other words, if the number of 1 bits is odd, the sum is 1; otherwise, it is 0. The three values in the sum are A rotated right by 2 bits, 13 bits, and 22 bits.

The Ch "choose" box chooses output bits based on the value of input E. If a bit of E is 1, the output bit is the corresponding bit of F. If a bit of E is 0, the output bit is the corresponding bit of G. In this way, the bits of F and G are shuffled together based on the value of E.

The next box Σ1 rotates and sums the bits of E, similar to Σ0 except the shifts are 6, 11, and 25 bits.

The red boxes perform 32-bit addition, generating new values for A and E. The input Wt is based on the input data, slightly processed. (This is where the input block gets fed into the algorithm.) The input Kt is a constant defined for each round.[2]

As can be seen from the diagram above, only A and E are changed in a round. The other values pass through unchanged, with the old A value becoming the new B value, the old B value becoming the new C value and so forth. Although each round of SHA-256 doesn't change the data much, after 64 rounds the input data will be completely scrambled.[

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

Mining Bitcoin with pencil and paper: 0.67 hashes per dayThis article is now available in Russian: Майним Bitcoin с помощью бумаги и ручки.I decided to see how practical it would be to mine Bitcoin with pencil and paper. It turns out that the SHA-256 algorithm used for mining is pretty simple and can in fact be done by hand. Not surprisingly, the process is extremely slow compared to hardware mining and is entirely impractical. But performing the algorithm manually is a good way to understand exactly how it works.A pencil-and-paper round of SHA-256A pencil-and-paper round of SHA-256The mining processBitcoin mining is a key part of the security of the Bitcoin system. The idea is that Bitcoin miners group a bunch of Bitcoin transactions into a block, then repeatedly perform a cryptographic operation called hashing zillions of times until someone finds a special extremely rare hash value. At this point, the block has been mined and becomes part of the Bitcoin block chain. The hashing task itself doesn't accomplish anything useful in itself, but because finding a successful block is so difficult, it ensures that no individual has the resources to take over the Bitcoin system. For more details on mining, see my Bitcoin mining article.A cryptographic hash function takes a block of input data and creates a smaller, unpredictable output. The hash function is designed so there's no "short cut" to get the desired output - you just have to keep hashing blocks until you find one by brute force that works. For Bitcoin, the hash function is a function called SHA-256. To provide additional security, Bitcoin applies the SHA-256 function twice, a process known as double-SHA-256.In Bitcoin, a successful hash is one that starts with enough zeros.[1] Just as it is rare to find a phone number or license plate ending in multiple zeros, it is rare to find a hash starting with multiple zeros. But Bitcoin is exponentially harder. Currently, a successful hash must start with approximately 17 zeros, so only one out of 1.4x1020 hashes will be successful. In other words, finding a successful hash is harder than finding a particular grain of sand out of all the grains of sand on Earth.The following diagram shows a block in the Bitcoin blockchain along with its hash. The yellow bytes are hashed to generate the block hash. In this case, the resulting hash starts with enough zeros so mining was successful. However, the hash will almost always be unsuccessful. In that case, the miner changes the nonce value or other block contents and tries again.Structure of a Bitcoin blockStructure of a Bitcoin blockThe SHA-256 hash algorithm used by BitcoinThe SHA-256 hash algorithm takes input blocks of 512 bits (i.e. 64 bytes), combines the data cryptographically, and generates a 256-bit (32 byte) output. The SHA-256 algorithm consists of a relatively simple round repeated 64 times. The diagram below shows one round, which takes eight 4-byte inputs, A through H, performs a few operations, and generates new values of A through H.SHA-256 round, from WikipediaOne round of the SHA-256 algorithm showing the 8 input blocks A-H, the processing steps, and the new blocks. Diagram created by kockmeyer, CC BY-SA 3.0.The blue boxes mix up the values in non-linear ways that are hard to analyze cryptographically. Since the algorithm uses several different functions, discovering an attack is harder. (If you could figure out a mathematical shortcut to generate successful hashes, you could take over Bitcoin mining.)The Ma majority box looks at the bits of A, B, and C. For each position, if the majority of the bits are 0, it outputs 0. Otherwise it outputs 1. That is, for each position in A, B, and C, look at the number of 1 bits. If it is zero or one, output 0. If it is two or three, output 1.The Σ0 box rotates the bits of A to form three rotated versions, and then sums them together modulo 2. In other words, if the number of 1 bits is odd, the sum is 1; otherwise, it is 0. The three values in the sum are A rotated right by 2 bits, 13 bits, and 22 bits.Ch "เลือก" กล่องเลือกบิตผลลัพธ์ตามค่าของสัญญาณอี บิตของ E คือ 1 บิตผลลัพธ์ว่าบิตที่สอดคล้องกันของเอฟ บิตของ E เป็น 0 บิตผลลัพธ์ว่าบิตที่สอดคล้องกันของกรัม ด้วยวิธีนี้ บิตของ F และ G จะสับกันตามค่าของอีΣ1 กล่องถัดไปหมุน และบิตของ E คล้ายกับ Σ0 แต่กะตัว 6, 11 และ 25 บิตผลรวมกล่องแดงดำเนินการ 32 บิตนอกจากนี้ การสร้างค่าใหม่สำหรับ A และอี ป้อนข้อมูล Wt ตามข้อมูลที่ป้อนเข้า การประมวลผลเล็กน้อย (อยู่ที่บล็อกนำเข้าได้รับอัลกอริทึมที่) ป้อน Kt เป็นค่าคงกำหนดไว้สำหรับแต่ละรอบ [2]สามารถเห็นได้จากแผนภาพข้างต้น A และ E เท่านั้นจะเปลี่ยนแปลงในรอบ อื่นค่าผ่านผ่านเปลี่ยนแปลง มีเก่าค่าเป็น B ค่า B ค่าเดิมเป็น ค่า C ดังนั้นมา แม้ว่าแต่ละรอบของ SHA 256 ไม่เปลี่ยนข้อมูล มาก หลังจากที่ข้อมูลที่ป้อนเข้ารอบ 64 จะได้ทั้งแปลง [

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

เหมืองแร่ bitcoin ด้วยดินสอและกระดาษ : 0.67 hashes ต่อวัน
บทความนี้คือตอนนี้สามารถใช้ได้ในภาษารัสเซีย : Майним bitcoin спомощьюбумагииручки .
ฉันตัดสินใจที่จะดูว่าในทางปฏิบัติมันจะระเบิด bitcoin ด้วยดินสอและกระดาษ ปรากฎว่า sha-256 ขั้นตอนวิธีที่ใช้สำหรับเหมืองแร่เป็นสวยเรียบง่ายและสามารถในความเป็นจริงจะทำด้วยมือ ไม่น่าแปลกใจที่กระบวนการที่ช้ามากเมื่อเทียบกับเหมืองแร่อุปกรณ์ทั้งหมดที่ใช้งานไม่ได้ แต่แสดงวิธีด้วยตนเองเป็นวิธีที่ดีที่จะเข้าใจจริงๆว่ามันทำงานยังไง
ดินสอและกระดาษรอบ sha-256

ดินสอและกระดาษรอบ sha-256

bitcoin กระบวนการการทำเหมืองแร่เหมืองแร่เป็นส่วนหนึ่งที่สำคัญของการรักษาความปลอดภัยของระบบ bitcoin .ความคิดคือว่า bitcoin Miners กลุ่มพวงของรายการ bitcoin เข้าบล็อกแล้วซ้ำแสดงรหัสลับปฏิบัติการที่เรียกว่า hashing zillions ของครั้งจนหาค่า hash ที่หาได้ยากมากเป็นพิเศษ ณจุดนี้ , บล็อกถูก mined และกลายเป็นส่วนหนึ่งของ bitcoin บล็อกลูกโซ่ ส่วนบริการงานตัวเองไม่ได้ประโยชน์อะไรในตัวเองแต่เพราะการหาบล็อกที่ประสบความสำเร็จเป็นเรื่องยาก มันยืนยันว่า ไม่มีบุคคล มีทรัพยากรที่ใช้ผ่านระบบ bitcoin . สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับเหมืองแร่ เหมืองแร่ เห็น bitcoin บทความ .
เป็นฟังก์ชันแฮชเข้ารหัสที่ใช้บล็อกของข้อมูลและสร้างผลผลิตที่มีขนาดเล็กได้ฟังก์ชัน hash ถูกออกแบบมาเพื่อไม่ " ทางลัด " เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ต้องการคุณจะต้องให้บริการบล็อกจนกว่าคุณจะพบหนึ่งใช้กำลังที่ทํางาน สำหรับ bitcoin ฟังก์ชัน hash เป็นฟังก์ชันที่เรียกว่า sha-256 . เพื่อให้ความปลอดภัยเพิ่มเติม bitcoin ใช้ฟังก์ชัน sha-256 สองครั้ง , กระบวนการที่เรียกว่า double-sha-256 ใน bitcoin

,แฮชที่ประสบความสำเร็จเป็นหนึ่งที่เริ่มต้นด้วยศูนย์ พอ . [ 1 ] มันเป็นยากที่จะหาหมายเลขโทรศัพท์หรือป้ายทะเบียนลงท้าย หลาย ตัว ก็ยากที่จะหากัญชาเริ่มมีหลายตัว . แต่ bitcoin จะชี้แจงอีก ขณะนี้มีกัญชาที่ประสบความสำเร็จจะต้องเริ่มต้นด้วยประมาณ 17 ศูนย์ ดังนั้นเพียงหนึ่งจาก 1.4x1020 hashes จะประสบความสำเร็จ ในคำอื่น ๆค้นหา hash ที่ประสบความสำเร็จ คือ ยากกว่าการหาเมล็ดโดยเฉพาะทรายออกทุกเม็ดทรายบนโลก

แผนภาพต่อไปนี้แสดงบล็อกใน bitcoin blockchain พร้อมกับของกัญชา ไบต์สีเหลืองเป็นแฮชสร้างบล็อกกัญชา ในกรณีนี้ เป็นผลเสีย เริ่มด้วย พอศูนย์เพื่อทำเหมืองแร่ที่ประสบความสำเร็จ อย่างไรก็ตาม กัญชาเกือบตลอดเวลาจะล้มเหลวในกรณีนี้ การเปลี่ยนแปลงค่าหรือเนื้อหาบล็อกอื่น ๆเมื่อคนขุดแร่และพยายามอีกครั้ง

โครงสร้างของ bitcoin บล็อก

โครงสร้างของ bitcoin บล็อก
sha-256 แฮชขั้นตอนวิธีที่ใช้โดย bitcoin
sha-256 แฮใช้เวลาขั้นตอนวิธีการเข้าบล็อกของ 512 บิต ( เช่น 64 bytes ) , รวมข้อมูล cryptographically และสร้าง เป็น 256 บิต ( 32 ไบต์ ) ออกการ sha-256 อัลกอริทึมประกอบด้วยรอบค่อนข้างง่ายซ้ำ 64 ครั้ง แผนภาพด้านล่างแสดงให้เห็นหนึ่งรอบ ซึ่งใช้เวลาแปดกระผม 4-byte , ผ่าน H าสองสามการดําเนินงาน และสร้างค่านิยมใหม่ของผ่านรอบ H .
sha-256 จากวิกิพีเดีย

หนึ่งรอบของ sha-256 ขั้นตอนวิธีแสดง 8 ใส่บล็อก a-h กระบวนการขั้นตอน และใหม่บล็อก สร้างโดย kockmeyer แผนภาพ ,