Mineração de criptomoedas¶

Este formulário tem como objetivo compreender melhor o seu nível de aprendizagem neste momento do curso. As respostas nos ajudarão a aprimorar as ferramentas e estratégias de ensino utilizadas na sua formação.

mineradores A mineração surgiu com o Bitcoin, criado por Satoshi Nakamoto em 2008. A proposta era descentralizar o controle do dinheiro, permitindo que qualquer pessoa pudesse participar da validação das transações em uma rede pública.

A validação é feita por meio de um algoritmo de consenso chamado Proof of Work (PoW). A PoW exige que os nós da rede (os mineradores) resolvam um problema matemático difícil — e quem resolve primeiro, tem o direito de adicionar um novo bloco à blockchain e receber uma recompensa.

Essa “prova” é feita através de um processo chamado de hashing, e no caso do Bitcoin, utiliza o algoritmo SHA-256.

O que é SHA-256¶

SHA-256 é parte da família de funções de hash SHA-2, desenvolvida pela Agência de Segurança Nacional dos Estados Unidos (NSA) em 2001.
SHA significa Secure Hash Algorithm.

Características principais:¶

Gera uma saída de 256 bits (64 caracteres hexadecimais)
É uma função determinística: mesma entrada, mesma saída
É unidirecional: não dá para "voltar" da saída para a entrada
Pequenas mudanças na entrada resultam em mudanças drásticas na saída (efeito avalanche)
Altamente sensível à colisões (duas entradas diferentes que dão a mesma saída são indesejáveis)

Como o SHA-256 funciona?¶

SHA-256 funciona em blocos de 512 bits de entrada, que passam por várias etapas:

Pré-processamento:
Padding: a mensagem é estendida até múltiplos de 512 bits.
Parsing: a mensagem é dividida em blocos de 512 bits.
Inicialização: 8 variáveis de 32 bits com constantes iniciais (derivadas da raiz quadrada dos primeiros 8 primos).
Função de compressão:
Cada bloco de 512 bits passa por 64 rodadas de operações bit a bit (AND, OR, XOR, ROTR, etc).
Usa uma tabela de 64 constantes (derivadas da raiz cúbica dos primeiros 64 primos).
A cada rodada, as variáveis são atualizadas com funções não lineares.
Concatenação final:
Após todos os blocos processados, os 8 valores de 32 bits são concatenados e formam o hash final de 256 bits.

Mineração com SHA-256: o que acontece?¶

O minerador tenta encontrar um valor chamado nonce que, quando combinado com o cabeçalho do bloco e passado pelo SHA-256 duas vezes (double SHA-256), resulta em um hash menor que o alvo definido pela dificuldade da rede.

Ou seja, o minerador está basicamente tentando encontrar um número (nonce) que leve o hash a começar com N zeros.

Por que é um problema de HPC?¶

A mineração é um problema de busca exaustiva. Os mineradores testam bilhões de nonces por segundo. A performance da mineração depende da capacidade de realizar SHA-256 o mais rápido possível.

Por trás da idéia de "minerar bitcoins", existe um problema computacional intensivo, cuja solução depende de capacidade de processamento, eficiência do código e uso inteligente dos recursos de hardware.

Então, o que a mineração tem a ver com HPC?

Simples: a mineração de criptomoedas é um problema clássico de HPC moderno, por envolver:

Busca exaustiva de soluções (nonces)

Processamento paralelo de dados

Uso de algoritmos de hash otimizados (SHA-256)

Aproveitamento de CPU, GPU e clusters

para entender com mais detalhes como SHA-256 se relaciona com um sistema de criptomoedas, assista o vídeo. Vamos ao projeto...

Acesse o seu repositório do projeto via GitHub Classromm

Projeto - Minerador de Hashes¶

Este projeto é um minerador de hashes em C++ que simula um processo de proof-of-work usado na mineração de criptomoedas. O código permite a busca de um hash válida a partir de transações lidas de arquivos e a tentativa de encontrar um nonce correto para gerar um hash que atenda a um critério de dificuldade.

No repositório tem três implementações prontas:

Um minerador sequencial de transações síncronas
Um gerador de transações síncronas, com 30 transações fixas.
Um gerador de transações assíncronas, com quantidade e intervalo de transações aleatórios.

Para executar o gerador de transações síncronas:¶

Se você estiver em um ambiente HPC, carregue os módulos

# Se estiver no SDumont
module load gcc/12.4.0_sequana

Compile o código e gere o binário:

 g++ sync_generator.cpp -o sync_generator -lssl -lcrypto

Execute o binário:

./sync_generator

Você deve ter uma saída parecida com essa:

O conteúdo de cada bloco é:

ID: tx_1
Timestamp: 2025-03-28 11:24:55
Conteúdo: txcVfYs819MPNETO9zPS
Hash: 435a03ab073f14a6f80591affbfde6b98d1945de0749e633f1e2c9ff34f8b06d
...
...
...
ID: tx_30
Timestamp: 2025-03-28 11:24:55
Conteúdo: w5sNqOPnBNm4iwnQeXS3
Hash: c96958b686b92597528f3666e56963b62194a4bdaa2ecee3329f4f6c47fb577c

Para o gerador de transações assíncronas, siga o mesmo processo com o código async_generator.cpp¶

Para realizar a mineração sequêncial¶

Garanta que os módulos estão carregados:

# Se estiver no SDumont
module load gcc/12.4.0_sequana

Compile o código e gere o binário:

g++ miner_sync_seq.cpp -o miner_sync_seq -lssl -lcrypto

Execute o binário via srun, o comando abaixo solicita ao slurm:

1 CPU,
1 tarefa por CPU,
por 20 minutos (tempo máximo disponível na fila sequana_cpu_dev),
salva o output em miner_seq_4_código_do_job
Executa o miner_seq com 4 zeros a esquerda

time srun   --partition=sequana_cpu_dev   --nodes=1   --ntasks-per-node=1   --time=00:20:00  --output=miner_seq_5_%j   .
/miner_seq 4

Você deve ver algo parecido com:

E dentro do arquivo de output:

Se você der o comando no terminal do SDumont:

sacctmgr list user $USER -s format=partition%20,MaxJobs,MaxSubmit,MaxNodes,MaxCPUs,MaxWall

Terá acesso aos recursos habilitados para uso com o seu login:

Critérios de Avaliação¶

Rubrica D¶

Executa o código minerador síncrono, no cluster Franky
- Com dificuldade 5 zeros, com pelo menos 5 gerações diferentes de sync_gen
Gera relatório com explicação, tempo de execução e recursos SLURM utilizados

Rubrica D+¶

Cumpre todos os requisitos da Rubrica D
Com dificuldade 7 zeros , com pelo menos 5 gerações diferentes de sync_gen
Gera relatório com explicação, tempo de execução e recursos SLURM utilizados

Rúbrica C¶

Executa o código minerador assíncrono, no cluster SDumont
Com dificuldade 5 zeros, com pelo menos 5 gerações diferentes de async_gen
Gera relatório com explicação, tempos de execução e recursos SLURM utilizados

Rubrica B¶

Executa o código minerador assíncrono, no cluster SDumont
Com dificuldade 6 zeros, com pelo menos 5 gerações diferentes de async_gen
Usa pelo pelo menos uma estratégia de otimização em CPU (MPI e OpenMP) no código.
Gera relatório com explicação, tempos de execução e recursos SLURM utilizados
Explica diferenças de execução, desempenho e configurações entre os ambientes

Rubrica B+¶

Cumpre todos os requisitos da Rubrica B
Usa as duas estratégias de otimização, MPI e OpenMP

Rubrica A¶

Executa o código minerador assíncrono, no cluster SDumont
Com dificuldade 7 zeros, com pelo menos 5 gerações diferentes de async_gen
Realiza a mineração em GPU.
Gera relatório com explicação, tempos de execução e recursos SLURM utilizados
Explica diferenças de execução, desempenho e configurações entre os ambientes

Rubrica A+¶

Cumpre todos os requisitos da Rubrica A
Usa uma estratégia de otimização híbrida, partes do código paralelizado em CPU, partes do código em GPU.
Apresenta análise comparativa completa entre as estratégias de otimização, ambientes e arquiteturas.

📌 Entregáveis¶

GitHub-Classroom contendo:

Implementações
Scripts SLURM utilizados
Evidências (prints, logs, etc..)
Relatório técnico contendo:
- Explicação do funcionamento do código
- Tempo de execução
- Estratégias computacionais utilizadas (CPU/GPU, etc.)
- Discussão sobre os recursos solicitados via SLURM
- Comparação entre ambientes

A entrega do projeto está para as 23h59 de 06/06