Entender el proceso de minería de criptomonedas: mecanismo de funcionamiento y pasos

Temas principales

• La minería de criptomonedas se considera un proceso fundamental que garantiza la seguridad y la integridad de las redes blockchain, donde los mineros verifican y organizan las transacciones.
• El proceso de minería contribuye a la emisión de nuevas unidades monetarias dentro del ciclo económico de la moneda.
• La minería requiere el uso de una gran potencia informática, lo que refuerza la protección de la red contra posibles ataques.
• Los mineros agrupan las transacciones pendientes en bloques que se transmiten a la red, y al ser validadas, reciben recompensas.
• La viabilidad de la minería se ve afectada por varios factores, incluidos la eficiencia del equipo, los costos de energía, las fluctuaciones del mercado y los desarrollos en los protocolos.

¿Qué se entiende por el proceso de minería de criptomonedas?

Imagina un registro financiero global distribuido que incluya todas las transacciones de criptomonedas. La minería asegura la precisión y la confiabilidad de este registro. Los mineros utilizan computadoras avanzadas para resolver problemas matemáticos complejos ( criptográficos principalmente ) con el objetivo de organizar y validar las transacciones pendientes. El ganador de resolver el problema recibe una recompensa en efectivo.

La minería representa el proceso automático que garantiza la seguridad de Bitcoin y otras criptomonedas. A través de ella, se verifican las transacciones entre los usuarios y se añaden a los registros públicos de la cadena de bloques. La minería es un elemento crucial que permite a las redes de Bitcoin operar de manera descentralizada, es decir, sin una autoridad central que las controle.

La actividad de minería también contribuye a la generación de nuevas unidades monetarias. Aunque esto puede parecer similar a la impresión de dinero, la minería de criptomonedas se rige por protocolos de software estrictos que controlan todo el proceso y evitan la creación aleatoria de nuevas unidades. Estas reglas se aplican a través de una red de nodos distribuidos.

Para crear nuevas unidades monetarias, los mineros utilizan recursos computacionales para resolver acertijos criptográficos complejos. El primer minero que encuentra la solución obtiene la autorización para agregar un nuevo bloque de transacciones a la cadena de bloques y difundirlo a través de la red.

Mecanismo de funcionamiento de la minería de criptomonedas

la explicación breve

1. Agrupación de transacciones en bloques Cuando un usuario envía o recibe una criptomoneda, las transacciones pendientes se almacenan temporalmente en un “bloque” a la espera de confirmación.

2. Resolver el enigma por los mineros Los mineros utilizan computadoras para encontrar un número aleatorio especial llamado nonce (Nonce), y al combinarlo con la información del bloque, produce un valor inferior al objetivo establecido. Es similar a un boleto de lotería digital que contiene un rompecabezas.

3. Agregar el bloque a la cadena El primer minero que resuelva el enigma tiene derecho a añadir su bloque a la cadena de bloques. Los otros mineros verifican la validez del bloque.

4. Obtener recompensas El minero ganador recibe una recompensa que incluye monedas digitales recién creadas, además de las tarifas de transacción del bloque.

la explicación detallada

Cuando se realizan nuevas transacciones en la blockchain, se envían a un área de espera llamada memoria caché. Los nodos responsables de la verificación evalúan la validez de estas transacciones. El papel del minero es recopilar las transacciones pendientes y organizarlas en bloques. Cabe señalar que algunos mineros también operan nodos de verificación, pero son funciones técnicamente diferentes.

Un bloque representa una página del registro de la cadena de bloques que contiene múltiples transacciones y datos adicionales. Más específicamente, es responsabilidad del nodo minero recopilar transacciones no confirmadas de la memoria caché y agruparlas en un bloque candidato. El minero intenta convertir este bloque candidato en un bloque validado resolviendo una ecuación matemática compleja que requiere una gran potencia de cálculo. Al minar un bloque con éxito, el minero recibe una recompensa de bloque que incluye nuevas monedas digitales, además de las tarifas de transacción.

El primer paso: procesar transacciones en fragmentos

La primera etapa de la minería de bloques consiste en tomar las transacciones pendientes del grupo de memoria y procesarlas una por una utilizando una función hash. Cada vez que se pasan datos a través de la función hash, se producen salidas de longitud fija llamadas valor hash.

El valor del hash para cada transacción consiste en una serie de números y letras que actúan como un identificador único. Este valor refleja toda la información contenida en la transacción. Junto con el hash de cada transacción, el minero incluye una transacción especial a través de la cual se convierte en su propia recompensa de bloque. Esta transacción se conoce como transacción coinbase y es la que crea unidades monetarias completamente nuevas. Normalmente, esta transacción aparece primero en cualquier nuevo bloque, seguida de todas las transacciones pendientes.

El segundo paso: construir un árbol de Merkle

Después de que cada transacción se ha fragmentado, los valores de hash se organizan en una estructura conocida como árbol de Merkle ( o árbol de hash ). El árbol de Merkle se construye emparejando los valores de hash de las transacciones y luego hashándolos juntos. Las salidas del hash resultante se vuelven a fragmentar en pares, y el proceso se repite hasta que se alcanza un único valor de hash. Este valor final se llama hash raíz, y representa de manera concisa todos los valores de hash anteriores utilizados en su construcción.

El tercer paso: buscar el valor de hash correcto para el bloque

El valor del hash de bloque actúa como un identificador único para cada bloque. Al crear un nuevo bloque, los mineros combinan el hash del bloque anterior con el hash raíz del bloque candidato para producir un nuevo hash de bloque. También se debe añadir un número aleatorio llamado nonce. Así que cuando el minero intenta verificar su bloque candidato, combina el hash raíz, el hash del bloque anterior y el nonce y los pasa a través de la función hash. El objetivo es repetir esto hasta que pueda producir un hash válido.

Dado que el hash raíz y el hash del bloque anterior son fijos, los mineros deben ajustar el valor del nonce muchas veces hasta encontrar el hash adecuado. El resultado (hash del bloque) debe ser menor que un objetivo específico establecido por el protocolo. En el contexto de la minería de Bitcoin, el hash del bloque debe comenzar con un número específico de ceros: este objetivo se define como la dificultad de la minería.

El cuarto paso: publicar el bloque minado

Como hemos visto, los mineros deben hacer hashing de su bloque repetidamente utilizando diferentes valores de nonce hasta que encuentren el hash correcto. Cuando un minero encuentra un hash de bloque correcto, transmite este bloque a la red. Luego, todos los demás nodos verifican la validez del bloque, y si es válido, añaden el nuevo bloque a su copia de la cadena de bloques.

En esta etapa, el bloque candidato se convierte en un bloque confirmado, y todos los mineros pasan a minar el siguiente bloque. Los mineros que no encontraron un hash válido a tiempo abandonan su bloque candidato y la carrera comienza de nuevo.

Estado: Minando dos bloques al mismo tiempo

En raras ocasiones, los mineros pueden generar dos bloques válidos al mismo tiempo, lo que lleva a la red a enfrentar dos bloques en competencia. Todos los mineros comienzan a minar el siguiente bloque basado en cuál de los dos les llegó primero, lo que causa una división temporal de la red en dos versiones diferentes de la cadena de bloques.

La competencia entre los dos grupos continúa hasta que se mina el siguiente bloque en uno de ellos. Cuando aparece un nuevo bloque, se considera que el bloque anterior es el ganador. El bloque rechazado se llama bloque inválido o abandonado, lo que lleva a los mineros que eligieron esta rama a intentar nuevamente minar la cadena correcta.

Dificultad de minería: ajuste continuo

El protocolo ajusta la dificultad de la minería de manera regular para garantizar una tasa constante de producción de nuevos bloques, lo que a su vez conduce a la emisión de nuevas monedas de manera regular y predecible. El nivel de dificultad se ajusta de acuerdo con la potencia de cómputo total (tasa de hash) dedicada a la red.

A medida que se unen nuevos mineros y aumenta la competencia, la dificultad de la minería se eleva, lo que impide que el tiempo medio de bloque disminuya. Por el contrario, si un número de mineros abandona la red, la dificultad disminuye, lo que hace que la minería de un nuevo bloque sea más fácil. Estos ajustes mantienen la estabilidad del tiempo medio de bloque independientemente de la potencia total de hash de la red.

Los diferentes métodos de minería de criptomonedas

Existen varias formas diferentes de minar criptomonedas, que están en constante evolución con la aparición de nuevos equipos y algoritmos de consenso. Los mineros suelen depender de computadoras especializadas para resolver ecuaciones criptográficas complejas. Vamos a revisar las formas más comunes.

minería con unidades de procesamiento central (CPU)

La minería con CPU se limita al uso de la unidad central de procesamiento de una computadora normal para realizar las funciones de hash requeridas. En los primeros días de Bitcoin, los costos de minería eran bajos y las barreras muy pocas, y una unidad de procesamiento normal podía manejar la dificultad. Cualquiera podía intentar minar en ese momento.

Sin embargo, con la incorporación de más participantes y el aumento de la tasa de hash general, la minería rentable se ha vuelto mucho más difícil. Además, la aparición de equipos de minería avanzados con mayor potencia computacional ha hecho que la minería con CPU sea casi imposible. Hoy en día, la minería con CPU no se considera una opción práctica ya que todos los mineros utilizan equipos especializados.

minería con unidades de procesamiento gráfico (GPU)

Las unidades de procesamiento gráfico están diseñadas para manejar múltiples aplicaciones de manera simultánea. Aunque su uso principal está relacionado con los videojuegos y los gráficos por computadora, también son adecuadas para la minería. Las unidades de procesamiento gráfico tienen precios relativamente más bajos y más flexibilidad en comparación con el equipo de minería especializado. A pesar de su uso en la minería de algunas criptomonedas alternativas, su efectividad depende de la dificultad de la minería y del algoritmo utilizado.

minería con circuitos ASIC

Los circuitos integrados diseñados para la aplicación (ASIC) están destinados a realizar una función muy específica. En el contexto de las criptomonedas, se refiere a equipos especializados diseñados únicamente para la minería. La minería con ASIC se caracteriza por su alta eficiencia, pero es relativamente costosa. Dado que el equipo ASIC representa la cúspide de la tecnología, el costo por unidad es mucho más alto que el de una CPU o GPU. Además, el continuo desarrollo de la tecnología ASIC puede hacer que los modelos más antiguos se vuelvan rápidamente no rentables. Esto hace que la minería con ASIC sea uno de los métodos más costosos, pero el más efectivo y puede ser muy rentable cuando se aplica a gran escala.

Grupos de minería

Dado que la recompensa del bloque se otorga solo al primer minero exitoso, la probabilidad de minar el siguiente bloque por tu cuenta es muy baja. Los mineros con una pequeña participación de poder de minería tienen muy pocas probabilidades de ganar por sí solos.

Los grupos de minería ofrecen una solución a este problema. Son conjuntos de mineros que combinan recursos de minería (poder de hash) para aumentar la oportunidad de ganar recompensas de bloque. Cuando el grupo encuentra un bloque con éxito, los miembros del grupo comparten la recompensa según la cantidad de esfuerzo que cada uno haya contribuido.

Las agrupaciones pueden ofrecer beneficios a los mineros individuales en términos de costos de equipo y electricidad, pero su control sobre la minería plantea preocupaciones sobre la centralización y el riesgo de ataques dirigidos a controlar la red.

minería en la nube

En lugar de comprar equipos, los mineros alquilan potencia de cálculo de proveedores de servicios especializados en un modelo de minería en la nube. Es una forma simplificada de comenzar a minar, pero conlleva riesgos como el fraude o la disminución de las ganancias. Si decides probar la minería en la nube, asegúrate de elegir un proveedor con buena reputación.

Minería de Bitcoin: el caso más destacado

Bitcoin es el ejemplo más famoso y claro de criptomonedas que se pueden minar, y su minería se basa en un algoritmo de consenso llamado Prueba de Trabajo (PoW).

La prueba de trabajo es el mecanismo de consenso original de las cadenas de bloques que fue creado por Satoshi Nakamoto y presentado en el documento de Bitcoin en 2008. En resumen, la prueba de trabajo determina cómo la red de blockchain alcanza un consenso entre los participantes distribuidos sin un intermediario externo, al requerir inversiones masivas en energía y potencia computacional para disuadir a las entidades maliciosas.

Como hemos visto, las transacciones pendientes en la red de Bitcoin son organizadas y añadidas a bloques por mineros que compiten para resolver acertijos con equipos avanzados. El primer minero que llega a una solución correcta transmite su bloque en la blockchain y, si es aceptado por los nodos de verificación, recibe la recompensa del bloque.

El valor de las criptomonedas en la recompensa por bloque varía de una cadena de bloques a otra. En el caso de Bitcoin, los mineros pueden recibir 3.125 BTC como recompensa por bloque ( a partir de diciembre de 2024). Debido al mecanismo de halving de Bitcoin, la cantidad de BTC en la recompensa por bloque se reduce a la mitad cada 210,000 bloques ( aproximadamente cada cuatro años ).

¿La minería genera ganancias?

A pesar de que es posible obtener ingresos de la minería, requiere un estudio cuidadoso, gestión de riesgos e investigación profunda. Los riesgos incluyen los costos de los equipos, la volatilidad de los precios de las criptomonedas y las actualizaciones de protocolos. Los mineros suelen aplicar estrategias de gestión de riesgos al sopesar los costos y los beneficios potenciales.

La viabilidad de la minería depende de múltiples factores. Uno de ellos son las fluctuaciones en los precios de las criptomonedas. Cuando los precios suben, aumenta el valor de las recompensas recibidas. A la inversa, las ganancias disminuyen cuando los precios bajan.

La eficiencia del equipo de minería también afecta significativamente la rentabilidad. El equipo puede ser costoso, por lo que los mineros deben equilibrar sus costos con los ingresos esperados. Otro factor crítico son los costos de electricidad; si aumentan demasiado, pueden superar las ganancias potenciales y hacer que la minería no sea rentable.

Además, el equipo de minería puede necesitar actualizaciones periódicas ya que se vuelve obsoleto relativamente rápido. Si no tienes el presupuesto para actualizar tu hardware, podrías encontrar dificultades para competir.

Finalmente, podrían ocurrir grandes desarrollos protocolares. Por ejemplo, la reducción a la mitad de Bitcoin afecta la rentabilidad al reducir las recompensas a la mitad. En otros casos, un nuevo sistema de consenso podría reemplazar la minería. Por ejemplo, la red de Ethereum se trasladó completamente de prueba de trabajo a prueba de participación (PoS) en septiembre de 2022, lo que hizo que la minería fuera innecesaria.

Resumen

La minería representa un elemento fundamental para la red de Bitcoin y otras cadenas de bloques que utilizan mecanismos de prueba de trabajo, ya que mantiene la seguridad de la red y facilita la emisión regular de nuevas monedas.

La minería tiene pros y contras. Los principales beneficios son los ingresos potenciales de las recompensas por bloques. Sin embargo, las ganancias de la minería se ven afectadas por diversos factores, incluidos los costos de electricidad y los precios del mercado.

Por lo tanto, antes de comenzar a minar criptomonedas, debes investigar por tu cuenta y evaluar todos los riesgos asociados con esta actividad.