Hiểu quy trình khai thác tiền điện tử: Cơ chế hoạt động và các bước

Các điểm chính

• Việc khai thác tiền điện tử được coi là một quá trình cơ bản đảm bảo an toàn và bảo mật cho các mạng blockchain, trong đó các thợ đào xác minh và sắp xếp các giao dịch.
• Quá trình khai thác góp phần phát hành các đơn vị tiền tệ mới trong chu trình kinh tế của đồng tiền.
• Việc khai thác đòi hỏi sử dụng sức mạnh tính toán khổng lồ, điều này củng cố bảo vệ mạng chống lại các cuộc tấn công tiềm tàng.
• Các thợ mỏ thu thập các giao dịch chưa được xác nhận vào các khối được phát trên mạng, và khi được xác thực, họ nhận được phần thưởng.
• Tính khả thi của việc khai thác bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm hiệu suất của thiết bị, chi phí năng lượng, biến động thị trường và các phát triển theo giao thức.

Khái niệm về quá trình khai thác tiền điện tử là gì?

Hãy tưởng tượng một sổ cái tài chính toàn cầu phân tán, trong đó liệt kê tất cả các giao dịch tiền điện tử. Việc khai thác đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy của sổ cái này. Các thợ đào sử dụng thiết bị máy tính tiên tiến để giải quyết các vấn đề toán học phức tạp (mã hóa chủ yếu ) với mục đích tổ chức và xác thực các giao dịch đang chờ xử lý. Người chiến thắng trong việc giải quyết vấn đề sẽ nhận được phần thưởng tiền tệ.

Quá trình khai thác tự động đảm bảo an toàn cho Bitcoin và các loại tiền điện tử khác. Qua đó, các giao dịch giữa người dùng được xác minh và thêm vào sổ cái công khai của chuỗi khối. Khai thác được coi là một yếu tố quan trọng giúp mạng lưới Bitcoin hoạt động theo cách phi tập trung, tức là không có cơ quan trung ương nào kiểm soát.

Hoạt động khai thác cũng góp phần vào việc tạo ra các đơn vị tiền tệ mới. Mặc dù điều này có vẻ giống như việc in tiền, nhưng khai thác tiền điện tử tuân thủ các giao thức phần mềm nghiêm ngặt điều khiển toàn bộ quá trình và ngăn chặn việc tạo ra ngẫu nhiên các đơn vị mới. Những quy tắc này được áp dụng thông qua mạng lưới các nút phân tán.

Để tạo ra các đơn vị tiền tệ mới, các thợ mỏ sử dụng tài nguyên máy tính để giải các câu đố mã hóa phức tạp. Thợ mỏ đầu tiên tìm ra giải pháp sẽ có quyền thêm một khối giao dịch mới vào chuỗi blockchain và phát nó qua mạng.

Cơ chế hoạt động của việc khai thác tiền điện tử

Giải thích ngắn gọn

1. Tập hợp các giao dịch trong khối Khi một người dùng gửi hoặc nhận tiền điện tử, các giao dịch treo sẽ được lưu trữ tạm thời trong một “khối” chờ xác nhận.

2. Giải đố bởi các thợ mỏ Các thợ mỏ sử dụng máy tính để tìm một số ngẫu nhiên đặc biệt gọi là nonce (Nonce), và khi kết hợp với thông tin khối sẽ tạo ra một giá trị nhỏ hơn mục tiêu đã xác định. Nó giống như một vé số kỹ thuật số chứa một câu đố.

3. Thêm khối vào chuỗi Thợ đào đầu tiên giải được câu đố sẽ được quyền thêm khối của mình vào chuỗi blockchain. Các thợ đào khác sẽ xác minh tính hợp lệ của khối.

4. Nhận thưởng Thợ mỏ chiến thắng nhận được phần thưởng bao gồm các đồng tiền kỹ thuật số mới được tạo ra cùng với phí giao dịch từ khối.

giải thích chi tiết

Khi các giao dịch mới được thực hiện trên blockchain, chúng được gửi đến một khu vực chờ gọi là bộ nhớ tạm. Các nút chịu trách nhiệm xác minh đánh giá tính hợp lệ của các giao dịch này. Vai trò của thợ mỏ là tập hợp các giao dịch đang chờ xử lý và sắp xếp chúng thành các khối. Cần lưu ý rằng một số thợ mỏ cũng vận hành các nút xác minh, nhưng đây là hai chức năng khác nhau về mặt kỹ thuật.

Khối đại diện cho một trang trong sổ ghi chép của chuỗi blockchain chứa nhiều giao dịch và dữ liệu bổ sung. Cụ thể hơn, trách nhiệm của nút khai thác là thu thập các giao dịch chưa được xác nhận từ bộ nhớ tạm và tập hợp chúng thành một khối ứng cử. Thợ mỏ cố gắng chuyển đổi khối ứng cử này thành một khối đã được xác thực bằng cách giải một phương trình toán học phức tạp đòi hỏi sức mạnh tính toán lớn. Khi khai thác thành công một khối, thợ mỏ nhận được phần thưởng khối bao gồm các đồng tiền điện tử mới cũng như phí giao dịch.

Bước đầu tiên: Xử lý các giao dịch phân đoạn

Giai đoạn đầu tiên của việc khai thác khối là lấy các giao dịch đang chờ xử lý từ bộ nhớ tạm và xử lý chúng từng cái một bằng cách sử dụng hàm băm. Mỗi khi dữ liệu được truyền qua hàm băm, nó sẽ tạo ra các đầu ra có độ dài xác định được gọi là giá trị băm.

Giá trị băm cho mỗi giao dịch bao gồm một chuỗi các số và ký tự hoạt động như một định danh duy nhất. Giá trị này phản ánh tất cả thông tin có trong giao dịch. Song song với việc băm mỗi giao dịch, thợ đào sẽ thêm vào một giao dịch đặc biệt mà qua đó họ chuyển cho mình phần thưởng khối. Giao dịch này được gọi là giao dịch coinbase và nó tạo ra các đơn vị tiền tệ hoàn toàn mới. Giao dịch này thường xuất hiện đầu tiên trong bất kỳ khối mới nào, tiếp theo là tất cả các giao dịch đang chờ xử lý.

Bước thứ hai: Xây dựng cây Merkle

Sau khi phân tách mỗi giao dịch, các giá trị băm được sắp xếp trong một cấu trúc được gọi là cây Merkle ( hoặc cây băm ). Cây Merkle được xây dựng bằng cách sắp xếp các giá trị băm của các giao dịch theo cặp và sau đó băm chúng lại với nhau. Các đầu ra băm thu được lại được phân tách thành cặp, và quá trình này lặp lại cho đến khi đạt được một giá trị băm duy nhất. Giá trị cuối cùng này được gọi là băm gốc, và nó đại diện một cách ngắn gọn cho tất cả các giá trị băm trước đó được sử dụng để xây dựng nó.

Bước ba: Tìm giá trị băm đúng cho khối

Giá trị băm của khối hoạt động như một định danh duy nhất cho mỗi khối. Khi tạo một khối mới, các thợ mỏ kết hợp băm của khối trước với băm gốc của khối đề xuất để tạo ra băm của khối mới. Một số ngẫu nhiên được gọi là nonce cũng phải được thêm vào. Vì vậy, khi thợ mỏ cố gắng xác minh khối đề xuất của mình, họ kết hợp băm gốc, băm của khối trước và nonce và truyền nó qua hàm băm. Mục tiêu là lặp lại điều này cho đến khi họ có thể sản xuất một băm hợp lệ.

Vì việc băm gốc và băm khối trước đó là cố định, các thợ mỏ phải điều chỉnh giá trị nonce nhiều lần cho đến khi họ tìm thấy băm phù hợp. Kết quả phải là (băm khối) nhỏ hơn một mục tiêu nhất định được quy định bởi giao thức. Trong bối cảnh khai thác Bitcoin, băm khối phải bắt đầu bằng một số lượng nhất định các số 0 — mục tiêu này được định nghĩa là độ khó khai thác.

Bước thứ tư: Phát hành khối đã được khai thác

Như chúng ta đã thấy, các thợ đào phải băm khối của họ nhiều lần bằng cách sử dụng các giá trị nonce khác nhau cho đến khi họ tìm thấy băm đúng. Khi thợ đào tìm thấy băm khối đúng, họ phát tán khối này lên mạng. Sau đó, tất cả các nút khác xác minh tính hợp lệ của khối, và nếu nó hợp lệ, họ thêm khối mới vào bản sao của họ của chuỗi blockchain.

Khối được đề cử trong giai đoạn này sẽ chuyển thành khối đã xác nhận, và tất cả các thợ mỏ sẽ chuyển sang khai thác khối tiếp theo. Các thợ mỏ không tìm thấy dấu băm đúng trong thời gian quy định sẽ từ bỏ khối đề cử của họ và cuộc đua sẽ bắt đầu lại.

Tình trạng: Đào hai khối cùng một lúc

Trong những trường hợp hiếm hoi, các thợ đào có thể phát tán hai khối hợp lệ cùng một lúc, khiến cho mạng lưới phải đối mặt với hai khối cạnh tranh. Tất cả các thợ đào bắt đầu khai thác khối tiếp theo dựa trên khối nào đến trước, điều này tạm thời gây ra sự phân tách mạng lưới thành hai phiên bản khác nhau của blockchain.

Cuộc cạnh tranh giữa hai khối vẫn tiếp tục cho đến khi khối tiếp theo được khai thác trên một trong hai khối. Khi một khối mới xuất hiện, khối trước đó được coi là khối chiến thắng. Khối bị từ chối được gọi là khối không hợp lệ hoặc bị bỏ qua, điều này khiến các thợ mỏ đã chọn nhánh này phải cố gắng khai thác lại chuỗi đúng.

Độ khó khai thác: Điều chỉnh liên tục

Giao thức điều chỉnh độ khó khai thác một cách thường xuyên để đảm bảo tỷ lệ sản xuất các khối mới ổn định, từ đó dẫn đến việc phát hành các đồng tiền mới theo một quy tắc đều đặn và có thể dự đoán được. Mức độ khó được điều chỉnh phù hợp với tổng sức mạnh tính toán ( tỷ lệ băm ) được dành cho mạng.

Càng có nhiều thợ đào mới tham gia và cạnh tranh gia tăng, độ khó khai thác sẽ tăng lên, điều này ngăn cản việc giảm thời gian trung bình của khối. Ngược lại, nếu một số thợ đào rời bỏ mạng lưới, độ khó sẽ giảm, khiến việc khai thác một khối mới trở nên dễ dàng hơn. Những điều chỉnh này giữ cho thời gian trung bình của khối ổn định bất kể tổng sức mạnh khai thác của mạng.

Các phương pháp khác nhau để khai thác tiền điện tử

Có nhiều cách khác nhau để khai thác tiền điện tử, và chúng đang phát triển liên tục với sự xuất hiện của các thiết bị và thuật toán đồng thuận mới. Các thợ mỏ thường dựa vào máy tính chuyên dụng để giải quyết các phương trình mã hóa phức tạp. Hãy cùng điểm qua những phương pháp phổ biến nhất.

Khai thác bằng CPU (CPU)

Việc khai thác bằng CPU chỉ sử dụng bộ vi xử lý của một máy tính thông thường để thực hiện các hàm băm cần thiết. Trong những ngày đầu của Bitcoin, chi phí khai thác thấp và rào cản rất ít, bộ xử lý thông thường có thể xử lý độ khó. Bất kỳ ai cũng có thể thử khai thác trong khoảng thời gian đó.

Tuy nhiên, với sự tham gia của nhiều người hơn và tỷ lệ băm chung tăng lên, việc khai thác có lợi nhuận trở nên khó khăn hơn nhiều. Hơn nữa, sự xuất hiện của thiết bị khai thác tiên tiến với sức mạnh tính toán cao đã làm cho việc khai thác bằng CPU gần như trở nên không thể. Ngày nay, khai thác bằng CPU không còn được coi là một lựa chọn thực tế vì tất cả các thợ mỏ đều sử dụng thiết bị chuyên dụng.

khai thác bằng đơn vị xử lý đồ họa (GPU)

Các đơn vị xử lý đồ họa được thiết kế để xử lý nhiều ứng dụng đồng thời. Mặc dù việc sử dụng chính của chúng liên quan đến trò chơi video và đồ họa máy tính, nhưng chúng cũng phù hợp cho việc khai thác. Các đơn vị xử lý đồ họa có giá cả tương đối thấp hơn và linh hoạt hơn so với thiết bị khai thác chuyên dụng. Mặc dù được sử dụng để khai thác một số loại tiền tệ thay thế, nhưng hiệu quả của chúng phụ thuộc vào độ khó khai thác và thuật toán được sử dụng.

khai thác bằng mạch ASIC

Các mạch tích hợp đặc biệt cho ứng dụng (ASIC) được thiết kế để thực hiện một chức năng rất cụ thể. Trong bối cảnh tiền điện tử, điều này ám chỉ đến thiết bị chuyên dụng chỉ được thiết kế cho việc khai thác. Khai thác bằng ASIC có hiệu suất cao, nhưng tương đối đắt đỏ. Vì thiết bị ASIC đại diện cho đỉnh cao của công nghệ, chi phí cho mỗi đơn vị cao hơn nhiều so với CPU hoặc GPU. Hơn nữa, sự phát triển liên tục của công nghệ ASIC có thể khiến các mẫu cũ nhanh chóng trở nên không có lãi. Điều này làm cho việc khai thác bằng ASIC trở thành một trong những phương pháp tốn kém nhất, nhưng nó là hiệu quả nhất và có thể rất sinh lợi khi được áp dụng trên quy mô lớn.

Các nhóm khai thác

Vì phần thưởng khối chỉ được trao cho thợ mỏ đầu tiên thành công, khả năng khai thác khối tiếp theo một mình là rất thấp. Các thợ mỏ có tỷ lệ nhỏ trong sức mạnh khai thác có cơ hội rất nhỏ để thắng một mình.

Các nhóm khai thác cung cấp giải pháp cho vấn đề này. Đây là những nhóm thợ mỏ tập hợp tài nguyên khai thác ( sức mạnh băm ) để tăng cơ hội nhận phần thưởng khối. Khi nhóm tìm thấy một khối thành công, các thành viên trong nhóm sẽ chia sẻ phần thưởng dựa trên mức độ đóng góp của mỗi người.

Các mỏ có thể cung cấp lợi ích cho các thợ đào cá nhân về chi phí thiết bị và điện, nhưng sự kiểm soát của chúng đối với việc khai thác gây ra lo ngại về tính tập trung và nguy cơ tấn công nhằm kiểm soát mạng lưới.

đào tạo đám mây

Thay vì mua thiết bị, các thợ mỏ trong mô hình khai thác đám mây thuê sức mạnh tính toán từ các nhà cung cấp dịch vụ chuyên biệt. Đây là một cách đơn giản để bắt đầu khai thác, nhưng nó có những rủi ro như gian lận hoặc giảm lợi nhuận. Nếu bạn quyết định thử khai thác đám mây, hãy chắc chắn chọn một nhà cung cấp có uy tín.

Khai thác Bitcoin: Trường hợp nổi bật nhất

Bitcoin là ví dụ nổi bật và rõ ràng nhất về các loại tiền tệ kỹ thuật số có thể khai thác, và việc khai thác của nó dựa trên một thuật toán đồng thuận gọi là Proof of Work (PoW).

Bằng chứng công việc là cơ chế đồng thuận gốc của các chuỗi blockchain được tạo ra bởi Satoshi Nakamoto và được trình bày trong tài liệu nghiên cứu về Bitcoin năm 2008. Tóm lại, bằng chứng công việc xác định cách mà mạng blockchain đạt được sự đồng thuận giữa các người tham gia phân tán mà không cần một trung gian bên ngoài, thông qua việc yêu cầu đầu tư lớn vào năng lượng và sức mạnh tính toán để ngăn chặn các bên có hại.

Như chúng ta đã thấy, các giao dịch chưa xác nhận trên mạng Bitcoin được tổ chức và thêm vào các khối bởi các thợ mỏ cạnh tranh để giải các câu đố bằng thiết bị tiên tiến. Thợ mỏ đầu tiên đạt được lời giải đúng sẽ phát tán khối của mình lên blockchain, và nếu nó được các nút xác thực chấp nhận, sẽ nhận được phần thưởng khối.

Giá trị của các đồng tiền kỹ thuật số trong phần thưởng khối khác nhau từ chuỗi blockchain này sang chuỗi khác. Trong trường hợp của Bitcoin, các thợ mỏ có thể nhận 3.125 BTC làm phần thưởng khối ( tính từ tháng 12 năm 2024). Do cơ chế halving của Bitcoin, số lượng BTC trong phần thưởng khối giảm một nửa sau mỗi 210.000 khối ( khoảng mỗi bốn năm ).

Khai thác có mang lại lợi nhuận không?

Mặc dù có thể kiếm thu nhập từ việc khai thác, nhưng nó đòi hỏi sự nghiên cứu cẩn thận, quản lý rủi ro và nghiên cứu sâu. Các rủi ro bao gồm chi phí thiết bị, sự biến động của giá tiền tệ và các cập nhật giao thức. Thông thường, các thợ mỏ áp dụng các chiến lược quản lý rủi ro khi cân nhắc chi phí và lợi ích tiềm năng.

Tính khả thi của việc khai thác phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Một trong số đó là sự biến động của giá tiền điện tử. Khi giá tăng, giá trị của phần thưởng nhận được tăng lên. Ngược lại, lợi nhuận giảm khi giá giảm.

Hiệu suất của thiết bị khai thác cũng ảnh hưởng lớn đến lợi nhuận. Thiết bị có thể tốn kém, vì vậy các thợ đào cần cân nhắc chi phí của chúng với lợi nhuận dự kiến. Một yếu tố quyết định khác là chi phí điện; nếu tăng quá cao, nó có thể vượt qua lợi nhuận tiềm năng và khiến việc khai thác trở nên không đáng.

Hơn nữa, thiết bị khai thác có thể cần nâng cấp định kỳ vì chúng trở nên lỗi thời khá nhanh. Nếu bạn không có ngân sách để cập nhật thiết bị của mình, bạn có thể gặp khó khăn trong việc cạnh tranh.

Cuối cùng, có thể xảy ra những phát triển lớn về giao thức. Ví dụ, việc giảm một nửa Bitcoin ảnh hưởng đến lợi nhuận bằng cách giảm phần thưởng xuống còn một nửa. Trong các trường hợp khác, một hệ thống đồng thuận mới có thể thay thế việc khai thác. Ví dụ, mạng lưới Ethereum đã hoàn toàn chuyển từ Proof of Work sang Proof of Stake (PoS) vào tháng 9 năm 2022, điều này khiến việc khai thác trở nên không cần thiết.

Tóm tắt

Đào coin là một yếu tố cốt lõi của mạng Bitcoin và các chuỗi blockchain khác sử dụng cơ chế Proof of Work, vì nó duy trì an ninh cho mạng và tạo điều kiện phát hành các loại tiền tệ mới một cách thường xuyên.

Việc khai thác có những ưu điểm và nhược điểm. Những ưu điểm nổi bật là thu nhập tiềm năng từ phần thưởng khối. Tuy nhiên, lợi nhuận từ việc khai thác bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm chi phí điện và giá thị trường.

Vì vậy, trước khi bắt đầu khai thác tiền điện tử, bạn nên tự nghiên cứu và đánh giá tất cả các rủi ro liên quan đến hoạt động này.