Розуміння процесу майнінгу криптовалюти: механізм роботи та етапи

Основні теми

• Майнинг криптовалют вважається основним процесом, який забезпечує безпеку та цілісність мереж блокчейн, де майнери перевіряють правильність та організовують транзакції.
• Процес видобутку сприяє випуску нових монет в економічному обігу валюти
• Майнинг вимагає використання величезної обчислювальної потужності, що підвищує захист мережі від потенційних атак.
• Майнери збирають незавершені транзакції в блоки, які розповсюджуються в мережі, і після їх підтвердження отримують винагороду.
• На ефективність видобутку впливають кілька факторів, зокрема, ефективність обладнання, витрати на енергію, коливання ринку та протокольні зміни.

Що таке процес видобутку криптовалют?

Уявіть собі глобальний розподілений фінансовий реєстр, в якому реєструються всі транзакції криптовалют. Майнінг забезпечує точність і надійність цього реєстру. Майнери використовують потужні комп'ютери для розв'язання складних математичних задач ( криптографічного характеру ) з метою організації та підтвердження непідтверджених транзакцій. Той, хто розв'язує задачу, отримує грошову винагороду.

Автоматизований процес видобутку забезпечує безпеку біткойнів та інших криптовалют. Через нього перевіряються транзакції між користувачами та додаються до загальних записів блокчейн-ланцюга. Видобуток є ключовим елементом, який дозволяє мережам біткойнів працювати децентралізовано, тобто без центрального контролю.

Діяльність майнінгу також сприяє генерації нових грошових одиниць. Хоча це може здатися схожим на друк грошей, майнінг криптовалют підлягає суворим програмним протоколам, які регулюють весь процес та запобігають випадковому створенню нових одиниць. Ці правила застосовуються через мережу розподілених вузлів.

Щоб створити нові монетні одиниці, майнери використовують обчислювальні ресурси для вирішення складних криптографічних головоломок. Перший майнер, який знаходить рішення, отримує право додати новий блок транзакцій до блокчейну та транслювати його через мережу.

Механізм роботи майнінгу криптовалют

короткий опис

1. Збір транзакцій у блоки Коли користувач надсилає або отримує цифрову валюту, непідтверджені транзакції тимчасово зберігаються в “блоці” в очікуванні підтвердження.

2. Розгадка головоломки майнерами Майнери використовують комп'ютери для знаходження випадкового номера, який називається нонсом (Nonce), і при його поєднанні з інформацією блоку виходить значення, менше за вказану ціль. Це схоже на цифровий лотерейний квиток, що містить головоломку.

3. Додавання блоку до ланцюга Перший майнер, який розгадає загадку, має право додати свій блок до блокчейну. Інші майнери перевіряють дійсність блоку.

4. Отримання винагород Вигравший майнер отримує винагороду, яка включає новостворені цифрові монети, а також комісії за транзакції з блоку.

детальний опис

Коли нові транзакції виконуються в блокчейні, вони надсилаються в чергу, відому як пам'яті. Вузли, відповідальні за перевірку, оцінюють дійсність цих транзакцій. Роль майнера полягає в зборі очікуючих транзакцій та їх упорядкуванні в блоки. Варто зазначити, що деякі майнери також працюють як вузли перевірки, але це технічно різні функції.

Блок є сторінкою з реєстру блокчейн-ланцюга, що містить кілька транзакцій та додаткові дані. Точніше, на вузли гірничодобування покладається відповідальність за збір непідтверджених транзакцій з пам'яті та їх об'єднання в кандидатний блок. Майнер намагається перетворити цей кандидатний блок у підтверджений блок, розв'язуючи складне математичне рівняння, яке вимагає великої обчислювальної потужності. Після успішного видобутку блоку, майнер отримує винагороду у вигляді блоку, що містить нові цифрові монети, а також збори з транзакцій.

Перший крок: обробка транзакцій з використанням розподілу

Перший етап майнінгу блоку полягає в зборі незавершених транзакцій із пам'яті та їх поетапній обробці за допомогою хеш-функції. Щоразу, коли дані проходять через хеш-функцію, генеруються виходи фіксованої довжини, які називаються хеш-значенням.

Значення хешу кожної транзакції складається з послідовності цифр і букв, які діють як унікальний ідентифікатор. Це значення відображає всю інформацію, що міститься в транзакції. Паралельно з хешуванням кожної транзакції, майнер включає спеціальну транзакцію, за допомогою якої він перетворює на себе винагороду за блок. Цю транзакцію називають coinbase, і вона створює абсолютно нові грошові одиниці. Зазвичай ця транзакція йде першою в будь-якому новому блоці, за якою слідують усі непідтверджені транзакції.

Крок другий: побудова дерева Меркле

Після хешування кожної транзакції значення хешів впорядковуються в структурі, відомій як дерево Меркла ( або дерево хешів ). Дерево Меркла будується шляхом впорядкування значень хешів транзакцій парами, а потім їх повторного хешування. Виходи хешування, що отримуються, знову хешуються парами, і процес повторюється, поки не буде отримано одне значення хешу. Це останнє значення називається кореневим хешем, і воно коротко представляє всі попередні значення хешів, які використовувалися для його побудови.

Крок третій: пошук правильного значення хешу для блоку

Значення хешу блоку слугує унікальним ідентифікатором для кожного блоку. Коли створюється новий блок, майнери об'єднують хеш попереднього блоку з кореневим хешем кандидата на блок, щоб отримати новий хеш блоку. Також потрібно додати випадкове число, яке називається нонсом. Отже, коли майнер намагається перевірити свій кандидат на блок, він об'єднує кореневий хеш, хеш попереднього блоку та нонс і пропускає їх через хеш-функцію. Мета полягає в тому, щоб повторювати це доти, поки він не зможе отримати правильний хеш.

Оскільки коренева хеш-значення та хеш-значення попереднього блоку фіксовані, майнерам потрібно багато разів змінювати значення нонсу, поки вони не знайдуть відповідний хеш. Результат (хеш блоку) повинен бути меншим за певну мету, визначену протоколом. У контексті майнінгу біткоїнів хеш блоку повинен починатися з певної кількості нулів — ця мета визначається як складність майнінгу.

Четвертий крок: Поширення видобутої блоки

Як ми бачили, майнерам потрібно багаторазово хешувати свій блок, використовуючи різні значення nonce, поки вони не знайдуть правильний хеш. Коли майнер знаходить правильний хеш блоку, він транслює цей блок у мережу. Після цього всі інші вузли перевіряють правильність блоку, і якщо він дійсний, новий блок додається до їхньої копії блокчейну.

На цьому етапі кандидатна блок-структура перетворюється на підтверджений блок, і всі майнери переходять до видобутку наступного блоку. Майнери, які не знайшли правильний хеш вчасно, відмовляються від свого кандидатного блоку та починають змагання знову.

Стан: Майнинг двох блоків одночасно

Іноді, рідко, майнери можуть видобувати два дійсних блоку одночасно, і мережа опиняється перед двома суперничними блоками. Усі майнери починають видобуток наступного блоку залежно від того, який з них дійшов до них першим, що тимчасово призводить до розподілу мережі на дві різні версії блокчейну.

Змагання між двома групами триває до тих пір, поки не буде видобуто наступний блок в одній з них. Коли з'являється новий блок, попередній блок вважається виграшним. Відхилений блок називається недійсним або ігнорованим, що змушує майнерів, які обрали цей гілку, знову спробувати видобути правильну ланцюг.

Складність видобутку: постійне коригування

Протокол регулярно коригує складність видобутку для забезпечення стабільної швидкості створення нових блоків, що, у свою чергу, призводить до регулярного та передбачуваного випуску нових монет. Рівень складності налаштовується відповідно до загальної обчислювальної потужності ( швидкості хешування ), присвяченої мережі.

Коли приєднуються нові майнери і конкуренція зростає, складність видобутку збільшується, що перешкоджає зниженню середнього часу блоку. Навпаки, якщо кілька майнерів покинуть мережу, складність знижується, і видобуток нового блоку стає легшим. Ці коригування забезпечують стабільність середнього часу блоку незалежно від загальної потужності хешування мережі.

Різні способи майнінгу криптовалют

Існує кілька різних способів видобутку криптовалют, які постійно розвиваються з появою нового обладнання та алгоритмів консенсусу. Зазвичай, майнери покладаються на спеціалізовані комп'ютери для вирішення складних криптографічних рівнянь. Давайте розглянемо найпоширеніші методи.

видобуток на процесорах (CPU)

Майнінг за допомогою ЦП обмежується використанням центрального процесора звичайного комп'ютера для виконання необхідних функцій хешування. На початкових етапах біткойна витрати на майнінг були низькими, а бар'єри дуже незначними, і звичайний процесор міг впоратися з труднощами. У той час будь-хто міг спробувати майнити.

Однак, з приєднанням більшої кількості учасників і зростанням загального рівня хешування, отримання прибутку від видобутку стало значно важче. Більше того, поява передового обладнання для видобутку з вищою обчислювальною потужністю зробила видобуток на ЦПУ майже неможливим. Сьогодні видобуток на ЦПУ не вважається практичним варіантом, оскільки всі майнери використовують спеціалізоване обладнання.

видобуток на графічних процесорах (GPU)

Графічні процесори спроектовані для одночасної роботи з кількома додатками. Хоча їхнє основне використання пов'язане з відеоіграми та комп'ютерною графікою, вони також підходять для видобутку. Графічні процесори мають відносно нижчі ціни та більшу гнучкість порівняно з сильно спеціалізованим обладнанням для видобутку. Незважаючи на їх використання для видобутку деяких альтернативних монет, їхня ефективність залежить від складності видобутку та використовуваного алгоритму.

видобуток з використанням ASIC-мікросхем

Спеціалізовані інтегральні схеми для застосування (ASIC) розроблені для виконання дуже конкретної функції. У контексті криптовалют це означає спеціалізоване обладнання, призначене виключно для видобутку. Видобуток за допомогою ASIC має високу ефективність, але є відносно дорогим. Оскільки обладнання ASIC представляє вершину технологій, вартість одиниці значно вища, ніж у CPU або GPU. Крім того, постійний розвиток технології ASIC може швидко зробити старі моделі нерентабельними. Це робить видобуток за допомогою ASIC одним із найдорожчих способів, але найбільш ефективним і може бути дуже прибутковим при широкомасштабному застосуванні.

Системи майнінгу

Оскільки винагорода за блок надається лише першому успішному майнеру, ймовірність самостійного видобутку наступного блоку є дуже низькою. Майнери з невеликою часткою потужності видобутку мають дуже низькі шанси на перемогу самостійно.

Майнінгові пулі пропонують рішення цієї проблеми. Це групи майнерів, які об'єднують свої ресурси (потужності хешування) для збільшення шансів на виграш блокових винагород. Коли пул успішно знаходить блок, учасники пулу ділять винагороду відповідно до кількості зусиль, які кожен з них вніс.

Майнинг-пули можуть надати переваги окремим майнерам у плані витрат на обладнання та електрику, але їх контроль над майнінгом викликає побоювання щодо централізації та ризику атак, спрямованих на контроль над мережею.

хмарний майнінг

Замість того, щоб купувати обладнання, майнери орендують обчислювальну потужність у постачальників спеціалізованих послуг у моделі хмарного майнінгу. Це спрощений спосіб почати майнінг, але він несе ризики, такі як шахрайство або зниження прибутків. Якщо ви вирішили спробувати хмарний майнінг, обов'язково виберіть постачальника з хорошою репутацією.

Майнинг біткоїнів: найяскравіший випадок

Біткоїн є найвідомішим і найочевиднішим прикладом криптовалют, які можна майнити, і його видобуток ґрунтується на алгоритмі консенсусу, званому доказом роботи (PoW).

Доказ роботи є оригінальним механізмом консенсусу для блокчейнів, який був розроблений Сатоші Накамото і представлений у білому документі Bitcoin у 2008 році. Коротко кажучи, доказ роботи визначає, як мережа блокчейну досягає згоди серед розподілених учасників без зовнішнього посередника, вимагаючи при цьому великих інвестицій в енергію та обчислювальну потужність для стримування шкідливих акторів.

Як ми вже бачили, непідтверджені транзакції в мережі біткойн організовуються та додаються до блоків майнерами, які змагаються за розв'язання головоломок за допомогою сучасного обладнання. Перший майнер, який досягне правильного рішення, має право транслювати свій блок у блокчейн, і якщо його приймуть вузли перевірки, він отримає винагороду за блок.

Цінність цифрових валют у винагороді за блок відрізняється від одного блокчейну до іншого. У випадку з біткоїном, майнери можуть отримувати 3.125 BTC як винагороду за блок ( починаючи з грудня 2024). Із-за механізму халвінгу біткоїна, кількість BTC у винагороді за блок зменшується вдвічі кожні 210,000 блоків ( приблизно кожні чотири роки ).

Чи приносить видобуток прибуток?

Хоча можливо отримати дохід від майнінгу, це вимагає ретельного вивчення, управління ризиками та глибоких досліджень. До ризиків належать витрати на обладнання, коливання цін на валюти та протокольні оновлення. Зазвичай майнери застосовують стратегії управління ризиками, коли зважують витрати та потенційні вигоди.

Вартість майнінгу залежить від кількох факторів. Один з них - це коливання цін на криптовалюти. Коли ціни зростають, зростає і вартість отриманих винагород. У свою чергу, прибуток зменшується зі зниженням цін.

Ефективність обладнання для видобутку також значно впливає на прибутковість. Обладнання може бути дорогим, тому майнерам варто зважити витрати на нього з очікуваними доходами. Іншим критично важливим фактором є витрати на електроенергію; якщо вони значно зростуть, це може перевищити потенційні прибутки та зробити видобуток нерентабельним.

Крім того, обладнання для видобутку може потребувати періодичних оновлень, оскільки воно швидко застаріває. Якщо у вас немає бюджету на оновлення вашого обладнання, ви можете зіткнутися з труднощами у конкуренції.

Нарешті, можуть відбутися значні протокольні зміни. Наприклад, халвінг біткоїна впливає на прибутковість, зменшуючи винагороди вдвічі. В інших випадках нова система консенсусу може замінити видобуток. Наприклад, мережа Ефіріум повністю перейшла з доказу роботи на доказ частки (PoS) у вересні 2022 року, що зробило видобуток непотрібним.

Резюме

Майнінг є ключовим елементом мережі біткойн та інших блокчейн-систем, які використовують механізми доказу роботи, оскільки він забезпечує безпеку мережі та полегшує регулярне випускання нових монет.

У майнінгу є свої переваги та недоліки. Найбільшими перевагами є потенційний дохід від нагород за блоки. Однак прибутки від майнінгу залежать від багатьох факторів, включаючи витрати на електроенергію та ринкові ціни.

Тому, перед початком майнінгу криптовалют, вам слід провести власне дослідження та оцінити всі ризики, пов'язані з цією діяльністю.