Что такое майнинг биткоинов и как это работает?

В основе видения Сатоши Накамото Биткоина лежит майнинг — процесс, который одновременно защищает сеть и стимулирует участие

Биткойн майнинг — это процесс, посредством которого блоки транзакций добавляются в публичный блокчейн и проверяются. Это также процесс создания нового Биткоина — механизм, который одновременно обеспечивает целостность блокчейна и стимулирует участие в сети.

Майнеры конкурируют за добавление новых блоков в блокчейн. Майнинг биткоинов требует существенных обязательств со стороны майнеров; это дорогостоящая и трудоемкая задача, необходимая для того, чтобы криптовалюта работала, а люди верили в ее легитимность.

Спустя более десяти лет с тех пор, как Сатоши Накамото создал Биткоин, большинство людей слышали о майнинге. Но что это на самом деле означает — и как майнить биткоины ?

Майнинг биткоинов — это не добыча золота или угля глубоко под землей. Это относится к проверке транзакций, совершенных с использованием биткоинов. Майнеры — это те люди или компании, которые поддерживают и проверяют сеть блокчейнов, поддерживающую криптовалюту.

Они делают это, заполняя «блоки» проверенных транзакций, которые добавляются в блокчейн; когда майнер завершает блок, он получает вознаграждение в биткоинах.

На заметку:

Примерно каждые четыре года вознаграждение за майнинг биткоинов уменьшается вдвое, и это событие известно (неудивительно) как «халвинг». В мае 2020 года вознаграждение за блок упало с 12,5 BTC за блок до 6,25 BTC.

Майнинг биткоинов уже не так дешев, как раньше, но это все равно не мешает инвесторам заниматься этой деятельностью. Награда за блок биткоина — это стимул, который обеспечивает транзакции криптовалюты посредством легитимизации и мониторинга сети. Поскольку эту ответственность выполняют многие пользователи по всему миру, Биткоин является децентрализованной криптовалютой, а это означает, что его надежность не зависит ни от какого центрального органа, такого как правительство или банк.

По сути, майнинг — это процесс аудита и проверки транзакций биткойнов, позволяющий предотвратить проблему «двойных расходов». Двойные расходы — это когда кто-то, владеющий криптовалютой , пытается потратить одну и ту же монету дважды. Имея физическую валюту, вы не сможете купить напиток в пабе за купюру в 20 фунтов, а затем зайти в магазин за продуктами за ту же купюру в 20 фунтов.

При использовании криптовалюты существует риск того, что кто-то, у кого есть биткоин , может сделать копию этого биткойна и отправить его продавцу вместо настоящей вещи. В реальном мире кассир смотрит на купюру в 20 фунтов, чтобы убедиться, что она не фальшивая — и именно это майнеры биткойнов пытаются сделать с криптовалютой; они проверяют, чтобы транзакция не была совершена дважды.

Биткоин использует механизм консенсуса, называемый доказательством работы.

Процесс добычи биткоинов работает следующим образом:

Компьютер майнера, называемый нодой, собирает и упаковывает в блок отдельные биткойн- транзакции за последние десять минут.

Эта нода конкурирует с другими нодами в сети, чтобы решить сложную криптографическую задачу и первым проверить новый блок для блокчейна .

Майнер, первым решивший проблему, транслирует свой успех на всю сеть.

Затем другие ноды проверяют правильность решения. Если все верно, новый блок добавляется в блокчейн , и весь процесс начинается заново.

Первый решивший задачу майнер получает в награду биткоины .

Это означает, что каждый майнер создает «блок-кандидат» с неподтвержденными транзакциями из пула памяти узла или мемпула . Этот блок включает заголовок блока, который суммирует данные внутри блока, а также ссылку на существующий блок в блокчейне и nonce («число, используемое только один раз»). В Биткоине nonce — это целое число от 0 до 4 294 967 296.

Затем этот заголовок блока проходит через хеш-функцию SHA256; если полученное число превышает текущий целевой хэш, майнер корректирует nonce и повторно решает задачу. Майнеры делают это много тысяч раз в секунду. Целью сложности является 256-битное число. Указанное число корректируется каждые 2016 блоков (примерно каждые две недели), чтобы гарантировать, что блок добывается в среднем раз в 10 минут.

Когда хэш-функция счастливого майнера выдает результат, который ниже текущего целевого хэша, блок транслируется в сеть. Каждая нода проверяет, соответствует ли хеш-код заголовка блока целевому значению, и в случае подтверждения вновь добытый блок добавляется в блокчейн . Майнер получает вознаграждение в биткоинах, а транзакция, которая создает новый биткойн из воздуха, известна как « транзакция Coinbase » и включается в блок-кандидат.

Эти награды стимулируют участие  пользователей и обеспечивают бесперебойную работу системы.

Скорость выпуска монет устанавливается кодом майнинга, поэтому время, необходимое майнеру для выигрыша блока, всегда составляет примерно 10 минут. Это сделано для защиты системы и предотвращения создания майнерами собственных биткоинов.

Каждый раз, когда добывается биткоин, криптографическую проблему становится сложнее решить. Это значит, что майнерам потребуется более высокая скорость хэширования, чтобы добиться успеха в получении вознаграждения за блок. Следовательно, для зарабатывания того же количества криптовалюты потребуется больше вычислительной мощности.

Первые майнеры биткойнов использовали процессоры своих компьютеров для решения криптографических задач. Вскоре майнеры обнаружили, что графические процессоры (GPU) более эффективны, чем центральные процессоры, что спровоцировало серьезную конкуренцию в области  создания оборудования для майнинга. Теперь майнеры биткоинов используют специализированное оборудование, известное как майнеры ASIC (интегральные схемы для конкретных приложений). Хотя майнеры Ethereum и других криптовалют по-прежнему обычно используют графические процессоры, что привело к нехватке видеокарт.

Решение криптографических проблем необходимо для защиты сети Биткойн от атак. Для отмены транзакций в блокчейне потребуется 51% вычислительной мощности всей сети. Это гарантирует, что любая атака будет сложной и бессмысленной, поскольку злоумышленнику придется владеть большим количеством оборудования для майнинга по сравнению с остальными майнерами.

По мере развития майнинга биткоинов барьер входа для отдельных майнеров повысился. Сейчас большая часть майнинга осуществляется «пулами» майнеров, которые объединяют свои ресурсы и пытаются использовать совокупную вычислительную мощность для получения вознаграждений в биткоинах.

До середины 2021 года большинство майнинговых пулов базировались в Китае. Ситуация изменилась в мае 2021 года, когда Государственный совет Китая включил майнинг биткоинов в список финансовых рисков, требующих мониторинга. Это ознаменовало начало масштабных репрессий против майнинга криптовалют по всему Китаю, вызванных обязательствами страны по обеспечению углеродной нейтральности и скорым запуском цифрового юаня-цифровой валюты центрального банка и конкурента Биткоина.

Череда запретов на майнинг, введенных правительствами провинций, включая Внутреннюю Монголию, Синьцзян , Цинхай, Юньнань и Сычуань  привела к обвалу хешрейта майнинга биткоинов. С тех пор китайские майнеры переехали в  другие страны, включая Казахстан, в то время как майнеры в других странах восполнили подобный недостаток. В результате этого США обогнали Китай как крупнейший в мире рынок для добычи биткоинов по состоянию на октябрь 2021 года.

На майнеров сильно влияют цены на электроэнергию, поскольку для майнинга доказательства работы используется большое количество электроэнергии. Поэтому многие майнеры переносят свою деятельность в другие страны с более дешевой электроэнергией.

Майнинг биткоинов подвергся критике из-за высокого энергопотребления, которое в 2021 году составляло около 11,8 ГВт или 103,31 тераватт-часа — больше, чем мощность двенадцати атомных электростанций.

Некоторые сторонники криптовалюты утверждают, что она функционирует как «энергетическая валюта», стимулирующая использование излишков энергии. Сейчас несколько электростанций в США и Иране в настоящее время используют излишки природного газа для проведения крупномасштабного майнинга биткойнов. Другие майнеры обращают внимание на ядерную энергетику. Правительство Сальвадора, сделавшее биткойн законным платежным средством в 2021 году, даже начало добывать биткоины, используя геотермальную энергию вулканов.

Различаются цифры о том, какая часть общего потребления энергии Биткоином приходится на возобновляемые источники энергии: от 39% до 75% (хотя более высокие оценки обычно исходят от фирм, участвующих в криптоиндустрии). Майнеры биткоинов в настоящее время производят углеродный след, эквивалентный выбросам в Бангладеш.

Учитывая указанную критику, некоторые криптовалюты переходят с механизма консенсуса доказательства работы на консенсус доказательства доли (PoS).

Вместо майнеров в криптовалютах с доказательством доли есть валидаторы. Эти валидаторы делают ставку на свою криптовалюту, делая ставки на то, какие блоки будут добавлены рядом с цепочкой. В случае успеха валидаторы получают вознаграждение за блок, пропорциональное сумме, которую они поставили. Ethereum, вторая по величине криптовалюта по рыночной капитализации после Биткойна, переходит на модель доказательства доли с обновлением Ethereum 2.0.

Биткоин, однако, придерживается проверенной и надежной модели консенсуса «доказательство работы», поддержанной Сатоши Накамото в оригинальном вайтпейпер биткоина.