Майнінг біткоїнів: повний посібник

Майнінг біткоїнів – це процес, який перевіряє транзакції протоколу Bitcoin і випускає в обіг нові біткоїни (BTC).

Майнінг біткоїнів виконує такі функції:

• стимулювання майнерів, які пропонують і перевіряють нові транзакції для блокчейну біткоїнів;

• захист блокчейну біткоїнів від атак;

• керування створенням і розподіленням нових одиниць криптовалюти Bitcoin, які вперше випускаються в обіг.

Подібно до фізичного видобутку дорогоцінних металів, таких як золото, майнінг біткоїнів вимагає спеціального обладнання, енергії та трохи везіння.

Однак замість лопат і піддонів майнери Bitcoin змагаються один з одним, використовуючи спеціалізоване обчислювальне обладнання. 

Мета кожного майнера – перемогти у криптографічному змаганні . Переможець кожного раунду отримує за свої зусилля дуже цінну нагороду за блок. Йому також надається право запропонувати новий блок із даними транзакцій, що очікують на приєднання до блокчейну.

Якщо ви ще не знайомі із цими концепціями, просто продовжуйте читати наш повний посібник із майнінгу Bitcoin.

Але якщо ви хочете отримати глибше й більш технічне розуміння, вас може зацікавити наша стаття про те, як криптовалюти використовують криптографію.

Перш ніж занурюватися в механізми Bitcoin, важливо зрозуміти, чому насамперед потрібен процес майнінгу.

Мережа Bitcoin не підпорядковується центральному банку, могутньому мільярдеру або фінансовій установі-посереднику. Нею колективно керують усі охочі по всьому світу, і долучитися до цього процесу може кожен. 

Це означає, що існування й функціонування протоколу Bitcoin залежить від співпраці його користувачів. В обмін на виділення комп’ютерних потужностей для перевірки транзакцій протокол винагороджує майнерів новими одиницями криптовалюти Bitcoin. 

Завдяки стимулюванню співпраці майнери колективно допомагають забезпечити захист мережі, роблячи спроби отримати мажоритарний контроль над нею надто дорогим для зловмисників.

Щоб краще зрозуміти децентралізацію Bitcoin, розгляньмо традиційну компанію з централізованим управлінням, як-от Uber. 

Уявіть, якби компанією Uber замість групи обраних топ-менеджерів колективно управляли мільйони водіїв таксі й користувачів застосунку. У цій більш децентралізованій моделі Uber усі залучені сторони колективно домовляються про те, як платити водіям і як функціонуватиме застосунок для виклику авто (наразі всі ці рішення ухвалює за них команда керівників).—

Крім того, замість адміністрування та розроблення застосунку силами компанії тепер будь-хто у світі міг би допомогти у виконанні цих функцій із дому зі свого власного пристрою. Це дало б змогу створити набагато доступнішу та прозорішу екосистему для всіх.  

При цьому із таким рівнем децентралізації також постають деякі серйозні питання: якщо будь-хто може брати участь у керуванні мережею, а єдиного органу, який би контролював її діяльність, немає, як тоді завадити зловмисникам, які можуть заподіяти мережі шкоду, і як забезпечити ефективну співпрацю між усіма учасниками?’

Ось тут і застосовується так званий механізм консенсусу блокчейну.

Простіше кажучи, майнінг біткоїнів – це перегони для перемоги у грі на удачу, яка повторюється приблизно раз на десять хвилин.

При цьому майнери використовують спеціальне обладнання для генерації випадкових значень. Виграє той, хто генерує значення, яке відповідає цільовому значенню. Складність полягає в тому, що майнери не можуть контролювати значення, які отримують. Вони мають просто продовжувати генерувати нові й сподіватися, що врешті-решт натраплять на виграшний варіант.

Коли хтось це робить, він передає своє значення кожному іншому майнеру в мережі, щоб підтвердити його достовірність.

Простіший спосіб зрозуміти цей процес – уявити собі тисячі людей, які одночасно намагаються зібрати кубик Рубіка із зав’язаними очима. 

На старті в кожного учасника є власний кубик (усі вони – в однаковому стані). Після початку змагання всі починають випадковим чином збирати свої кубики, доки ведучий не оголосить переможця. Решта учасників знімають пов’язки з очей та оглядають кубик переможця, аби переконатись, що його зібрано правильно.’ Потім змагання починається знову.

Поки що все зрозуміло? Давайте зануримося трохи глибше. 

Якщо говорити точніше, майнери змагаються один з одним, використовуючи спеціально побудовані комп’ютери для генерації криптографічних хешів – зазвичай зі швидкістю багато мільйонів на секунду – і прагнучи стати першими, хто вгадає правильне значення.

Кожен новий хеш можна розглядати як черговий оберт кубика Рубіка. 

Той майнер, який першим вгадає правильний хеш, отримує право додати цей блок до блокчейну. В обмін на свою роботу майнер отримує нагороду за блок.

Механізм консенсусу в блокчейні – це комп’ютерна система, яка гарантує, що учасники децентралізованої мережі можуть досягти консенсусу щодо нових даних, які додаються у блокчейн.

Оскільки блоки й транзакції Bitcoin всередині них стають постійними після їх додавання до блокчейну, дуже важливо, щоб дані були чинними. 

Наприклад, мережа має переконатися, що люди не намагаються переказати кошти, яких у них насправді немає, або “двічі витратити” один і той самий баланс, надіславши його двом різним людям одночасно.

Механізми консенсусу допомагають мережі колективно узгоджувати ці питання, щоб гарантувати, що нові транзакції, які будуть остаточно додані до блокчейну, відповідають правилам протоколу.

Існує ціла низка різних механізмів консенсусу, які можна використовувати в мережі на основі блокчейна, кожен із яких має свій власний метод фільтрування недобросовісних користувачів. 

У протоколі Bitcoin реалізовано механізм консенсусу доказу виконання роботи (proof-of-work, PoW) — систему, яка використовує обчислювальну потужність та енергію, щоб гарантувати, що учасники діють в найкращих інтересах мережі. 

Цей метод використовує принципи теорії ігор – математичної концепції щодо того, як люди взаємодіють між собою. Висуваючи до учасників гри певні вимоги (купити спеціальне обладнання та покривати поточні витрати), система доказу виконання роботи допомагає утримати недобросовісних гравців від спроб завдати мережі шкоди.——

Ви можете дізнатися більше про доказ виконання роботи та інші різновиди механізмів консенсусу в статті Що таке механізм консенсусу в блокчейні? в нашому Навчальному центрі Kraken.

Хеші – це коди фіксованої довжини, які створюються, коли хтось пропускає будь-які вхідні дані через криптографічну хеш-функцію.

Криптографічні хеш-функції – це алгоритми, які приймають на вхід будь-що – від однієї літери до енциклопедії – та перетворюють ці дані на абсолютно унікальний і випадковий код фіксованої довжини.

З роками з’явилися різні типи алгоритмів хешування. Кожен із них використовує власні методи для оброблення вхідних даних і їхнього перетворення на рандомізовані значення.

Мережа Bitcoin використовує алгоритм Secure Hash Algorithm 256 (SHA-256), який був розроблений Агентством національної безпеки (АНБ) США.

Хеші SHA-256 – це 28-символьні шістнадцяткові коди фіксованої довжини, які містять суміш цифр від 0 до 9 та літер від A до F. 

Те, наскільки малими чи великими є вхідні дані, не має значення: на виході завжди генерується код однакової довжини.’ Наприклад, пропустивши одне слово “Привіт” або всю книгу «Володар перснів» через алгоритм SHA-256, ви отримаєте два унікальні 28-символьні хеш-коди.

Хеші є дуже важливими елементами майнінгу, оскільки мають низку унікальних характеристик.

Хеші мають такі характеристики:

• Детерміністичні: для однакових вхідних даних завжди створюватиметься однаковий хеш-код.

• Односторонні: хоча перетворити вхідні дані на хеш легко, дізнатися, якими були вхідні дані на основі результату, неможливо.

• Випадкові: хеш-коди не мають жодної схожості із вхідними даними.

• Унікальні: двох однакових хешів не існує.

Завдяки таким характеристикам зміна навіть невеликої частки вхідних даних призведе до зовсім іншого результату.’

Наприклад, якщо ви зміните одну літеру в книзі «Володар перснів», це призведе до створення абсолютно нового хеш-коду, що зовсім не схожий на перший варіант.

Створювати хеші може будь-хто, просто пропускаючи будь-які вхідні дані через криптографічну хеш-функцію. Ви навіть можете спробувати зробити це самі за допомогою безкоштовного хеш-калькулятора онлайн.

Щоб виграти змагання в Bitcoin-майнінгу та отримати нагороду за блок, майнер повинен згенерувати значення з хешем не більше цільового, яке автоматично встановлюється безпосередньо протоколом Bitcoin. Це значення називається цільовим хешем.

Кожен цільовий хеш має певну кількість нулів на початку. Ця кількість залежить від поточної складності майнінгу, яка також автоматично встановлюється протоколом.

Чим більше нулів на початку цільового хешу, тим складніше майнерам його підібрати, і навпаки.

Наприклад, типовий цільовий хеш протоколу Bitcoin може виглядати приблизно так:

00000000000a28ba41fe240e0b37

Простіший цільовий хеш може виглядати так:

000agh3h5g6711deabcc650918d9

Ви помітили, що спереду в нього значно менше нулів?

Навіть один зайвий нуль на початку робить пошук переможного значення в сотні разів складнішим завданням. 

Це можна порівняти з підкиданням монети, яка має впасти решкою три рази або двадцять разів поспіль.

Цільовий хеш для кожного нового блока транзакцій спочатку транслюється в мережу як частина попереднього блока. Ця інформація зберігається в заголовку – частині блока біткоїна, що містить кілька важливих елементів ідентифікаційних даних.

Також усередині заголовка блока є значення, яке називається «нонс» (англ. nonce від «number used once», тобто «число використовується один раз»).” 

Щоб згенерувати переможне значення й підібрати цільовий хеш, усі майнери беруть заголовок попереднього блока, замінюють nonce новим числом і пропускають його через алгоритм хешування SHA-256. Щоразу, коли значення нонсу (nonce) змінюється, створюється абсолютно новий хеш.

Оскільки майнери не знають, які вхідні дані призводять до тих чи інших значень хешу, підібрати переможний варіант можна лише шляхом спроб і помилок. 

Процес угадування та перевірки триває, доки один майнер успішно не створить хеш, який має таку саму кількість або більше нулів на початку, що й поточний цільовий хеш.

Потім майнер-переможець пропонує новий блок із даними транзакцій усім іншим майнерам у блокчейні для незалежної перевірки. Інші майнери, які не виграли змагання, самостійно перевіряють запропонований блок, щоб переконатися, що він дійсний.’

Кожен майнер, який виграє змагання з майнінгу, отримує нагороду. 

Ця нагорода за блок у формі новоствореного біткоїна компенсує майнеру його зусилля протягом процесу майнінгу. Через нагороди за блок нові біткоїни також потрапляють в обіг. 

Коли майнери продають свої BTC, ті стають доступними для купівлі решті учасників крипторинку.

Коли творець Bitcoin Сатоші Накамото запустив свій протокол у 2009 році, він створив комп’ютерну програму для управління кількістю нових одиниць Bitcoin, які випускаються як нагорода за блок.’ Кожні 210 000 блоків, або приблизно кожні чотири роки, відбувається систематична подія, яка називається халвінгом Bitcoin.

Кожен халвінг Bitcoin автоматично зменшує на 50 % кількість нових BTC, що видаються як нагороди за блоки, до наступного халвінгу. Спочатку нагорода за блок для успішних майнерів становила 50 нових BTC.

28 листопада 2012 року відбувся перший халвінг Bitcoin, який зменшив нагороду за блок з 50 BTC до 25 BTC. Другий халвінг відбувся 9 липня 2016 року, і нагороду було знижено ще на 50 % до 12,5 BTC.

Ці халвінги й далі програмно зменшуватимуть кількість біткоїнів, що видаються як нагороди за блоки, на 50 % кожного разу, поки кількість BTC в обігу не сягне ліміту в 21 мільйон. .

Після того, як протокол випустить всі 21 000 000 біткоїнів, що, як очікується, станеться в 2140 році, нові одиниці біткоїнів більше не створюватимуться.

Це означає, що всі нагороди за блоки після 2140 року міститимуть нуль біткоїнів.

Хочете дізнатися більше про те, як біткоїн потрапляє в обіг і як працює механізм халвінгу?

Ознайомтеся зі статтею Що таке халвінг Bitcoin? Навчального центру Kraken.

Легкість або складність перемоги в майнінговому змаганні та отримання нагороди за блок зводиться до трьох ключових факторів:

1. Хешрейт.

2. Складність майнінгу.

3. Обладнання.

Хешрейт – це показник, який використовується для відстеження загальної обчислювальної потужності всіх майнерів у мережі блокчейну. Коротше кажучи, він об’єднує кількість хешів, які кожен із майнерів виробляє на секунду на своєму обладнанні. 

Ця метрика дає уявлення про загальний розмір майнінгової мережі блокчейну і про те, наскільки вона захищена від атак мажоритарного контролю.’

Зростання хешрейту мережі часто призводить до збільшення складності майнінгу, і навпаки.’

Якщо повернутися до прикладу з кубиком Рубіка, що більше людей змагаються, щоб зібрати кубик, то менші шанси на перемогу.’

Протокол Bitcoin має вбудовану функцію, яка автоматично регулює складність майнінгу. Це гарантує, що майнери продовжуватимуть відкривати нові блоки з інтервалом якомога ближче до 10-хвилинної цілі.

Як згадувалося вище, нещодавно створені Bitcoin потрапляють до обігу через нагороду за блок щоразу, коли майнер успішно перевершує цільовий хеш та отримує право додати новий блок до блокчейна.

Щоб гарантувати, що нові монети не заполонять ринок, оскільки мережа наповнюється новими майнерів, кількість яких постійно збільшується, її творець, Сатоші Накамото, перед запуском закодував алгоритмічну систему коригування складності в протокол Bitcoins задля запобігання такій проблемі.

Алгоритм складності майнінгу Bitcoin такий, що після кожних 2016 блоків (приблизно кожні два тижні) протокол перевіряє, скільки часу знадобилося майнерам, щоб виявити виграшний хеш для кожного блока, і порівнює цей час із цільовими 20 160 хвилинами (10 × 2016). 

Якщо раптом кількість Bitcoin-майнерів різко зросте й нові блоки додаватимуться надто швидко, алгоритм збільшить складність цільового хешу (збільшить кількість нулів спереду), щоб сповільнити роботу майнерів. 

І навпаки: якщо кількість майнерів зменшиться або їм знадобиться забагато часу на пошук нових блоків, алгоритм полегшить наступні цільові хеші (зменшивши кількість нулів спереду).

Уявіть собі, що ви регулюєте складність складання кубика Рубіка, збільшуючи або зменшуючи кількість рядків у ньому.’

Наприклад, скласти кубик 3×3 набагато легше, ніж кубик 5×5 тощо.

Щоб отримати конкурентну перевагу над іншими учасниками мережі, багато майнерів використовують майнінгові станції на основі прикладних інтегральних схем (Application-Specific Integrated Circuits, ASIC). Ці машини здатні генерувати сотні мільйонів хешів на секунду й можуть працювати паралельно, даючи власникам більше шансів виграти нагороду за блок.

Кілька великих публічних компаній, серед яких Riot Platforms, Marathon Digital та CleanSpark Inc., наразі експлуатують величезні потужності з криптомайнінгу, що містять тисячі майнінгових станцій ASIC.

Участь цих великих компаній різко збільшила загальний хешрейт Bitcoin, що робить виявлення нових блоків дедалі складнішим.’

Будь-хто може перевірити поточний хешрейт Bitcoin за допомогою безкоштовних онлайн-графіків у будь-який момент часу.

Із підвищенням складності майнінгу збільшуються і пов’язані з ним витрати.

У деяких випадках майнерам-одинакам буває неймовірно складно вийти за рівень беззбитковості.

У таких сценаріях багато незалежних майнерів вирішують об’єднати свої ресурси в так званий майнінговий пул.

Майнінгові пули використовують спільну обчислювальну потужність і пропорційно розподіляють між учасниками всі зароблені нагороди за блоки. 

Сьогодні більшість майнінгу біткоїнів здійснюють саме ці групи.

Тепер, коли ви дізналися про майнінг біткоїнів, чи готові ви зробити наступний крок у вашій криптовалютній подорожі?

Натисніть кнопку нижче, щоб придбати біткоїн на Kraken уже сьогодні!