Майнинг Bitcoin: полное руководство

Майнинг Bitcoin — это процесс, который подтверждает транзакции Bitcoin и вводит новые Bitcoin (BTC) в обращение.

Майнинг Bitcoin выполняет следующие функции:

• Стимулирует майнеров, которые предлагают и проверяют новые транзакции для блокчейна Bitcoin.

• Обеспечивает безопасность блокчейна Bitcoin и защищает его от атак.

• Управляет созданием и поступлением на рынок новых единиц криптовалюты Bitcoin.

Подобно добыче драгоценных металлов, таких как золото, майнинг Bitcoin требует специализированного оборудования, значительных энергозатрат и доли удачи.

Однако вместо лопат и сковород майнеры Bitcoin соревнуются друг с другом с помощью специально разработанных вычислительных устройств. 

Цель каждого майнера — выиграть соревнование на основе криптографии. Победитель каждого раунда получает ценную награду за блок и право предложить новый блок с ожидающими транзакциями для добавления в блокчейн.

Если вы сталкиваетесь с этим впервые, продолжайте читать наш полный гид по майнингу Bitcoin ниже.

Если же вам интересно более глубокое и техническое понимание процесса, обратите внимание на нашу статью «Как криптовалюты используют криптографию?».

Прежде чем разбирать механику Bitcoin, важно понять, зачем вообще нужен майнинг.

Сеть Bitcoin не управляется центральным банком, могущественным миллиардером или финансовым посредником. Она коллективно поддерживается волонтёрами по всему миру, и любой может присоединиться. 

Это значит, что Bitcoin зависит от сотрудничества своих пользователей для нормальной работы. В обмен на предоставление вычислительных мощностей для подтверждения транзакций протокол вознаграждает майнеров новыми единицами Bitcoin. 

Стимулируя сотрудничество, майнеры помогают защитить сеть, делая экономически невыгодным для злоумышленников получение контроля над ней.

Чтобы лучше понять децентрализацию Bitcoin, рассмотрим традиционную централизованную компанию, например Uber. 

Представьте, что Uber управлялся бы коллективно его миллионами водителей и пользователей, а не избранной группой топ-менеджеров. В такой децентрализованной модели для Uber все участники совместно решали бы, как оплачивать водителей и как функционирует приложение для вызова такси, вместо того чтобы эти решения принимала исполнительная команда.

Кроме того, вместо того чтобы компания контролировала такие функции, как администрирование и разработка приложения, любой человек в мире мог бы участвовать в этих процессах, используя свои устройства. Это создаёт более доступную и прозрачную экосистему для всех участников.  

Однако такой уровень децентрализации ставит серьёзные вопросы: если любой может участвовать в сети и нет единого органа контроля, как предотвратить попытки мошенников нарушить работу сети и как гарантировать эффективное сотрудничество всех участников?

Здесь вступает в игру механизм консенсуса блокчейна.

Майнинг Bitcoin — это процесс, в котором майнеры соревнуются за возможность добавить новый блок в блокчейн, и эта «гонка» повторяется примерно каждые десять минут.

Майнеры используют специализированное оборудование для генерации случайных чисел. Побеждает тот, кто первым получит число, соответствующее установленному целевому значению. Главная сложность в том, что майнеры не могут контролировать генерируемые числа. Они лишь продолжают вычислять новые варианты, надеясь найти нужный.

Как только кто-то находит правильное число, оно проверяется остальными майнерами сети на корректность.

Проще всего представить этот процесс как соревнование: тысячи людей одновременно пытаются решить кубик Рубика с завязанными глазами. 

В начале у каждого участника свой идентичный, перемешанный кубик. Соревнование начинается, все вращают кубики случайным образом до тех пор, пока судья не объявит победителя. Остальные проверяют кубик победителя, чтобы убедиться, что решение верное. Затем начинается следующий раунд.

Пока все понятно? Давайте рассмотрим процесс более детально. 

Майнеры соревнуются, используя специализированные компьютеры для генерации криптографических хешей — обычно миллионов в секунду — в надежде первыми получить правильный хеш.

Каждый новый хеш можно представить как один «поворот кубика». 

Первый, кто угадает правильный хеш, получает право добавить блок в блокчейн. В качестве вознаграждения майнер получает вознаграждение за блок.

Механизм консенсуса блокчейна — это система, обеспечивающая согласованность всех участников децентрализованной сети по новым данным, добавляемым в блокчейн.

Поскольку блоки и транзакции в них становятся постоянными после добавления, крайне важно, чтобы информация была достоверной. 

Сеть должна, например, предотвратить двойную трату средств («double spend») и убедиться, что участники не переводят деньги, которых у них нет.

Механизмы консенсуса позволяют всем узлам сети согласовывать данные и гарантируют, что новые транзакции соответствуют правилам протокола.

Существует множество типов механизмов консенсуса, каждый с собственными методами защиты от недобросовестных участников. 

Bitcoin использует механизм консенсуса алгоритма proof-of-work (PoW) — систему, основанную на вычислительной мощности и энергозатратах, которая обеспечивает действия участников в интересах сети. 

Метод опирается на принципы теории игр, изучающей взаимодействие людей в конкурентной среде. Требуя от участников вложений в оборудование и покрытия операционных расходов, система PoW ограничивает возможности недобросовестных игроков вмешиваться в работу сети.

Больше информации о PoW и других механизмах консенсуса можно найти в статье Kraken: Что такое механизм консенсуса блокчейна?.

Хеши — это коды фиксированной длины, которые создаются при обработке любых данных через криптографическую хеш-функцию.

Можно представить хеш-функцию как «волшебную машину», которая преобразует любые данные — от одной буквы до целой энциклопедии — в уникальный код фиксированной длины.

Существует множество алгоритмов хеширования, каждый со своим способом преобразования данных. Каждый использует свою методику для ввода данных и преобразования их в случайные коды.

Bitcoin использует SHA-256 (Secure Hash Algorithm 256), разработанный Национальным агентством безопасности США (NSA).

Хеши SHA-256 — 28-символьные коды в шестнадцатеричной системе, содержащие цифры 0–9 и буквы A–F. 

Неважно, насколько велик исходный ввод — длина хеша всегда одинакова. Например, обработка слова «Привет» и целой книги «Властелин колец» через SHA-256 даст два совершенно разных 28-символьных кода.

Хеши крайне важны в майнинге, поскольку обладают уникальными свойствами:

Хеши это:

• Детерминированные — Один и тот же ввод всегда создаёт одинаковый хеш.

• Односторонние — Легко получить хеш по данным, но невозможно восстановить исходный ввод по хешу.

• Случайные — Хеш не имеет видимого сходства с исходными данными.

• Уникальные — Нет двух одинаковых хешей.

Особенность этих свойств в том, что даже небольшое изменение данных создаёт совершенно новый хеш.

Например, если изменить одну букву в книге «Властелин колец», получится новый код, неузнаваемый по сравнению с исходным.

Любой может создавать хеши, пропуская данные через криптографическую хеш-функцию. Вы даже можете попробовать это сами, используя бесплатный онлайн калькулятор хеширования.

Чтобы выиграть соревнование по майнингу Bitcoin и получить вознаграждение за блок, майнеры должны создать хеш с таким же или меньшим значением, чем цель, автоматически установленная протоколом Bitcoin. Это значение называется целевой хеш.

Каждый целевой хеш начинается с определённого количества нулей. В зависимости от текущей сложности майнинга, которая также устанавливается протоколом автоматически, в начале хеша может быть всего несколько нулей или много.

Чем больше нулей в начале целевого хеша, тем сложнее майнерам его «победить», и наоборот.

Например, типичный целевой хеш Bitcoin может выглядеть примерно так:

00000000000a28ba41fe240e0b37

Более простой целевой хеш может выглядеть так:

000agh3h5g6711deabcc650918d9

Вы заметили, что в начале у него значительно меньше нулей?

Хотя это может показаться незначительным, добавление всего одного дополнительного нуля в начале делает победу в конкурсе в сотни раз сложнее. 

Можно сравнить это с подбрасыванием монеты: получить орла три раза подряд и двадцать раз подряд — это совершенно разная вероятность.

Целевой хеш для каждого нового блока транзакций сначала транслируется в сеть как часть предыдущего блока. Эта информация хранится в заголовке блока — части блока Bitcoin, содержащей несколько ключевых идентифицирующих данных.

В заголовке блока также содержится значение одноразового случайного числа, сокращение от «number used once». 

При попытке создать хеш, который обходит целевой хеш, майнеры берут заголовок предыдущего блока, изменяют одноразовое случайное число на новое значение и пропускают данные через алгоритм SHA-256. Каждое изменение значения одноразового случайного числа создаёт совершенно новый хеш.

Поскольку майнерам невозможно заранее узнать, какие входные данные дадут какой хеш, обход целевого хеша сводится к методу проб и ошибок. 

Процесс угадывания и проверки продолжается, пока один из майнеров не создаст хеш с таким же или большим количеством нулей в начале, как у текущего целевого хеша.

Победивший майнер затем предлагает новый блок транзакционных данных всем остальным майнерам в сети для независимой проверки. Остальные майнеры, не выигравшие в конкурсе, проверяют предложенный блок на корректность.

С увеличением сложности майнинга, растут и затраты на майнинг.

В некоторых случаях это делает крайне трудным для одиночных майнеров работать с прибылью.

В таких ситуациях многие независимые майнеры объединяют свои ресурсы в так называемые майнинг-пулы.

Майнинг-пулы объединяют вычислительные мощности и пропорционально распределяют полученные вознаграждения между всеми участниками. 

Сегодня большинство майнинга Bitcoin осуществляется такими группами, хотя добывать криптовалюту дома также возможно.

Лёгкость или сложность выигрыша в конкурсе по майнингу и получения вознаграждения за блок зависит от трёх основных факторов:

1. Хешрейт.

2. Сложность майнинга.

3. Оборудование.

Хешрейт — показатель общей вычислительной мощности всех майнеров в сети блокчейна. Проще говоря, это сочетание количества хешей в секунду, которое генерирует каждый майнер с помощью своего оборудования. 

Эта метрика позволяет оценить общий размер сети майнинга блокчейна и её устойчивость к атакам большинства.

По мере роста хешрейта сети часто увеличивается сложность майнинга, и наоборот.

Возвращаясь к примеру с кубиком Рубика: чем больше людей соревнуются в его решении, тем меньше шансы на победу.

Протокол Bitcoin содержит встроенный механизм, автоматически регулирующий сложность майнинга, чтобы новые блоки находились как можно ближе к целевому времени блока в 10 минут.

Как упоминалось выше, вновь созданные Bitcoin поступают в обращение через вознаграждение за блок каждый раз, когда майнер успешно преодолевает целевой хеш и получает право добавить новый блок в блокчейн.

Чтобы новые монеты не переполняли рынок по мере роста числа майнеров, Сатоши Накамото заранее встроил в протокол Bitcoin алгоритмическую систему регулировки сложности.

Алгоритм сложности майнинга Bitcoin таков, что каждые 2 016 блоков (примерно каждые две недели) протокол проверяет, сколько времени потребовалось майнерам на нахождение выигрышного хеша для каждого блока, и сравнивает это время с ожидаемыми 20 160 минутами (10 × 2 016). 

Если внезапно увеличивается число майнеров и новые блоки начинают находиться слишком быстро, алгоритм повышает сложность целевого хеша (увеличивает количество нулей в начале), чтобы замедлить процесс. 

Напротив, если число майнеров сокращается или на поиск новых блоков уходит слишком много времени, алгоритм снижает сложность последующих целевых хешей (уменьшая количество нулей в начале).

Можно сравнить это с регулировкой сложности кубика Рубика: увеличиваете или уменьшаете количество рядов.

Например, кубик 3×3 решать гораздо проще, чем 5×5, и так далее.

Чтобы получить преимущество в сети, многие майнеры используют специализированные интегральные схемы (ASIC) для майнинга. Эти устройства способны генерировать сотни миллионов хешей в секунду и могут работать параллельно, повышая шансы владельцев на получение вознаграждения за блок.

Несколько крупных публичных компаний, включая Riot Platforms, Marathon Digital и CleanSpark Inc., управляют огромными крипто-майнинг-фермами с тысячами ASIC-устройств.

Участие этих крупных игроков существенно увеличило общий хешрейт Bitcoin, что делает поиск новых блоков всё сложнее.

Каждый может узнать текущий хешрейт Bitcoin в любое время, используя различные бесплатные онлайн-графики хешрейта.

С увеличением сложности майнинга, растут и затраты на майнинг.

В некоторых случаях это делает крайне трудным для одиночных майнеров работать с прибылью.

В таких ситуациях многие независимые майнеры объединяют свои ресурсы в так называемые майнинг-пулы.

Майнинг-пулы объединяют вычислительные мощности и пропорционально распределяют полученные вознаграждения между всеми участниками. 

Сегодня большинство майнинга Bitcoin осуществляется такими группами, хотя добывать криптовалюту дома также возможно.

Теперь, когда вы узнали все о майнинге Bitcoin, вы готовы сделать следующий шаг на своем криптовалютном пути?

Нажмите кнопку ниже, чтобы купить Bitcoin на Kraken уже сегодня!