شرح تعدين البيتكوين: كيف يُشغل الشبكة المعاملات الرقمية

تعدين البيتكوين هو أكثر من مجرد عملية تقنية—إنه الآلية الأساسية التي تحافظ على أمان شبكة البيتكوين، ووظائفها، ولامركزيتها. لشرح تعدين البيتكوين بشكل صحيح، تحتاج إلى فهم كيف يخدم كعمود فقري للتحقق من العملة الرقمية دون الحاجة إلى سلطة مركزية. في جوهره، يتيح التعدين تأكيد المعاملات وتسجيلها بشكل دائم على البلوكشين من خلال نظام يُسمى الإثبات الموزع للعمل (PoW). المصطلح “التعدين” يستمد تشبيهاً من استخراج المعادن الثمينة: تماماً كما يستخرج المعدنون الذهب والماس من الأرض، يستخدم معدنو البيتكوين الموارد الحاسوبية لإدخال عملات بيتكوين جديدة إلى التداول والتحقق من المعاملات على دفتر الأستاذ غير القابل للتغيير الخاص بالشبكة.

لماذا يهم تعدين البيتكوين: أساس المعاملات اللامركزية

لشرح أهمية تعدين البيتكوين بشكل كامل، فكر في المشكلة التي يحلها: في أنظمة الدفع التقليدية، يحقق وسيط موثوق مثل البنك من عدم إنفاق المال مرتين وأن المعاملات شرعية. يستبدل البيتكوين هذا الوسيط بعملية رياضية. بدون المعدنين، لن يكون لدى الشبكة وسيلة للوصول إلى إجماع حول صحة المعاملات أو لمنع شخص من إنفاق نفس البيتكوين عدة مرات—وهي مشكلة تُعرف بمشكلة الإنفاق المزدوج.

عندما أطلق ساتوشي ناكاموتو البيتكوين في يناير 2009، كانت الحاجة إلى نظام يحافظ على الثقة بدون سلطة مركزية. يحقق المعدنون ذلك عن طريق تجميع المعاملات المعلقة في كتل وحل ألغاز رياضية معقدة لإضافة تلك الكتل إلى البلوكشين. كل من ينجح في إتمام هذا العمل يتلقى عملات بيتكوين جديدة بالإضافة إلى رسوم المعاملات كمكافأة. هذا الحافز الاقتصادي ضروري: فهو يحفز ملايين المشاركين حول العالم على الاستثمار في المعدات والكهرباء لدعم الشبكة.

تخلق عملية التعدين ما يسميه الاقتصاديون “إثبات العمل”—دليل ملموس على أن جهد حاسوبي كبير قد استُهلك لتأمين كل كتلة. لأن تعديل كتلة سابقة يتطلب إعادة عمل كل الكتل اللاحقة، فإن تكلفة مهاجمة الشبكة تصبح غير منطقية اقتصادياً. مع تراكم المزيد من الكتل، تصبح الشبكة أكثر أماناً بشكل أُسّي.

كيف يعمل تعدين البيتكوين: من الكتل إلى إثبات العمل

يتبع التعدين دورة مستمرة. يجمع المعدنون المعاملات غير المؤكدة التي تُبث عبر الشبكة النظيرة إلى نظير، ويعبئها في كتلة مرشحة. ثم يستندون إلى رأس الكتلة السابقة، مكونين سلسلة تربط جميع الكتل معاً زمنيًا. تأتي الخطوة الحاسمة التالية: محاولة المعدنين حل لغز “إثبات العمل”.

يتطلب هذا اللغز العثور على رقم معين يُسمى “nonce” والذي، عند دمجه مع بيانات الكتلة الأخرى ومعالجته عبر خوارزمية التجزئة SHA-256، ينتج نتيجة أقل من قيمة هدف محددة مسبقًا. خوارزمية SHA-256، التي أُنشئت أصلاً بواسطة وكالة الأمن القومي، تنتج مخرجات بطول 256 بت. حتى أدنى تغيير في المدخلات يُنتج تجزئة مختلفة تمامًا—لذا يجب على المعدنين تجربة مليارات التركيبات، مع زيادة قيمة الـ nonce في كل مرة، حتى يعثروا على حل صحيح.

صعوبة هذا اللغز ليست ثابتة—تتغير تلقائيًا كل 2,016 كتلة (حوالي أسبوعين) للحفاظ على هدف تصميم البيتكوين: كتلة جديدة كل عشر دقائق. عندما ينضم المزيد من المعدنين إلى الشبكة، تُخلق الكتل بشكل أسرع، وبالتالي ترتفع الصعوبة بشكل متناسب. وعلى العكس، إذا غادر المعدنون، تنخفض الصعوبة. هذه الآلية ذاتية التنظيم هي التي تحافظ على ثبات زمن تأكيد المعاملات في بيتكوين رغم تقلبات مشاركة الشبكة.

عندما يكتشف المعدن حلًا صالحًا للكتلة، يبثه إلى الشبكة بأكملها. تتحقق العقد الأخرى بسرعة من الحل، وتضيف الكتلة إلى نسخة البلوكشين الخاصة بها، وتبدأ العمل على الكتلة التالية. يحصل المعدن الناجح على مكافأة الكتلة—والتي تبلغ حالياً 6.25 بيتكوين—بالإضافة إلى جميع رسوم المعاملات الموجودة في تلك الكتلة.

تطور أجهزة التعدين: من وحدات المعالجة المركزية إلى ASICs المتخصصة

لفهم الحالة الحالية لتعدين البيتكوين بشكل صحيح، من الضروري فهم هذا التحول التكنولوجي. عندما أُطلق البيتكوين، كانت صعوبة التعدين فقط 1، وناكاموتو قام بتعدين الكتلة الأولى (الكتلة 0) التي تحتوي على 50 بيتكوين باستخدام وحدة المعالجة المركزية (CPU) العادية للكمبيوتر المكتبي. في تلك الأيام المبكرة، كان تشغيل عقدة بيتكوين كاملة وتعدين البيتكوينان فعليًا نفس النشاط.

مع بدء ارتفاع سعر البيتكوين في 2011—ليصل إلى 1 دولار ثم 30 دولارًا—جذب الحافز الربحي المزيد من المشاركين وتزايدت المنافسة. اكتشف المعدنون أن وحدات معالجة الرسوميات (GPU)، المصممة أصلاً للألعاب، يمكنها أداء ملايين العمليات الحسابية اللازمة للتعدين بشكل أسرع بكثير من وحدات المعالجة المركزية. أصبح تعدين GPU هو السائد بحلول 2011-2012.

خلال عام، ظهرت مصفوفات البوابات القابلة للبرمجة (FPGAs) كخطوة وسيطة، تقدم تحسينات على GPU لكنها لا تزال غير مثالية. بحلول 2013، أحدثت الدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيقات (ASICs) ثورة في التعدين. هذه الرقائق مصممة خصيصًا لخوارزمية SHA-256 الخاصة ببيتكوين، مما يجعلها أسرع بمئات المرات من أي مكون حاسوبي عام. أداء ASIC واحد يتجاوز تريليونات التجزئات في الثانية—مهمة ستستغرق أسابيع لإنجازها بواسطة CPU.

اليوم، يُعد التعدين باستخدام ASIC هو النهج الاقتصادي الوحيد الممكن. نمت صعوبة التعدين من 1 إلى حوالي 30 تريليون، مما يعني أن المعدنين الحديثين يجب أن يؤدوا أكثر من 30 تريليون عملية تجزئة قبل إنتاج كتلة صالحة واحدة. أصبح التعدين المنزلي باستخدام معدات المستهلكين شبه مستحيل؛ المنافسة من عمليات التعدين الصناعية قوية جدًا.

العرض البرنامجي لبيتكوين: التنصيف والحد البالغ 21 مليون

يدمج تعدين البيتكوين آلية اقتصادية ذكية: تنصيف مكافأة الكتلة. كل 210,000 كتلة—تقريبًا كل أربع سنوات—يتم تقليل مكافأة التعدين إلى النصف. أُطلق البيتكوين بمكافأة كتلة قدرها 50 بيتكوين، والتي أصبحت 25 بيتكوين في 2012، ثم 12.5 بيتكوين في 2016، والآن تبلغ 6.25 بيتكوين بعد التنصيف في 2020.

يضمن هذا الهيكل التناقصي للمكافأة أن إجمالي عرض البيتكوين لن يتجاوز أبدًا 21 مليون عملة. تشير التوقعات الرياضية إلى أنه بحلول عام 2140، سيتم تعدين البيتكوين الأخير، وستصل مكافأة الكتلة إلى الصفر. بعد ذلك، سيكسب المعدنون فقط من رسوم المعاملات.

يجعل هذا الجدول البرنامجي للعرض البيتكوين أصلًا “صلبًا” كما يسميه الاقتصاديون—نقصانه مضمون رياضيًا ولا يمكن تغييره. بالمقارنة، يزداد عرض الذهب بنسبة 1-2% سنويًا بدون حد أقصى. هذا يجعل خصائص البيتكوين النقدية فريدة من نوعها بشكل أساسي بين الأصول العالمية.

الطريق إلى التعدين: التعدين الفردي، المجمع، والمؤسساتي

يقدم تعدين البيتكوين عدة مسارات لمشاركين مختلفين. التعدين الفردي يعني العمل بشكل مستقل باستخدام معدات ASIC الخاصة بك، مع الاحتفاظ بكامل مكافأة الكتلة لنفسك كلما عثرت على كتلة صالحة. ومع ذلك، نظرًا للصعوبة الحالية، قد ينتظر المعدن الفردي شهورًا أو سنوات قبل أن يعثر على كتلة. من الجدير بالذكر أنه في يناير 2022، اكتشف أحد المعدنين الأفراد الذين يمتلكون فقط 120 تيراهاش في الثانية كتلة صالحة ضد احتمالات فلكية وربح حوالي 265,000 دولار في البيتكوين—دليل على أن الأمر ممكن نظريًا، حتى لو كان غير مرجح إحصائيًا.

يمثل التعدين عبر المجمع نهجًا أكثر عملية للأفراد. ينضم المعدنون إلى مجاميع لامركزية حيث يدمجون قدراتهم الحاسوبية مع آلاف الآخرين، ويشتركون في المكافآت بشكل تناسبي مع قوة التجزئة التي يساهمون بها. من بين المجاميع الشهيرة Slush Pool، Poolin، F2Pool، Foundry، وغيرها. يوفر التعدين المجمع دخلًا ثابتًا ومتوقعًا بدلاً من المقامرة على العثور على كتل عرضية بمفردهم.

بالنسبة لأولئك الذين يفتقرون إلى رأس مال أو خبرة تقنية، توجد ثلاثة نماذج أعمال: شراء معدات التعدين من شركة واستضافتها في منشآتهم، شراء حصة من قوة التجزئة الخاصة بهم، أو الاستثمار مباشرة في شركات التعدين. شركات مثل Core Scientific، Iris Energy، Riot Blockchain، و Hut 8 Mining تعمل على نطاق صناعي. تشمل المساوئ التحقق من الهوية (متطلبات KYC) ورسوم الخدمة، بالإضافة إلى تقليل السيطرة على القرارات التشغيلية.

تصحيح المفاهيم الخاطئة الشائعة حول تعدين البيتكوين

لشرح تأثير تعدين البيتكوين في العالم الحقيقي، من الضروري معالجة الأساطير المستمرة.

الطاقة والمتجددة: يدعي النقاد أن تعدين البيتكوين يضيع “طاقة قذرة”. في الواقع، يخلق تعدين البيتكوين حافزًا اقتصاديًا لاعتماد الطاقة المتجددة. توليد الطاقة الشمسية والرياح الآن يكلف 3-4 سنتات لكل كيلوواط ساعة و2-5 سنتات لكل كيلوواط ساعة على التوالي—أرخص من الوقود الأحفوري الذي يتراوح بين 5-7 سنتات لكل كيلوواط ساعة. يختار المعدنون بشكل طبيعي الأماكن التي تكون فيها الكهرباء أرخص، وتزداد حصة الطاقة المتجددة في السوق. مناطق مثل غرب تكساس تتمتع بوفرة من الرياح والطاقة الشمسية التي تجذب عمليات التعدين. النرويج تولد 100% من كهربائها من الطاقة الكهرومائية، مما يجعلها مركز تعدين مثالي. بشكل أساسي، يخلق تعدين البيتكوين سوقًا جديدًا للمشترين للطاقة المتجددة غير المستغلة.

الاستهلاك والانبعاثات الكربونية: يستهلك البيتكوين حوالي 87 تيراواط ساعة سنويًا—أي حوالي 0.55% من الكهرباء العالمية. ومع ذلك، فإن الاستهلاك والانبعاثات الكربونية هما مقاييس منفصلة. يمكن نظريًا أن يستهلك البيتكوين كامل كهرباء العالم بدون تأثير صافٍ على الكربون إذا كان مدعومًا بالكامل من مصادر متجددة. قدرت مركز كامبريدج للتمويل البديل أن 39-73% من تعدين البيتكوين يستخدم مصادر طاقة خالية من الكربون، اعتمادًا على فترة القياس. وأفاد مجلس تعدين البيتكوين أن 59.5% من كهرباء صناعة التعدين جاءت من مصادر مستدامة في الربع الثاني من 2022.

مقارنة استهلاك الطاقة لكل معاملة: يدعي المنتقدون غالبًا أن البيتكوين يستهلك طاقة مفرطة لكل معاملة مقارنة بشبكات الدفع مثل فيزا. هذا المقارنة تفتقر إلى فهم كيف يعمل البيتكوين. معظم طاقة التعدين تُستخدم لإنشاء البيتكوين الجديدة وتأمين بنية البلوكشين—وليس لمعالجة كل معاملة على حدة. بمجرد وجود البيتكوين، يتطلب التحقق من المعاملات أقل قدر من الطاقة. بالإضافة إلى ذلك، تتضمن أنظمة الدفع التقليدية بنية تحتية متعددة الطبقات قد تستغرق ستة أشهر لإنهاء التسويات، مما يهدر الطاقة على طول الطريق. يوفر البيتكوين تسوية فورية ولا رجعة فيها، مما يجعله نظامًا مختلفًا تمامًا.

الفرصة الناشئة تتعلق باستخدام طلب تعدين البيتكوين على الطاقة لتسريع تطوير البنية التحتية للطاقة المتجددة، وحتى تمكين تقنيات جديدة مثل استغلال طاقة المحيطات، مما قد يوفر طاقة نظيفة للسكان حول العالم.