Пояснення майнінгу Біткоїна: як мережа забезпечує цифрові транзакції

Біткойн-майнінг — це набагато більше ніж просто технічний процес — це фундаментальний механізм, який забезпечує безпеку, функціональність і децентралізацію мережі Bitcoin. Щоб правильно пояснити майнінг біткойнів, потрібно зрозуміти, як він слугує опорою для валідації цифрової валюти без необхідності центрального органу. В основі майнінгу лежить можливість підтвердження транзакцій і їхнє постійне записування у блокчейн за допомогою системи, яка називається розподіленим доказом роботи (PoW). Термін “майнінг” проводить паралель із видобутком дорогоцінних металів: так само, як шахтарі добувають золото і діаманти з землі, майнери біткойнів використовують обчислювальні ресурси для введення нових біткойнів у обіг і підтвердження транзакцій у незмінному реєстрі мережі.

Чому майнінг біткойнів важливий: основа децентралізованих транзакцій

Щоб повністю пояснити важливість майнінгу біткойнів, розглянемо проблему, яку він вирішує: у традиційних платіжних системах довірена посередник, наприклад банк, підтверджує, що гроші не були витрачені двічі і що транзакції є легітимними. Bitcoin замінює цього посередника математичним процесом. Без майнерів мережа не могла б досягти консенсусу щодо дійсності транзакцій або запобігти тому, щоб хтось витратив один і той самий біткойн кілька разів — це називається проблемою подвійної витрати.

Коли Сатоші Накамото запустив Bitcoin у січні 2009 року, системі потрібно було знайти спосіб підтримувати довіру без центрального органу. Майнери досягають цього, об’єднуючи непідтверджені транзакції у блоки та розв’язуючи складні математичні задачі для додавання цих блоків до блокчейну. Кожен майнер, який успішно виконає цю роботу, отримує новостворені біткойни та комісії за транзакції як нагороду. Цей економічний стимул є надзвичайно важливим: він мотивує мільйони учасників по всьому світу інвестувати в обладнання та електроенергію для підтримки мережі.

Процес майнінгу створює те, що економісти називають “доказом роботи” — конкретний доказ того, що було витрачено значну обчислювальну потужність для захисту кожного блоку. Оскільки зміна минулого блоку вимагатиме повторного виконання всієї обчислювальної роботи для кожного наступного, вартість атаки на мережу стає економічно нерозумною. З накопиченням більшої кількості блоків мережа стає експоненційно безпечнішою.

Як працює майнінг біткойнів: від блоків до доказу роботи

Майнінг слідує безперервному циклу. Майнери збирають непідтверджені транзакції, поширені по мережі peer-to-peer, і пакують їх у кандидатський блок. Потім вони посилаються на заголовок попереднього блоку, створюючи ланцюг, що з’єднує всі блоки у хронологічному порядку. Наступний важливий крок — спроба розв’язати “доказ роботи”.

Ця задача полягає у пошуку конкретного числа, яке називається “nonce”, і яке, у поєднанні з іншими даними блоку та оброблене через алгоритм хешування SHA-256, дає результат нижчий за заздалегідь визначене цільове значення. Алгоритм SHA-256, створений Агентством національної безпеки США, генерує 256-бітовий вихід. Навіть найменша зміна вхідних даних призводить до абсолютно іншого хешу — тому майнери мають спробувати мільярди комбінацій, збільшуючи nonce кожного разу, доки не знайдуть дійсне рішення.

Складність цієї задачі не фіксована — вона автоматично регулюється кожні 2,016 блоків (приблизно кожні два тижні), щоб підтримувати цільовий час створення блоку — один новий блок кожні десять хвилин. Коли до мережі приєднується більше майнерів, блоки створюються швидше, і складність відповідно зростає. Навпаки, якщо майнерів меншає, складність зменшується. Цей механізм саморегуляції забезпечує стабільний час підтвердження транзакцій незалежно від коливань у кількості учасників мережі.

Коли майнер знаходить дійсне рішення, він поширює його по всій мережі. Інші вузли швидко перевіряють рішення, додають блок до своєї копії блокчейну і починають працювати над наступним блоком. Успішний майнер отримує нагороду за блок — наразі 6.25 біткойнів — та всі комісії за транзакції, включені до цього блоку.

Еволюція обладнання для майнінгу: від CPU до спеціалізованих ASIC

Щоб правильно пояснити сучасний стан майнінгу біткойнів, важливо зрозуміти цю технологічну трансформацію. Коли Bitcoin був запущений, складність майнінгу становила всього 1, і Сатоші Накамото добув перший блок Genesis (блок 0), що містив 50 біткойнів, за допомогою звичайного настільного комп’ютера з центральним процесором (CPU). У ті перші дні запуску повний вузол Bitcoin і майнінг були фактично однією й тією ж діяльністю.

З початком зростання ціни Bitcoin у 2011 році — досягнувши $1, а потім $30 — стимул отримати прибуток привернув більше учасників, і конкуренція посилилася. Майнери виявили, що графічні процесори (GPU), спочатку створені для ігор, можуть виконувати мільйони математичних обчислень, необхідних для майнінгу, набагато швидше, ніж CPU. Майнинг на GPU став домінуючим у 2011-2012 роках.

За рік з’явилися програмовані логічні масиви (FPGA), що пропонували покращення порівняно з GPU, але ще не були ідеальними. До 2013 року революцію зробили спеціалізовані інтегральні схеми (ASIC), які були створені виключно для алгоритму SHA-256 Bitcoin. Ці чіпи у сотні тисяч разів швидше за будь-який універсальний комп’ютерний компонент. Один ASIC може виконувати трильйони хешів за секунду — завдання, яке CPU потребувало б тижнів.

Сьогодні майнінг на ASIC — єдиний економічно вигідний спосіб. Складність майнінгу зросла з 1 до приблизно 30 трильйонів, тобто сучасні майнери мають виконувати понад 30 трильйонів хеш-обчислень перед створенням одного дійсного блоку. Майнінг у домашніх умовах із споживчим обладнанням став практично неможливим через надзвичайну конкуренцію з боку промислових майнингових компаній.

Програмна пропозиція Bitcoin: халвінги і ліміт у 21 мільйон

Майнінг Bitcoin включає геніальний економічний механізм: халвінг нагороди за блок. Кожні 210 000 блоків — приблизно кожні чотири роки — нагорода за майнінг зменшується удвічі. Bitcoin починався з нагороди у 50 біткойнів за блок, у 2012 році вона стала 25, у 2016 — 12.5, а зараз становить 6.25 біткойнів після халвінгу 2020 року.

Ця зменшувальна структура гарантує, що загальна кількість біткойнів ніколи не перевищить 21 мільйон. За математичними прогнозами, останній біткойн буде добутий приблизно у 2140 році, і нагорода за блок стане нульовою. Після цього майнери отримуватимуть лише комісії за транзакції.

Цей програмний графік пропозиції робить Bitcoin тим, що економісти називають “жорстким активом” — його дефіцит математично гарантований і не може бути змінений. Золото, наприклад, збільшується у пропозиції на 1-2% щороку без верхньої межі. Це робить монетарні властивості Bitcoin принципово унікальними серед глобальних активів.

Шлях до майнінгу: соло, пуловий і інституційний

Майнінг Bitcoin пропонує кілька шляхів для різних учасників. Соло-майнінг означає незалежну роботу з власним ASIC-обладнанням, зберігаючи всю нагороду за блок для себе, коли він знаходить дійсний блок. Однак через сучасну складність соло-майнер може чекати місяцями або роками, перш ніж знайти блок. Вражаюче, але у січні 2022 року один соло-майнер із 120 TH/s хешрейту знайшов дійсний блок із неймовірними шансами і заробив приблизно $265 000 у біткойнах — доказ, що це теоретично можливо, хоча й малоймовірно статистично.

Пуловий майнінг — більш практичний підхід для окремих учасників. Майнери приєднуються до децентралізованих пулів, де об’єднують обчислювальну потужність із тисячами інших, і отримують нагороди пропорційно своїй внесеній потужності. Відомі пули включають Slush Pool, Poolin, F2Pool, Foundry та інші. Пуловий майнінг забезпечує стабільний і передбачуваний дохід, а не азартний пошук окремих блоків.

Для тих, хто не має капіталу або технічних знань, існує три бізнес-моделі: купити обладнання у компанії й розмістити його у їхніх об’єктах, купити частку їхньої обчислювальної потужності або інвестувати безпосередньо у майнингові компанії. Компанії, такі як Core Scientific, Iris Energy, Riot Blockchain і Hut 8 Mining, працюють на промисловому рівні. Вони вимагають ідентифікації (KYC), сплачують комісії та мають менший контроль над операціями.

Вирішення поширених міфів про майнінг біткойнів

Щоб пояснити реальний вплив майнінгу біткойнів, важливо розвінчати поширені міфи.

Енергоспоживання і відновлювані джерела: Критики стверджують, що майнінг біткойнів витрачає “брудну енергію”. Насправді, майнінг створює економічний стимул для розвитку відновлюваної енергетики. Сонячна і вітрова генерація зараз коштують 3-4 центи і 2-5 центів за кіловат-годину відповідно — дешевше за викопне паливо, яке коштує 5-7 центів. Майнерів природно приваблює найвигідніша електроенергія, і відновлювані джерела дедалі більше перемагають у цій конкуренції. Регіони, такі як Західний Техас, мають багаті ресурси вітру і сонця, що приваблює майнингові операції. Норвегія виробляє 100% електроенергії з гідроенергії, що робить її ідеальним майнинговим центром. Майнінг Bitcoin фактично створює новий ринок для stranded renewable energy.

Споживання і викиди вуглецю: Bitcoin споживає приблизно 87 терават-годин на рік — близько 0.55% світової електроенергії. Однак споживання і викиди вуглецю — це різні метрики. Теоретично Bitcoin може спожити всю світову електроенергію без негативного впливу на клімат, якщо вона буде повністю відновлюваною. Центр альтернативних фінансів у Кембриджі оцінив, що 39-73% майнінгу використовує енергію з нульовим вуглецевим балансом, залежно від періоду. Bitcoin Mining Council повідомив, що у Q2 2022 року 59.5% електроенергії, що використовується у галузі, було з відновлюваних джерел.

Порівняння енерговитрат на транзакцію: Скептики часто стверджують, що Bitcoin витрачає надмірну кількість енергії на одну транзакцію порівняно з платіжними системами, наприклад Visa. Це фундаментально неправильно. Більша частина енергії йде на створення нових біткойнів і захист інфраструктури блокчейну — не на обробку кожної окремої транзакції. Після створення біткойнів підтвердження транзакцій вимагає мінімум ресурсів. Крім того, традиційні платіжні системи мають багаторівневу інфраструктуру, яка може займати до шести місяців для завершення розрахунків, витрачаючи багато енергії. Bitcoin забезпечує миттєве, безповоротне остаточне підтвердження, що робить його принципово іншим системою.

Зростає можливість використовувати попит на енергію для прискорення розвитку відновлюваної енергетики та навіть для нових технологій, таких як добування енергії з океану, що потенційно може забезпечити чисту електроенергію для населення усього світу.