Giải thích về khai thác Bitcoin: Cách mạng lưới vận hành các giao dịch kỹ thuật số

Bitcoin mining là nhiều hơn cả một quá trình kỹ thuật—đó là cơ chế nền tảng giúp giữ cho mạng lưới Bitcoin an toàn, hoạt động ổn định và phi tập trung. Để giải thích đúng về khai thác Bitcoin, bạn cần hiểu cách nó phục vụ như xương sống của việc xác thực tiền kỹ thuật số mà không cần bất kỳ cơ quan trung ương nào. Về bản chất, khai thác cho phép xác nhận các giao dịch và ghi nhận vĩnh viễn trên blockchain thông qua một hệ thống gọi là bằng chứng công việc phân tán (PoW). Thuật ngữ “khai thác” lấy cảm hứng từ việc khai thác kim loại quý: giống như thợ mỏ khai thác vàng và kim cương từ đất, các thợ mỏ Bitcoin sử dụng tài nguyên tính toán để đưa Bitcoin mới vào lưu thông và xác thực các giao dịch trên sổ cái bất biến của mạng lưới.

Tại sao Khai thác Bitcoin lại quan trọng: Nền tảng của Giao dịch Phi tập trung

Để giải thích đầy đủ tầm quan trọng của khai thác Bitcoin, hãy xem xét vấn đề nó giải quyết: trong các hệ thống thanh toán truyền thống, một trung gian đáng tin cậy như ngân hàng xác minh rằng tiền không bị chi tiêu hai lần và các giao dịch hợp lệ. Bitcoin thay thế trung gian này bằng một quá trình toán học. Không có thợ mỏ, mạng lưới sẽ không có cách nào đạt được sự đồng thuận về các giao dịch hợp lệ hoặc ngăn chặn ai đó chi tiêu cùng một Bitcoin nhiều lần—một lỗi gọi là vấn đề chi tiêu gấp đôi.

Khi Satoshi Nakamoto ra mắt Bitcoin vào tháng 1 năm 2009, hệ thống cần một cách duy trì niềm tin mà không cần cơ quan trung ương. Các thợ mỏ thực hiện điều này bằng cách gom các giao dịch chờ xác nhận thành các khối và giải các câu đố toán học phức tạp để thêm các khối đó vào blockchain. Mỗi thợ mỏ thành công hoàn thành công việc này sẽ nhận được Bitcoin mới được tạo ra cộng với phí giao dịch như phần thưởng. Động lực kinh tế này rất quan trọng: nó thúc đẩy hàng triệu người tham gia trên toàn thế giới đầu tư vào thiết bị và điện năng để hỗ trợ mạng lưới.

Quá trình khai thác tạo ra cái mà các nhà kinh tế gọi là “bằng chứng công việc”—bằng chứng rõ ràng rằng đã bỏ ra nỗ lực tính toán đáng kể để bảo vệ mỗi khối. Bởi vì việc thay đổi một khối đã xác nhận sẽ yêu cầu làm lại toàn bộ công việc tính toán của tất cả các khối sau đó, chi phí tấn công mạng trở nên phi lý về mặt kinh tế. Khi càng nhiều khối tích tụ, mạng lưới càng trở nên an toàn theo cấp số nhân.

Cách hoạt động của Khai thác Bitcoin: Từ Khối đến Bằng chứng công việc

Quá trình khai thác theo chu kỳ liên tục. Các thợ mỏ thu thập các giao dịch chưa xác nhận được phát tán qua mạng peer-to-peer và đóng gói chúng thành một khối ứng viên. Sau đó, họ tham chiếu tiêu đề của khối trước, tạo thành một chuỗi liên kết tất cả các khối theo thứ tự thời gian. Bước quan trọng tiếp theo là: các thợ mỏ cố gắng giải câu đố “bằng chứng công việc”.

Câu đố này liên quan đến việc tìm một số gọi là “nonce” sao cho, khi kết hợp với dữ liệu khối khác và xử lý qua thuật toán băm SHA-256, tạo ra kết quả thấp hơn một giá trị mục tiêu đã định sẵn. Thuật toán SHA-256, ban đầu do Cơ quan An ninh Quốc gia Mỹ tạo ra, tạo ra một đầu ra 256-bit. Ngay cả một thay đổi nhỏ nhất trong đầu vào cũng tạo ra một hash hoàn toàn khác biệt—vì vậy, các thợ mỏ phải thử hàng tỷ tổ hợp, tăng nonce mỗi lần, cho đến khi tìm ra giải pháp hợp lệ.

Độ khó của câu đố này không cố định—nó tự điều chỉnh mỗi 2,016 khối (khoảng hai tuần) để duy trì mục tiêu thiết kế của Bitcoin: một khối mới mỗi mười phút. Khi nhiều thợ mỏ tham gia hơn, các khối được tạo ra nhanh hơn, do đó độ khó tăng theo tỷ lệ. Ngược lại, nếu thợ mỏ rút lui, độ khó giảm xuống. Cơ chế tự điều chỉnh này giúp thời gian xác nhận giao dịch của Bitcoin luôn ổn định bất chấp sự biến động của số lượng tham gia mạng.

Khi một thợ mỏ tìm ra giải pháp hợp lệ cho khối, họ phát tán nó ra toàn bộ mạng lưới. Các nút khác nhanh chóng xác minh giải pháp, thêm khối vào bản sao của blockchain của họ, và bắt đầu làm việc cho khối tiếp theo. Thợ mỏ thành công nhận phần thưởng khối—hiện tại là 6.25 Bitcoin—cộng với tất cả phí giao dịch từ các giao dịch trong khối đó.

Sự tiến hóa của Phần cứng Khai thác: Từ CPU đến ASIC chuyên dụng

Để giải thích đúng về trạng thái hiện tại của khai thác Bitcoin, việc hiểu sự biến đổi công nghệ này là rất cần thiết. Khi Bitcoin ra mắt, độ khó khai thác chỉ là 1, và Satoshi Nakamoto đã khai thác khối Genesis (khối 0) chứa 50 Bitcoin bằng một bộ xử lý trung tâm (CPU) của máy tính để bàn thông thường. Trong những ngày đầu đó, chạy một nút Bitcoin đầy đủ và khai thác Bitcoin gần như là cùng một hoạt động.

Khi giá Bitcoin bắt đầu tăng vào năm 2011—đạt 1 USD, rồi 30 USD—động lực lợi nhuận thu hút nhiều người tham gia hơn và cạnh tranh ngày càng gay gắt. Các thợ mỏ phát hiện ra rằng các bộ xử lý đồ họa (GPU), ban đầu được thiết kế cho chơi game, có thể thực hiện hàng triệu phép tính toán cần thiết cho khai thác nhanh hơn nhiều so với CPU. Khai thác GPU trở nên phổ biến vào 2011-2012.

Trong vòng một năm, các mảng cổng lập trình có thể cấu hình (FPGA) xuất hiện như một bước trung gian, cung cấp cải tiến so với GPU nhưng vẫn chưa tối ưu. Đến năm 2013, các mạch tích hợp dành riêng cho ứng dụng (ASIC) đã cách mạng hóa khai thác. Những chip này được thiết kế riêng biệt chỉ dành cho thuật toán SHA-256 của Bitcoin, giúp chúng nhanh hơn hàng tỷ lần so với bất kỳ thành phần máy tính chung nào. Một ASIC duy nhất có thể thực hiện hàng nghìn tỷ phép băm mỗi giây—một nhiệm vụ mà CPU mất tuần để hoàn thành.

Ngày nay, khai thác ASIC là phương pháp duy nhất có khả năng kinh tế. Độ khó khai thác đã tăng từ 1 lên khoảng 30 nghìn tỷ, có nghĩa là các thợ mỏ hiện đại phải thực hiện hơn 30 nghìn tỷ phép băm trước khi tạo ra một khối hợp lệ. Việc khai thác tại nhà bằng phần cứng tiêu dùng gần như không thể nữa; cạnh tranh từ các hoạt động khai thác quy mô công nghiệp quá khốc liệt.

Cung cấp theo chương trình của Bitcoin: Halving và giới hạn 21 Triệu

Khai thác Bitcoin tích hợp một cơ chế kinh tế sáng tạo: giảm phần thưởng khối (halving). Mỗi 210.000 khối—khoảng mỗi bốn năm—phần thưởng khai thác sẽ bị cắt làm đôi. Bitcoin bắt đầu với phần thưởng 50 Bitcoin cho mỗi khối, sau đó giảm còn 25 Bitcoin vào năm 2012, rồi 12.5 Bitcoin vào 2016, và hiện tại là 6.25 Bitcoin sau halving năm 2020.

Cấu trúc giảm phần thưởng này đảm bảo rằng tổng cung Bitcoin sẽ không vượt quá 21 triệu đồng tiền. Các dự đoán toán học cho thấy đến năm 2140, Bitcoin cuối cùng sẽ được khai thác, và phần thưởng khối sẽ về 0. Sau đó, các thợ mỏ sẽ chỉ kiếm từ phí giao dịch.

Chương trình cung cấp này làm cho Bitcoin trở thành một “tài sản cứng” theo cách các nhà kinh tế gọi—sự khan hiếm của nó được đảm bảo bằng toán học và không thể thay đổi. Vàng, so sánh, tăng cung khoảng 1-2% mỗi năm mà không có giới hạn. Điều này làm cho các đặc tính tiền tệ của Bitcoin trở nên đặc biệt so với các tài sản toàn cầu khác.

Con đường khai thác: Solo, Pooled, và Các lựa chọn dành cho Tổ chức

Khai thác Bitcoin cung cấp nhiều phương thức cho các người tham gia khác nhau. Khai thác độc lập nghĩa là vận hành riêng biệt với phần cứng ASIC của bạn, giữ toàn bộ phần thưởng khối cho riêng mình mỗi khi tìm ra khối hợp lệ. Tuy nhiên, với độ khó hiện tại, một thợ mỏ solo có thể phải chờ hàng tháng hoặc hàng năm để tìm ra khối. Thật kỳ diệu, vào tháng 1 năm 2022, một thợ mỏ solo với chỉ 120 TH/s đã phát hiện ra một khối hợp lệ với xác suất cực kỳ thấp và kiếm được khoảng 265.000 USD bằng Bitcoin—bằng chứng rằng điều này về lý thuyết là có thể, dù xác suất rất thấp.

Khai thác theo nhóm (pool) là phương pháp thực tế hơn cho cá nhân. Các thợ mỏ tham gia các pool phi tập trung, nơi họ kết hợp sức mạnh tính toán với hàng nghìn người khác, chia sẻ phần thưởng theo tỷ lệ phần trăm hashpower đóng góp. Các pool khai thác nổi bật gồm Slush Pool, Poolin, F2Pool, Foundry, và các pool khác. Khai thác theo nhóm mang lại thu nhập ổn định, dự đoán được hơn là đánh bạc dựa vào việc tìm ra các khối ngẫu nhiên.

Đối với những người thiếu vốn hoặc kỹ năng kỹ thuật, có ba mô hình kinh doanh: mua thiết bị khai thác từ công ty và đặt tại các cơ sở của họ, mua phần trăm hashpower của họ, hoặc đầu tư trực tiếp vào các công ty khai thác. Các công ty như Core Scientific, Iris Energy, Riot Blockchain, và Hut 8 Mining hoạt động quy mô công nghiệp. Các rủi ro bao gồm yêu cầu xác minh danh tính (KYC) và phí dịch vụ, cùng với việc giảm kiểm soát các quyết định vận hành.

Giải đáp các hiểu lầm phổ biến về Khai thác Bitcoin

Để giải thích tác động thực tế của khai thác Bitcoin, cần phải làm rõ các hiểu lầm tồn tại.

Năng lượng và Năng lượng tái tạo: Các nhà phê bình cho rằng khai thác Bitcoin lãng phí “năng lượng bẩn.” Thực tế, khai thác Bitcoin tạo ra động lực kinh tế để thúc đẩy sử dụng năng lượng tái tạo. Sản xuất năng lượng mặt trời và gió hiện có chi phí 3-4 cent/kWh và 2-5 cent/kWh tương ứng—rẻ hơn nhiều so với nhiên liệu hóa thạch, khoảng 5-7 cent/kWh. Các thợ mỏ tự nhiên chọn nơi có điện rẻ nhất, và năng lượng tái tạo ngày càng chiếm ưu thế trong cuộc cạnh tranh này. Các khu vực như Tây Texas có nguồn gió và năng lượng mặt trời dồi dào thu hút các hoạt động khai thác. Na Uy sản xuất 100% điện từ thủy điện, trở thành trung tâm khai thác lý tưởng. Khai thác Bitcoin về cơ bản tạo ra một thị trường mới cho năng lượng tái tạo bị bỏ rơi.

Tiêu thụ năng lượng và Phát thải carbon: Bitcoin tiêu thụ khoảng 87 terawatt-giờ mỗi năm—khoảng 0.55% tổng điện năng toàn cầu. Tuy nhiên, tiêu thụ năng lượng và phát thải carbon là các chỉ số riêng biệt. Bitcoin về lý thuyết có thể tiêu thụ toàn bộ điện năng thế giới mà không gây ra tác động ròng về carbon nếu hoàn toàn dùng năng lượng tái tạo. Trung tâm Tài chính Thay thế Cambridge ước tính rằng 39-73% hoạt động khai thác Bitcoin sử dụng nguồn năng lượng trung tính carbon, tùy theo giai đoạn đo lường. Hội đồng Khai thác Bitcoin (Bitcoin Mining Council) báo cáo rằng 59.5% điện năng của ngành khai thác trong quý 2 năm 2022 đến từ các nguồn bền vững.

So sánh năng lượng tiêu thụ trên mỗi giao dịch: Các nhà phê bình thường cho rằng Bitcoin tiêu thụ năng lượng quá mức cho mỗi giao dịch so với các mạng thanh toán như Visa. So sánh này hoàn toàn hiểu sai cách hoạt động của Bitcoin. Phần lớn năng lượng khai thác dùng để tạo ra Bitcoin mới và bảo vệ hạ tầng blockchain—không phải để xử lý từng giao dịch riêng lẻ. Khi Bitcoin đã tồn tại, việc xác thực giao dịch tiêu tốn ít năng lượng hơn nhiều. Thêm vào đó, các hệ thống thanh toán truyền thống có hạ tầng nhiều lớp, có thể mất đến sáu tháng để hoàn tất thanh toán, gây lãng phí năng lượng trong quá trình đó. Bitcoin cung cấp thanh toán tức thì, không thể đảo ngược, là một hệ thống hoàn toàn khác biệt.

Cơ hội mới nổi lên là tận dụng nhu cầu năng lượng của khai thác Bitcoin để thúc đẩy phát triển hạ tầng năng lượng tái tạo và thậm chí phát triển các công nghệ mới như thu năng lượng đại dương, có thể cung cấp năng lượng sạch cho các cộng đồng trên toàn thế giới.