المنطق الأساسي لعمليات التعدين في البلوكتشين: من المبدأ إلى التطبيق

دليل سريع للدخول

ما هو التعدين بالنسبة لسلاسل الكتل من نوع PoW؟ بعبارة بسيطة:

• يقوم المعدنون بالتحقق من المعاملات المعلقة وتنظيمها في كتل جديدة، وهذه آلية أساسية لحماية أمان الشبكة.
• التعدين يتحمل مسؤولية إصدار عملات مشفرة جديدة في نفس الوقت، ولكنه مقيد بقواعد الاتفاق بصرامة.
• يقوم المعدّنون بتوظيف قوة الحوسبة لحل المسائل التشفيرية، وأول معدّن يجد الإجابة يحصل على مكافأة الكتلة.
• تتأثر هامش الربح بعدة عوامل: تكلفة الأجهزة، نفقات الكهرباء، تقلبات أسعار العملات، تعديل صعوبة الشبكة

كيف تحافظ عملية التعدين على تشغيل البلوكشين؟

تخيل دفتر أستاذ موزع عالمي، يتم تسجيل كل معاملة عملة مشفرة فيه. من المسؤول عن التحقق والتسجيل؟ الجواب هو المعدنون.

تستند بيتكوين ( BTC ) وغيرها من سلاسل الكتل PoW إلى المعدنين لضمان صحة المعاملات. يستخدم المعدنون معدات حسابية متخصصة لحل الألغاز الرياضية لتنظيم المعاملات التي تنتظر التأكيد. عندما يجد أحد المعدنين أولاً حلاً صالحاً، فإنه يحصل على الحق في إضافة كتلة جديدة إلى سلسلة الكتل، ويحصل أيضًا على رموز جديدة ورسوم معاملات كمكافأة.

لماذا تعتبر هذه الآلية مهمة؟ إنها تسمح للعملات المشفرة مثل البيتكوين بالعمل في بيئة لامركزية تمامًا، دون الحاجة إلى أي هيئة مركزية لتحقيق توافق الشبكة. في الوقت نفسه، تعتبر الموارد الحسابية الضخمة التي يستثمرها المعدنون نفسها رادعًا اقتصاديًا ضد الغش - إذا أراد المهاجم تعديل الكتل التاريخية، فسيتعين عليه استثمار تكاليف تفوق قوة الحوسبة للشبكة بأكملها، وهذا غير مجد اقتصاديًا.

عملية إضافة عملة جديدة تبدو وكأنها طباعة النقود، لكنها في الواقع تخضع لقواعد صارمة. هذه القواعد مكتوبة في بروتوكول blockchain، ويتم مراقبتها وتنفيذها من قبل جميع عقد الشبكة، ولا يمكن لأحد تجاوز هذه القيود.

عملية التعدين المحددة: أربع خطوات رئيسية

الخطوة الأولى: إجراء عملية تجزئة على المعاملة

عندما يقوم المستخدمون بإجراء تحويلات للعملات المشفرة، تدخل المعاملة إلى تجمع الذاكرة (mempool) في انتظار المعالجة. تتمثل المهمة الأولى للعمال في سحب المعاملات التي تنتظر التأكيد من تجمع الذاكرة، وتحويل كل معاملة إلى مجموعة من الأرقام والحروف ذات الطول الثابت عبر دالة التجزئة.

كل تجزئة صفقة تشبه “بصمة” تلك الصفقة، تمثل معرفًا فريدًا لجميع المعلومات داخل الصفقة. بالإضافة إلى ذلك، يقوم المعدّنون بإنشاء “صفقة كوينباس” خاصة لتوزيع مكافأة الكتلة على أنفسهم، وهذه هي الطريقة لتحقيق سك رموز جديدة. عادةً ما تكون هذه الصفقة هي السجل الأول في الكتلة الجديدة.

الخطوة الثانية: بناء هيكل شجرة التجزئة

بعد تجزئة جميع المعاملات، يحتاج المعدنون إلى تنظيم هذه القيم المجزأة في هيكل يسمى “شجرة التجزئة” (شجرة ميركل).

الطريقة المحددة هي: بعد إقران قيمتين هاش، يتم إجراء هاش ثانٍ، ثم يتم الاستمرار في إقران الهشات الجديدة، خطوة بخطوة حتى يتبقى هاش واحد فقط. يتم تسمية هذا الهش النهائي “جذر هاش” أو “جذر ميركل”، وهو يختصر ويعبر عن جميع معلومات المعاملات في هذه الكتلة.

الخطوة الثالثة: البحث عن رأس كتلة صالح

كل كتلة تحتاج إلى معرف فريد، وهو “رأس الكتلة”. يجب على المنجمين دمج تجزئة الكتلة السابقة، وتجميع تجزئة الكتلة المرشحة الحالية، ورقم عشوائي يسمى “رقم عشوائي” (nonce)، ثم معالجته من خلال دالة التجزئة.

الهدف هو العثور على قيمة إخراج معينة (هاش الكتلة) تكون أقل من القيمة المستهدفة التي حددها البروتوكول. على سبيل المثال، يجب أن يبدأ هاش الكتلة الفعّال في البيتكوين بعدد معين من الأصفار - يُطلق على هذا المعيار “صعوبة التعدين”.

نظرًا لأن القيم المدخلة السابقة ثابتة، يمكن للعمال المناجم فقط إجراء عدد كبير من المحاولات من خلال تغيير الرقم العشوائي باستمرار حتى يجدوا قيمة تجزئة تلبي الشروط. وهذا ما يسمى “إثبات العمل”.

الخطوة الرابعة: بث الكتلة إلى الشبكة

بمجرد أن يجد المعدن تجزئة كتلة صالحة، سيرسل الكتلة الكاملة إلى الشبكة على الفور. ستتحقق العقد الأخرى من صحة هذه الكتلة، وإذا اجتازت التحقق، ستضيف كل عقدة النسخة الخاصة بها إلى نسخ سلسلة الكتل الخاصة بها.

في هذه المرحلة، أصبحت منطقة الكتلة المرشحة كتلة مؤكدة، ودخلت مسابقة التعدين الجولة التالية. سيتخلى أولئك المعدنون الذين لم يتمكنوا من العثور على تجزئة صالحة في الوقت المحدد عن العمل الحالي، ويبدأون في التنافس على الكتلة التالية.

ماذا يحدث عندما يجد العديد من المعدنين كتلة في نفس الوقت؟

في بعض الأحيان يحدث أن يكتشف اثنان من عمال المناجم كتلة صالحة تقريبًا في نفس الوقت ويقومون ببثها إلى الشبكة. مما يؤدي إلى ظهور كتلتين متنافستين في الشبكة، وينقسم الشبكة مؤقتًا إلى نسختين.

سيستمر عمال المناجم في الحفر عن الكتلة التالية على السلسلة التي يعتقدون أنها صحيحة. تستمر هذه المنافسة حتى يجد شخص ما كتلة جديدة على إحدى السلاسل - ستعتبر هذه الكتلة الجديدة “كتلة فائزة”، بينما ستُعتبر الكتل على السلسلة الأخرى مهجورة، وتسمى “كتل يتيمة”. سيعود عمال المناجم الذين اختاروا الكتل اليتيمة إلى السلسلة الرئيسية ويبدؤون الحفر من جديد. يضمن هذا النظام أن الشبكة ستتجمع في النهاية دائمًا على سلسلة واحدة.

تعديل الصعوبة: تصميم ذكي للحفاظ على استقرار الشبكة

تقوم البروتوكولات بضبط صعوبة التعدين تلقائيًا بشكل دوري، والهدف هو الحفاظ على سرعة إنتاج الكتل الجديدة مستقرة نسبيًا بغض النظر عن كيفية تغير قوة الشبكة. هذه هي سر إمدادات الرموز الجديدة التي يمكن التنبؤ بها وثابتة.

عندما ينضم المزيد من عمال المناجم إلى الشبكة وتزداد المنافسة، يقوم النظام تلقائيًا بزيادة الصعوبة، مما يزيد من عدد المحاولات المطلوبة للعثور على هاش صالح. على العكس من ذلك، إذا غادر عدد كبير من عمال المناجم أو انسحبوا، ستنخفض الصعوبة، مما يجعل التعدين أسهل نسبيًا. يضمن هذا النظام الديناميكي للتعديل أن يظل متوسط فترة إنتاج الكتل عند المستوى المحدد بغض النظر عن الظروف.

مقارنة بين طرق التعدين الرئيسية

تعدين CPU: أصبح من الماضي

في المراحل المبكرة من البيتكوين، كانت وحدة المعالجة المركزية للكمبيوتر العادي كافية للتعدين. في ذلك الوقت كانت الصعوبة منخفضة والعائدات جيدة، وكان بإمكان أي شخص المشاركة. ولكن مع انضمام المزيد من الأشخاص، زادت قوة الحوسبة في الشبكة، وأصبحت قدرة وحدة المعالجة المركزية على المعالجة غير تنافسية. الآن، لم يعد تعدين وحدة المعالجة المركزية عمليًا، وقد تم استبعاده.

تعدين GPU: مرن ولكن ذو كفاءة محدودة

وحدة معالجة الرسوميات ( GPU ) كانت تستخدم في البداية لألعاب الفيديو ومعالجة الصور، ولكن قدرتها على الحساب المتوازي تجعلها مناسبة أيضًا للتعدين. بالمقارنة مع الأجهزة الاحترافية، فإن تكلفة GPU منخفضة نسبيًا وتطبيقاتها مرنة، مما يجعلها قادرة على تعدين أنواع مختلفة من العملات التي تعتمد على إثبات العمل (PoW). ومع ذلك، فإن الكفاءة تتأثر بصعوبة التعدين والخوارزمية، وعادةً ما تكون أقل من ASIC.

ASIC: ملك الكفاءة ولكن التكلفة مرتفعة

تعتبر الدوائر المتكاملة للتطبيقات الخاصة (ASIC) أجهزة مخصصة مصممة خصيصًا للتعدين. تشتهر بكفاءتها العالية في استهلاك الطاقة، لكنها باهظة الثمن، ومع تقدم التكنولوجيا، تصبح الطرازات القديمة من ASIC عتيقة بسرعة. في العمليات على نطاق واسع، تعتبر ASIC الخيار الأكثر اقتصادية، ولكن بالنسبة للمستثمرين الأفراد الصغار، فإن عتبة الاستثمار مرتفعة.

بركة: وسيلة لتقليل المخاطر الشخصية

احتمالية أن يعثر عامل منجم فردي على كتلة منخفضة للغاية، خاصةً بالنسبة لأولئك الذين لديهم قدرة حسابية محدودة. وقد نشأت مجمعات التعدين - حيث تجمع قوة الحوسبة للعديد من عمال المناجم، مما يزيد بشكل كبير من احتمال الفوز بالمكافآت. عندما يكتشف المجمع كتلة جديدة، تُوزع المكافآت وفقًا لمقدار العمل الذي يساهم به كل عضو.

يمكن لحمامات التعدين أن تساعد المستثمرين الأفراد في تقليل ضغوط تكاليف الأجهزة والطاقة، ولكن قد تؤدي حمامات التعدين المركزية إلى مخاطر مثل هجمات 51% وما إلى ذلك من المخاوف.

التعدين السحابي: ثمن الراحة

طريقة استئجار موارد الحوسبة من الموردين بدلاً من شراء الأجهزة. هذا يقلل من عائق الدخول، لكنه يأتي أيضًا مع مخاطر الاحتيال ومشاكل عدم استقرار الربحية. يجب توخي الحذر عند اختيار مزودي خدمات التعدين السحابي للتحقق من سمعتهم.

تعدين البيتكوين: أكثر حالات الممارسة نضجًا

بيتكوين هو أشهر العملات المشفرة القابلة للتعدين، وآلية تعدينه تعتمد على إثبات العمل (PoW) الخوارزمية. تم اقتراح PoW من قبل ساتوشي ناكاموتو في عام 2008، وهو آلية الإجماع الأصلية في البلوكشين.

تتمثل الميزة الأساسية لـ PoW في أنه لا يحتاج إلى جهة مركزية مخولة، بل يمكنه أن يجعل المشاركين المنتشرين حول العالم يتوصلون إلى توافق. تعتمد هذه الآلية على الحوافز الاقتصادية وتكاليف الحساب للحد من السلوكيات الضارة - حيث تكون تكلفة التلاعب بالتاريخ أو شن الهجمات مرتفعة للغاية.

في شبكة PoW، يتنافس المعدنون لحل الألغاز التشفيرية وتجميع المعاملات في كتل. المعدن الذي يجد أول حل صالح يمكنه دفع الكتلة إلى سلسلة الكتل، وإذا اعتمدتها عقدة التحقق، يحصل هذا المعدن على مكافأة الكتلة.

تتناقص مكافأة كتلة البيتكوين بشكل دوري. حتى ديسمبر 2024، يحصل المعدنون على 3.125 BTC( بالإضافة إلى رسوم المعاملات) عند استخراج كتلة جديدة. كلما تم استخراج 210,000 كتلة( تقريبًا كل 4 سنوات)، تتناقص المكافأة إلى النصف. تضمن هذه الآلية تقليل المخزون الإجمالي للبيتكوين، حيث تمثل كل عملية تقليل للنصف حدثًا كبيرًا في السوق.

وضع الربح في التعدين: العوائد والمخاطر موجودة

تعدين العملات المشفرة يمكن أن يكون مربحًا بالفعل، ولكن يتعين على المستثمرين تقييم التكاليف والمخاطر والاستدامة بعمق.

العوامل الأساسية التي تؤثر على الأرباح تشمل:

تقلبات أسعار العملات: هذا هو العامل الأكثر تأثيرًا بشكل مباشر. عندما ترتفع أسعار العملات المشفرة، تكون المكافآت المحصلة أعلى عند تقييمها بالعملة المحلية؛ وعلى العكس، فإن انخفاض الأسعار سيقلل بشكل كبير من العوائد.

كفاءة التكلفة Hardware: تكاليف معدات التعدين الفعالة مرتفعة للغاية. يجب على المعدنين إيجاد نقطة توازن بين استثمار الأجهزة والأرباح المتوقعة، وحساب فترة استرداد الاستثمار.

نفقات الكهرباء: تعتبر فواتير الكهرباء هي التكلفة التشغيلية الرئيسية للتعدين. إذا كانت أسعار الكهرباء مرتفعة جدًا، فقد تتجاوز فواتير الكهرباء الإيرادات، مما يؤدي إلى خسائر في المشروع. عادةً ما يختار عمال المناجم نشرهم في المناطق التي تكون فيها الكهرباء رخيصة.

ضغط تحديث الأجهزة: أجهزة التعدين عرضة للتقادم. الأداء للنماذج الجديدة يتفوق بشكل كبير على القديمة، وإذا لم يكن هناك ميزانية للتحديث، فإن الأجهزة القديمة ستفقد تنافسيتها بسرعة، مما يضغط على هامش الربح.

تغييرات على مستوى البروتوكول: يمكن أن تؤدي تحديثات البروتوكول إلى تغييرات كبيرة في اقتصاديات التعدين. على سبيل المثال، يؤدي تقليص مكافأة الكتلة الخاصة بالبيتكوين مباشرة إلى تقليل المكافآت؛ قد تنتقل بعض سلاسل الكتل من إثبات العمل إلى آليات إجماع أخرى. في سبتمبر 2022، انتقلت الإيثيريوم بالكامل من إثبات العمل إلى إثبات الحصة (PoS)، مما أدى إلى عدم الحاجة إلى التعدين في هذه السلسلة - مما جعل الكثير من عمال تعدين الإيثيريوم عاطلين عن العمل، وهذه حالة بارزة لتأثير تطور البروتوكول على صناعة التعدين.

يجب على أي شخص يفكر في دخول صناعة التعدين إجراء بحث شامل بنفسه (DYOR)، وتقييم جميع المخاطر والفوائد المحتملة بشكل منهجي.

ملخص: لماذا التعدين مهم

تعدين العملات الرقمية هو جزء أساسي من بيتكوين وغيرها من سلاسل الكتل التي تعتمد على إثبات العمل (PoW)، وتتمثل أدواره الأساسية في ثلاثة: الحفاظ على أمان الشبكة، ضمان صحة المعاملات، واستقرار عرض الرموز الجديدة.

تتميز عملية التعدين بوضوح بمزاياها - حيث يمكن الحصول على دخل مباشر من مكافآت الكتل. لكن عيوبها بارزة بنفس القدر - حيث تعتمد الأرباح على العديد من العوامل غير القابلة للتحكم، وخاصة تكاليف الطاقة وظروف السوق.

قبل اتخاذ قرار الاستثمار في التعدين، من الضروري إجراء بحث شامل، وفهم المبادئ التقنية، وتقييم الجدوى الاقتصادية، وفهم مخاطر السوق. هذه ليست استثمارًا سهلًا لتحقيق عائد سريع، بل تتطلب تخطيطًا طويل الأجل ووعيًا بالمخاطر.