Блокчейн Майнінг основна логіка роботи: від принципу до практики

Швидкий старт

Що таке видобуток для блокчейнів на основі PoW? Простими словами:

• Майнери відповідають за перевірку незавершених транзакцій та їх організацію в нові блоки, що є ключовим механізмом для забезпечення безпеки мережі.
• Майнінг одночасно виконує обов'язок випуску нових криптовалют, але підлягає суворим правилам угоди.
• Майнери вкладають обчислювальну потужність для вирішення криптографічних задач, перший, хто знайде відповідь, отримує винагороду за блок.
• Прибутковість залежить від кількох факторів: витрати на апаратуру, витрати на електроенергію, коливання цін на монети, корекція складності мережі

Як видобуток підтримує роботу блокчейну?

Уявіть собі глобальний розподілений реєстр, у якому записується кожна транзакція з криптовалютою. Хто відповідає за перевірку та запис? Відповідь — майнери.

Біткоїн ( BTC ) та інші PoW блокчейни покладаються на майнерів для забезпечення дійсності транзакцій. Майнери використовують спеціалізоване обчислювальне обладнання для розв'язання математичних задач, щоб впорядкувати транзакції, що чекають на підтвердження. Коли певний майнер першим знаходить дійсне рішення, він отримує право додати новий блок до блокчейну, а також отримує нові монети та комісійні збори за транзакції в якості винагороди.

Чому ця система важлива? Вона дозволяє таким криптовалютам, як біткойн, функціонувати в повністю децентралізованому середовищі, досягаючи загальної згоди в мережі без жодного центрального органу. Водночас величезні обчислювальні ресурси, які вкладають майнери, є економічним стримуванням шахрайських дій — щоб змінити історичний блок, зловмисник повинен вкласти більше коштів, ніж вся обчислювальна потужність мережі, що економічно недоцільно.

Процес створення нових токенів звучить як друк грошей, але насправді він регулюється суворими правилами. Ці правила закладені в протокол блокчейну і контролюються всіма вузлами мережі, ніхто не може порушити ці обмеження.

Конкретний процес майнінгу: чотири ключові етапи

Перший крок: провести хешування транзакції

Коли користувач здійснює переказ криптовалюти, ця транзакція потрапляє в мемпул (mempool) в очікуванні обробки. Першим завданням майнера є взяти непідтверджені транзакції з мемпулу і за допомогою хеш-функції перетворити кожну транзакцію в комбінацію фіксованої довжини з цифр і букв.

Кожен хеш транзакції подібний до «відбитка пальця» цієї транзакції, що представляє собою унікальну ідентифікацію всієї інформації в транзакції. Крім того, майнери створюють спеціальну «coinbase транзакцію» для виплати собі блочного винагороду, що є шляхом до створення нових токенів. Зазвичай ця транзакція є першим записом в новому блоці.

Другий крок: побудова структури хеш-дерева

Після хешування всіх транзакцій, майнери повинні організувати ці хеш-значення в структуру, що називається “хеш-дерево” (дерево Меркла).

Конкретний метод полягає в тому, що після парування двох хеш-значень виконується вторинне хешування, а новий вихід продовжує паруватися для хешування, проходячи крізь кілька рівнів, поки не залишиться лише одне хеш-значення. Це фінальне хеш-значення називається “кореневим хешем” або “Merkle-коренем”, воно концентрує інформацію про всі транзакції в цьому блоці.

Третій крок: знайти дійсний заголовок блоку

Кожен блок потребує унікального ідентифікатора, відомого як «заголовок блоку». Майнери повинні об'єднати хеш попереднього блоку, корінний хеш поточного кандидатного блоку та випадкове число, яке називається «nonce» (, а потім обробити його за допомогою функції хешування.

Мета полягає в тому, щоб знайти певне значення виходу (блоковий хеш), яке менше за цільове значення, встановлене протоколом. Наприклад, у випадку з біткоїном, дійсний блоковий хеш повинен починатися з певної кількості нулів — цей стандарт називається «складністю видобутку».

Оскільки два попередні вхідні значення є фіксованими, майнери можуть лише безперервно змінювати випадкове число, щоб здійснити велику кількість спроб, поки не знайдуть хеш-значення, яке відповідає умовам. Це так зване «доказ роботи».

) Четвертий крок: поширити блок у мережі

Як тільки майнер знайде дійсний хеш блоку, він негайно надішле повний блок у всю мережу. Інші верифікаційні вузли перевірять, чи відповідає цей блок правилам, і якщо він пройде верифікацію, кожен вузол додасть його до своїх копій блокчейну.

У цей час候選區塊 офіційно перетворюється на підтверджений блок, а гонка за видобуток переходить до наступного етапу. Ті, хто не встиг знайти дійсний хеш, відмовляться від поточної роботи та почнуть боротися за наступний блок.

Що відбувається, коли кілька майнерів одночасно знаходять блок?

Іноді трапляється ситуація, коли два майнери майже одночасно знаходять дійсний блок і транслюють його в мережу. Це призводить до появи двох конкурентних блоків у мережі, і вся мережа тимчасово ділиться на дві версії.

Майнери продовжать видобувати наступний блок на тій ланцюзі, яку вважають правильною. Це змагання триває до тих пір, поки хтось не знайде новий блок на якійсь із ланцюгів — цей новий блок вважається «виграшним», а блоки на іншій ланцюзі відкидаються, їх називають «сирітськими блоками». Майнери, які обрали сирітський блок, повертаються на основний ланцюг, щоб знову почати видобуток. Цей механізм забезпечує, що в кінцевому підсумку вся мережа завжди зводиться до одного ланцюга.

Налаштування складності: геніальний дизайн для підтримки стабільності мережі

Протокол регулярно автоматично коригує складність видобутку, мета якого полягає в тому, щоб, незважаючи на зміни загальної потужності мережі, швидкість створення нових блоків завжди залишалася відносно стабільною. Це і є секрет того, що нове постачання токенів може бути як передбачуваним, так і стабільним.

Коли більше майнерів приєднуються до мережі та конкуренція зростає, система автоматично підвищує складність, збільшуючи кількість спроб, необхідних для знаходження дійсного хешу. І навпаки, якщо велика кількість майнерів виходить з онлайну або покидає мережу, складність знижується, що робить майнінг відносно легким. Цей динамічний механізм налаштування забезпечує, що середній інтервал створення блоків залишається на запланованому рівні незалежно від обставин.

Порівняння основних способів видобутку

Видобуток на ЦП: вже в минулому

На ранніх етапах біткойна звичайний процесор комп'ютера був достатнім для майнінгу. Тоді складність була низькою, а прибуток - значним, будь-хто міг брати участь. Але з ростом числа учасників загальна обчислювальна потужність мережі зросла, а обробна здатність процесора більше не мала конкурентних переваг. Сьогодні майнінг на процесорах практично неможливий, він вийшов з гри.

GPU-майнінг: гнучкий, але з обмеженою ефективністю

Графічні процесори ### GPU ( спочатку використовувалися для відеоігор та обробки зображень, але їх паралельна обчислювальна здатність також робить їх підходящими для видобутку. На відміну від спеціалізованого обладнання, вартість GPU відносно низька, а застосування гнучке, що дозволяє видобувати різні монети PoW. Проте ефективність залежить від складності видобутку та алгоритму, зазвичай вона нижча, ніж у ASIC.

) ASIC: король ефективності, але з високою вартістю

Спеціальні інтегральні схеми ### ASIC ( спеціально розроблені для видобутку. Вони відомі своєю високою енергоефективністю, але мають високу ціну, і з розвитком технологій старі моделі ASIC швидко застарівають. При масовій експлуатації ASIC є найбільш економічним вибором, але для малих інвесторів поріг входу є дуже високим.

) Крипто-майнінг: спосіб зменшення особистих ризиків

Ймовірність того, що окремий майнер знайде блок, надзвичайно низька, особливо для тих, хто має обмежену обчислювальну потужність. Тому виникли майнінгові пули — вони об'єднують обчислювальну потужність багатьох майнерів, що значно підвищує ймовірність отримання винагороди. Коли майнінговий пул знаходить новий блок, винагорода розподіляється відповідно до внесеного кожним учасником обсягу роботи.

Майнінгові пули можуть допомогти малим інвесторам розділити тягар витрат на апаратуру та електроенергію, але централізовані майнінгові пули можуть нести ризик атак 51% та інші побоювання.

Хмарний майнінг: зручна ціна

Не купуючи апаратуру, а орендуючи обчислювальні ресурси у постачальників. Це знижує бар'єр для входу, але також супроводжується ризиками шахрайства та нестабільністю прибутковості. Під час вибору постачальника послуг хмарного майнінгу необхідно обережно оцінювати репутацію.

Майнинг Біткойна: найрозвиненіший практичний приклад

Біткойн є найвідомішою криптовалютою, що підлягає видобутку, а його механізм видобутку базується на алгоритмі Proof of Work###PoW(. PoW був запропонований Сатоші Накамото у 2008 році і є початковим механізмом консенсусу блокчейну.

Основна перевага PoW полягає в тому, що він дозволяє учасникам, розташованим по всьому світу, досягати консенсусу без необхідності в централізованому уповноваженому органі. Цей механізм обмежує зловмисну поведінку за допомогою економічних стимулів і вартості обчислень — вартість спроби змінити історію або розпочати атаку є надзвичайно високою.

У мережі PoW майнери змагаються у розв'язанні криптографічних головоломок і упаковують транзакції в блоки. Перший, хто знайде дійсне рішення, може надіслати блок до блокчейну, і якщо вузли верифікації його приймуть, цей майнер отримає винагороду за блок.

Нагорода за блоки біткоїнів періодично зменшується вдвічі. Станом на грудень 2024 року, майнери отримують 3.125 BTC) за кожен новий блок, плюс комісії за транзакції(. Кожного разу, коли видобувається 210 000 блоків) приблизно раз на 4 роки(, нагорода зменшується вдвічі. Цей механізм зменшення нагороди забезпечує дефіцит загальної пропозиції біткоїнів, і кожне зменшення нагороди є значною подією на ринку.

Прибутковість видобутку: прибутки та ризики одночасно

Криптовалютний майнінг дійсно може бути прибутковим, але інвесторам потрібно ретельно оцінити витрати, ризики та стійкість.

Основні фактори, що впливають на прибуток:

Ціна криптовалюти: це найбільш безпосередній фактор впливу. Коли ціна криптовалюти зростає, винагороди в фіатній валюті оцінюються вище; навпаки, падіння ціни значно скорочує прибутки.

Ефективність обладнання та витрати: вартість ефективного майнінгового обладнання є дуже високою. Майнери повинні знайти баланс між інвестиціями в обладнання та очікуваним прибутком, розрахувати термін окупності інвестицій.

Витрати на електроенергію: рахунки за електрику є основними постійними витратами на видобуток. Якщо ціна на електрику занадто висока, витрати на електроенергію можуть перевищити доходи, що призведе до збитків проекту. Шахтарі зазвичай обирають регіони з дешевою електроенергією для розгортання.

Тиск оновлення апаратного забезпечення: обладнання для видобутку криптовалюти швидко застаріває. Нові моделі значно перевершують старі, і якщо немає бюджету на оновлення, старе обладнання швидко втрачає конкурентоспроможність, а прибуток зменшується.

Зміни на рівні протоколу: оновлення протоколу може суттєво змінити економіку майнінгу. Наприклад, зменшення винагороди за блок під час халвінгу біткойна; деякі блокчейни можуть перейти з PoW на інші механізми консенсусу. У вересні 2022 року Ethereum повністю перейшов з PoW на доказ частки ) PoS (, що призвело до того, що ця мережа більше не потребує майнінгу — внаслідок цього багато майнерів Ethereum опинилися без роботи, що є значним прикладом впливу еволюції протоколу на індустрію майнінгу.

Будь-хто, хто розглядає можливість входження в індустрію майнінгу, повинен провести належне власне дослідження )DYOR(, систематично оцінюючи всі потенційні ризики та можливі вигоди.

Підсумок: чому важливе майнінг

Майнінг криптовалют є необхідною складовою Bitcoin та інших PoW блокчейнів, його основні функції три: підтримка безпеки мережі, забезпечення дійсності транзакцій, стабілізація постачання нових токенів.

Майнінг має очевидні переваги — можна отримувати пряму винагороду за блоки. Але його недоліки також помітні — прибуток залежить від багатьох неконтрольованих факторів, зокрема, вартості електроенергії та ринкових тенденцій.

Перед тим, як вирішити інвестувати в видобуток, обов'язково проведіть всебічне дослідження, зрозумійте технічні принципи, оцініть економічну доцільність, дізнайтеся про ринкові ризики. Це не легка інвестиція з швидким поверненням, а вимагає довгострокового планування та усвідомлення ризиків.