Что такое майнинг криптовалюты и как он работает

Криптовалютный майнинг обеспечивает безопасность и децентрализацию криптовалют (таких как биткоин), основанных на механизме консенсуса Proof of Work (PoW). В ходе этого процесса транзакции пользователей проверяются и добавляются в публичный реестр блокчейна. Таким образом, именно майнинг обеспечивает функционирование Биткоина без необходимости в централизованном органе управления.

Майнинг также отвечает за добавление новых монет в обращение. При этом майнинг криптовалют строго регламентируется набором правил, которые управляют процессом и предотвращают произвольное создание новых монет. Эти правила встроены в базовые протоколы криптовалют и распространяются на всю сеть из тысяч нод.

Для создания новых единиц криптовалюты майнеры задействуют вычислительные мощности, решая сложные криптографические головоломки. Первый майнер, нашедший решение, добавляет свой блок в блокчейн и получает вознаграждение за блок.

Как работает майнинг криптовалюты?

Все новые транзакции в блокчейне отправляются в так называемый пул памяти. Задача майнера заключается в том, чтобы проверить достоверность транзакций в обработке и объединить их в блоки.

Блок можно представить в виде страницы реестра блокчейна, куда вносятся несколько транзакций (вместе с другими данными). В частности, майнинг-нода отвечает за сбор неподтвержденных транзакций из пула памяти и их объединение в блок-кандидат.

После этого майнер пытается преобразовать свой блок-кандидат в подтвержденный блок. Для этого необходимо найти решение сложной математической задачи, затратив немало вычислительной мощности. За каждый успешно созданный блок майнер получает вознаграждение, состоящее из новых единиц криптовалюты и комиссий за транзакции. Далее мы рассмотрим этот процесс в деталях.

Шаг 1. Хеширование транзакций

На первом этапе майнер извлекает необработанные транзакции из пула памяти и поочередно хеширует их. При хешировании каждой части данных майнер получает результат фиксированного размера под названием хеш.

В контексте майнинга хеш каждой транзакции состоит из строки цифр и букв, которая служит идентификатором. Хеш транзакции содержит всю информацию, содержащуюся в этой транзакции.

Помимо хеширования и подтверждения каждой транзакции по отдельности, майнер также добавляет собственную транзакцию, в которой он отправляет себе вознаграждение за блок. Эта транзакция называется coinbase, и она генерирует новые монеты. В большинстве случаев транзакция coinbase первой добавляется в новый блок, и за ней следуют все остальные неподтвержденные транзакции.

Шаг 2. Создание дерева Меркла

После хеширования каждой транзакции хеши организуются в структуру под названием дерево Меркла (или хеш-дерево). Дерево Меркла формируется путем организации хешей транзакции в пары с их последующим хешированием.

Затем новые полученные хеши объединяются в пары и снова хешируются. Процесс повторяется до тех пор, пока не будет получен один хеш. Этот последний хеш также называется корневым хешем (или корнем Меркла) и включает в себя все предыдущие хеши, которые использовались для его создания.

Дерево Меркла создается путем организации хешей транзакций в пары и их последующего хеширования.

Шаг 3. Поиск действительного заголовка блока (хеша блока)

Заголовок блока выступает в качестве идентификатора для каждого отдельного блока, то есть каждый блок имеет уникальный хеш. При создании нового блока майнеры объединяют хеш предыдущего блока с корневым хешем своего блока-кандидата, чтобы получить новый хеш блока. Помимо этого, они также добавляют произвольное число под названием nonce.

Таким образом, при попытке подтверждения своего блока-кандидата майнер должен объединить корневой хеш, хеш предыдущего блока и значение nonce, а затем хешировать их. Этот процесс повторяется до тех пор, пока не будет найден действительный хеш.

Корневой хеш и хеш предыдущего блока нельзя изменить, поэтому майнеры должны менять значение nonce, пока не будет найден действительный хеш. Этот хеш должен быть меньше целевого значения, определенного протоколом. При майнинге в сети Биткоина хеш блока должен начинаться с определенного количества нулей (это называется сложностью майнинга).

Шаг 4. Передача блока

Как мы выяснили, майнерам приходится многократно хешировать заголовок блока с разными значениями nonce. Они делают это до тех пор, пока не найдут действительный хеш блока, после чего майнер передает этот блок в сеть. Все остальные ноды проверяют действительность блока и хеша и, если все верно, добавляют его в свою копию блокчейна.

В этот момент блок-кандидат становится подтвержденным, и все майнеры переходят к майнингу следующего. Те майнеры, которые не успели найти действительный хеш, удаляют свой блок-кандидат, и начинают все заново.

Что делать, если одновременно добываются два блока?

Иногда два майнера одновременно передают действительный блок, и в сети появляются два конкурирующих блока. Тогда майнеры переходят к майнингу следующего блока на основе переданного ими блока. Это приводит к (временному) разделению сети на две версии блокчейна.

Конкуренция продолжается до тех пор, пока не будет добыт следующий блок, опередивший все блоки-конкуренты. После создания нового блока предыдущий блок этого же майнера будет считаться победителем. Брошенный блок другого майнера называется сиротским или отцепленным. Все майнеры, выбравшие этот блок, переключаются на блок-победитель и продолжают майнинг на его основе.

Что такое сложность майнинга

Сложность майнинга постоянно регулируется протоколом для обеспечения стабильных темпов создания новых блоков и, в свою очередь, предсказуемой эмиссии новых монет. Сложность меняется в зависимости от объема вычислительной мощности (хешрейта) сети.

Таким образом, каждый раз, когда к сети присоединяются новые майнеры и растет конкуренция, сложность хеширования возрастает, предотвращая сокращение среднего времени создания блока. И наоборот, если множество майнеров покинут сеть, сложность хеширования снизится, и создать новый блок станет легче. Такие корректировки поддерживают стабильное время создания блока, независимо от общей вычислительной мощности сети.

Типы майнинга криптовалюты

Существует несколько способов майнить криптовалюту. Оборудование и процесс майнинга постоянно меняются по мере появления новых устройств и алгоритмов консенсуса. Обычно майнеры используют специализированные вычислительные установки для решения сложных криптографических уравнений. Давайте рассмотрим самые распространенные способы майнинга.

Майнинг с помощью процессора

Майнинг с помощью центрального процессора (ЦП) предполагает использование ЦП компьютера для выполнения хеширования в консенсусе PoW. В первые годы существования Биткоина стоимость майнинга и требования к участникам были довольно низкими, а с его сложностью мог справиться процессор обычного компьютера. В результате любой желающий мог майнить BTC и другие криптовалюты.

Однако по мере увеличения количества майнеров хешрейт сети рос, а вместе с ней и сложность прибыльного майнинга. Кроме того, появление специализированного оборудования с большей вычислительной мощностью сделало майнинг на процессорах практически невозможным. Сейчас майнинг с помощью ЦП — это нежизнеспособный вариант, поскольку все майнеры используют специализированное оборудование.

Майнинг с помощью графического процессора

Графические процессоры (GPU) предназначены для одновременной обработки широкого спектра операций. Хотя они, как правило, используются для видеоигр или рендеринга графики, их также можно использовать и для майнинга.

Стоимость графических процессоров относительно невысока и, в отличие от оборудования для майнинга ASIC, они могут выполнять множество разных задач. Их также можно использовать для майнинга некоторых альткоинов, но эффективность будет зависеть от алгоритма и сложности майнинга.

Майнинг с помощью ASIC

Интегральная схема специального назначения (ASIC) предназначена для одной конкретной цели. В пространстве криптовалют так называют специализированное оборудование, разработанное для майнинга. ASIC майнер высокоэффективен, но требует немалых затрат. Поскольку оборудование ASIC — это передовые технологии в сфере майнинга, такие установки обходятся гораздо дороже, чем использование центральных или графических процессоров.

Кроме того, в результате постоянного развития ASIC предыдущие модели быстро устаревают и нуждаются в регулярной замене. Даже без учета затрат на электроэнергию, необходимость покупать новые установки ASIC делает майнинг на них крайне дорогостоящим.

Майнинг-пулы

Поскольку майнеры конкурируют, стремясь получить вознаграждение за блок, вероятность найти действительный хеш крайне мала. У майнеров с небольшими вычислительными мощностями очень мало шансов самостоятельно найти следующий блок. Для решения этой проблемы были созданы майнинг-пулы.

Майнинг-пулы — это группы майнеров, которые объединяют свои ресурсы (мощность хеширования) с целью увеличить вероятность обнаружения блока и получить вознаграждение. Если пул успешно находит блок, майнеры в пуле делят вознаграждение между собой в соответствии с выполненным объемом работы.

Майнинг-пулы привлекательны для независимых майнеров, так как они позволяют сократить затраты на оборудование и электричество, но доминирование этих пулов в майнинге повышает риск атаки на сеть до 51%.

Что такое майнинг биткоина и как он работает

Биткоин — это наиболее известная криптовалюта, прошедшая проверку временем. Биткоины можно майнить на основе алгоритма консенсуса PoW.

PoW — это механизм консенсуса блокчейна, созданный Сатоши Накамото и представленный в 2008 году в whitepaper Биткоина. PoW определяет, как сеть блокчейна достигает консенсуса между всеми распределенными участниками без вовлечения сторонних посредников. В рамках этого механизма злоумышленникам потребуются значительные вычислительные мощности для совершения атаки.

Как мы упоминали выше, майнеры проверяют транзакции в сети с механизмом PoW и конкурируют в решении сложных криптографических головоломок с помощью специализированного оборудования для майнинга. Первый майнер, которому удается найти решение этих математических задач, добавляет свой блок в блокчейн и получает вознаграждение за блок.

Размер криптовалютного вознаграждения зависит от используемого блокчейна. Например, по состоянию на декабрь 2021 года в блокчейне Биткоина вознаграждение за блок составляет 6,25 BTC. В Биткоине используется механизм халвинга, который сокращает вознаграждение в BTC наполовину каждые 210 000 блоков (примерно раз в четыре года).

Прибыльность майнинга криптовалют в 2023 году

На криптовалюте вполне возможно зарабатывать, однако это требует тщательного изучения, управления рисками и проведения исследований. Также необходимо грамотно инвестировать средства и учитывать затраты на оборудование, волатильность цен на криптовалюту и возможные изменения в криптовалютном протоколе. Для обеспечения защиты майнеры применяют методы управления рисками и заранее оценивают потенциальные затраты и выгоды от майнинга.

Прибыльность майнинга криптовалют зависит от нескольких факторов, один из которых — изменения цен на криптовалюту. Когда цены растут, фиатная стоимость вознаграждения за майнинг также увеличивается. И наоборот, прибыльность будет снижаться вместе со снижением цен.

Эффективность оборудования для майнинга — это ключевой фактор, определяющий прибыльность майнинга. Оборудование для майнинга может быть дорогостоящим, поэтому майнеры должны соизмерять стоимость своих установок с потенциальной прибылью, которую они могут получить. Еще один важный фактор — стоимость электроэнергии. Слишком высокие затраты на электричество могут превзойти доходы и сделать майнинг нерентабельным.

Кроме того, оборудование для майнинга нужно регулярно менять, поскольку оно быстро устаревает. Новые модели будут более производительными, а потому майнеры без финансовой возможности обновить свои установки не смогут сохранять конкурентоспособность.

И последнее, но не менее важное, — это изменения на уровне протокола. Например, снижение курса биткоина в два раза может повлиять на прибыльность майнинга, поскольку оно сократит вознаграждение за блок вдвое. Кроме того, в сентябре 2022 года Ethereum полностью перешел от механизма консенсуса PoW к механизму Proof of Stake (PoS), полностью исключив майнинг из сети.