Khai thác tiền điện tử: nó là gì và hoạt động như thế nào

Cẩn thận! Nhiều văn bản.

• Khai thác tiền điện tử được sử dụng để kiểm tra và xác nhận các giao dịch trong blockchain, cũng như tạo ra các đơn vị mới của tiền điện tử.

• Công việc của các thợ mỏ đòi hỏi nhiều tài nguyên tính toán, nhưng nó là cần thiết để đảm bảo an ninh cho mạng blockchain.

Khai thác tiền điện tử là gì

Khai thác tiền điện tử là một quá trình cơ bản, đảm bảo an ninh và phân cấp cho các loại tiền điện tử dựa trên cơ chế đồng thuận Proof of Work (PoW). Trong quá trình này, các thợ mỏ xác minh các giao dịch của người dùng và thêm chúng vào sổ cái công khai của blockchain. Chính nhờ vào việc khai thác mà các loại tiền điện tử như bitcoin có thể hoạt động mà không cần một cơ quan quản lý tập trung.

Các chức năng chính của việc khai thác:

1. Kiểm tra và xác nhận giao dịch
2. Duy trì an ninh mạng
3. Phát hành đồng tiền mới vào lưu thông

Việc khai thác tiền điện tử được quy định nghiêm ngặt bởi một tập hợp các quy tắc, nhằm ngăn chặn việc tạo ra các đồng tiền mới một cách tùy ý. Những quy tắc này được tích hợp vào các giao thức cơ bản của tiền điện tử và áp dụng cho toàn bộ mạng lưới gồm hàng nghìn nút.

Khai thác tiền điện tử hoạt động như thế nào?

Quá trình khai thác có thể được chia thành nhiều giai đoạn liên tiếp. Đầu tiên, tất cả các giao dịch mới được gửi vào bộ nhớ tạm (mempool). Nhiệm vụ của thợ đào là xác minh tính hợp lệ của các giao dịch này và kết hợp chúng thành một khối.

Khối có thể được xem như một trang trong sổ cái blockchain, nơi ghi lại thông tin về một số giao dịch. Node khai thác thu thập các giao dịch chưa được xác nhận từ pool bộ nhớ và hình thành khối ứng cử.

Sau khi hình thành khối ứng cử, thợ mỏ cố gắng chuyển đổi nó thành khối đã xác nhận bằng cách giải một bài toán toán học phức tạp, đòi hỏi tài nguyên tính toán đáng kể. Đối với mỗi khối được tạo thành công, thợ mỏ nhận được phần thưởng dưới dạng các đồng xu mới và phí giao dịch.

Bước 1. Băm giao dịch

Trong giai đoạn đầu tiên, thợ mỏ khai thác các giao dịch chưa xử lý từ bộ nhớ và băm chúng. Băm là quá trình chuyển đổi dữ liệu đầu vào bất kỳ kích thước nào thành dữ liệu đầu ra có độ dài cố định (hesh).

Mỗi giao dịch có một hash đại diện cho một chuỗi duy nhất của các chữ số và chữ cái, đóng vai trò là định danh. Quan trọng là hash chứa tất cả thông tin về giao dịch dưới dạng nén.

Ngoài việc băm các giao dịch của người dùng, thợ mỏ thêm giao dịch của riêng mình, được gọi là coinbase, trong đó gửi phần thưởng cho mình cho khối. Giao dịch này tạo ra các đồng tiền mới và thường được đặt đầu tiên trong khối mới.

Bước 2. Tạo cây Merkle

Sau khi băm tất cả các giao dịch, các hàm băm thu được được tổ chức thành một cấu trúc được gọi là cây Merkle hoặc cây băm. Cấu trúc này được hình thành bằng cách kết hợp tuần tự các cặp hàm băm của các giao dịch và băm lại chúng.

Quá trình kéo dài cho đến khi chỉ còn lại một băm - băm gốc (gốc Merkle). Băm này chứa thông tin về tất cả các giao dịch trong khối, cho phép kiểm tra tính toàn vẹn của dữ liệu một cách hiệu quả.

Bước 3. Tìm tiêu đề khối hợp lệ

Tiêu đề khối là một định danh duy nhất cho mỗi khối trong chuỗi. Khi tạo ra một khối mới, thợ mỏ kết hợp:

• Hash gốc của khối ứng viên của bạn
• Hash của khối trước trong chuỗi
• Số tùy ý (nonce)

Sau đó, thợ mỏ băm kết hợp dữ liệu này. Mục tiêu của thợ mỏ là tìm một giá trị nonce sao cho băm kết quả đáp ứng các yêu cầu nhất định (, chẳng hạn như bắt đầu với một số lượng số không nhất định ). Yêu cầu này được gọi là độ khó khai thác.

Bởi vì không thể dự đoán kết quả của việc băm, các thợ mỏ buộc phải thử nghiệm nhiều giá trị nonce khác nhau, thực hiện hàng triệu phép toán để tìm kiếm một băm phù hợp.

Bước 4. Truyền khối vào mạng

Khi một thợ mỏ tìm thấy một băm hợp lệ của khối, anh ta chuyển khối này vào mạng. Các nút khác kiểm tra tính hợp lệ của khối và, nếu mọi thứ đúng, thêm nó vào bản sao blockchain của họ.

Vào thời điểm này, ứng viên khối trở thành khối đã được xác nhận, và tất cả các thợ mỏ bắt đầu làm việc trên khối tiếp theo, sử dụng khối đã được xác nhận mới làm cơ sở.

Giải quyết xung đột khi khai thác khối đồng thời

Đôi khi, hai thợ mỏ cùng lúc tìm thấy các khối hợp lệ và truyền chúng vào mạng. Trong trường hợp này, một nhánh tạm thời của blockchain xuất hiện, khi một phần thợ mỏ tiếp tục làm việc dựa trên một khối, trong khi phần còn lại làm việc dựa trên khối khác.

Xung đột được giải quyết khi một trong các nhánh của chuỗi trở nên dài hơn nhánh kia. Theo quy tắc đồng thuận, mạng luôn chấp nhận chuỗi dài nhất là hợp lệ. Khối nằm trong chuỗi bị từ chối được gọi là mồ côi hoặc bị tách, và các thợ mỏ đã làm việc trên nó sẽ chuyển sang chuỗi chính.

Độ khó khai thác và sự điều chỉnh của nó

Độ khó khai thác – là tham số xác định mức độ khó khăn trong việc tìm kiếm một hash hợp lệ cho khối. Giao thức tự động điều chỉnh độ khó để đảm bảo thời gian tạo ra các khối mới ổn định.

Khi các thợ mỏ mới tham gia vào mạng và tổng công suất tính toán (hashrate) tăng lên, độ khó sẽ tăng lên để thời gian tạo khối giữ nguyên. Ngược lại, nếu các thợ mỏ rời khỏi mạng, độ khó sẽ giảm.

Quy định tự động này đảm bảo phát hành mới các đồng tiền một cách dự đoán được và hoạt động ổn định của mạng lưới bất kể số lượng thợ đào.

Các loại khai thác tiền điện tử chính

Trong thời gian tồn tại của tiền điện tử, đã xuất hiện một số phương pháp khai thác. Hãy xem xét những phương pháp phổ biến nhất trong số đó:

Đào coin trên bộ xử lý trung tâm (CPU)

Trong những năm đầu của Bitcoin, việc khai thác chỉ cần một bộ vi xử lý máy tính thông thường. Bất kỳ ai cũng có thể khai thác BTC bằng cách sử dụng máy tính gia đình.

Tuy nhiên, với sự gia tăng phổ biến của tiền điện tử và sự gia tăng độ khó trong việc khai thác, khai thác CPU đã trở nên không hiệu quả. Ngày nay, phương pháp này hầu như không còn được sử dụng cho các loại tiền điện tử phổ biến, vì chi phí điện năng vượt quá lợi nhuận tiềm năng.

Đào tiền trên card đồ họa (GPU)

Các bộ xử lý đồ họa ban đầu được phát triển để xử lý đồ họa, nhưng kiến trúc của chúng đã chứng minh là hiệu quả cho việc khai thác tiền điện tử. GPU có khả năng thực hiện nhiều phép tính song song, điều này làm cho chúng hiệu suất cao hơn nhiều so với CPU trong các tác vụ băm.

Lợi ích của việc khai thác GPU:

• Chi phí thiết bị tương đối phải chăng
• Tính đa dụng ( có thể sử dụng cho nhiều loại tiền điện tử )
• Khả năng bán lại thiết bị cho các mục đích khác

GPU-mining vẫn được sử dụng để khai thác một số altcoin, mặc dù đối với nhiều loại tiền điện tử, phương pháp này đã không còn hiệu quả.

Khai thác trên các mạch tích hợp chuyên dụng (ASIC)

ASIC miner là các thiết bị được thiết kế đặc biệt để khai thác các loại tiền điện tử cụ thể. Khác với CPU và GPU, vốn là các thiết bị tính toán đa năng, ASIC được thiết kế riêng chỉ để giải quyết một thuật toán băm cụ thể.

Đặc điểm của khai thác ASIC:

• Hiệu suất và năng suất tối đa
• Chi phí thiết bị cao
• Sự lỗi thời nhanh chóng của các mô hình
• Thiếu tính phổ quát (mỗi ASIC được thiết kế cho một thuật toán cụ thể)

Tính đến nay, máy khai thác ASIC đang thống trị trong việc khai thác bitcoin và một số loại tiền điện tử khác sử dụng thuật toán SHA-256.

Các bể khai thác

Vì xác suất để một thợ mỏ tự tìm một khối là rất thấp, các bể khai thác đã được tạo ra - những liên minh của các thợ mỏ, những người cùng nhau sử dụng sức mạnh tính toán của mình.

Khi bể tìm thấy khối, phần thưởng được phân phối giữa các thành viên theo tỷ lệ đóng góp của họ vào tổng công suất tính toán. Điều này cho phép các thợ mỏ nhận được thu nhập ổn định hơn, mặc dù thấp hơn.

Tuy nhiên, sự tập trung sức mạnh tính toán trong các bể lớn tạo ra rủi ro tập trung hóa mạng. Nếu một bể kiểm soát hơn 51% tổng hashrate, nó có thể lý thuyết tiến hành cuộc tấn công vào mạng.

Đặc điểm của việc khai thác Bitcoin

Bitcoin sử dụng cơ chế đồng thuận Proof of Work (PoW), được tạo ra bởi Satoshi Nakamoto. Cơ chế này xác định cách mà mạng lưới đạt được sự đồng thuận về trạng thái của blockchain mà không cần sự tham gia của các trung gian tập trung.

Đặc điểm của việc khai thác bitcoin:

• Thuật toán băm SHA-256
• Thời gian tạo khối mục tiêu – khoảng 10 phút
• Điều chỉnh độ khó sau mỗi 2016 khối ( khoảng mỗi hai tuần )
• Phần thưởng cho khối, giảm một nửa khoảng mỗi bốn năm (halving)

Kể từ khi Bitcoin được tạo ra vào năm 2009, độ khó khai thác của nó đã tăng lên hàng triệu lần. Hiện nay, việc khai thác BTC hiệu quả chỉ có thể thực hiện được bằng cách sử dụng các thiết bị ASIC chuyên dụng và, thường thì, trong các nhóm khai thác.

Mặc dù có sự cạnh tranh cao và chi phí, việc khai thác bitcoin vẫn là một yếu tố quan trọng trong hệ sinh thái, đảm bảo an ninh và sự phi tập trung của đồng tiền điện tử đầu tiên và nổi tiếng nhất thế giới.