Майнінг криптовалют: що це таке і як працює

Обережно! Багато тексту.

• Криптовалютний майнінг використовується для перевірки та підтвердження транзакцій у блокчейні, а також для створення нових одиниць криптовалюти.

• Робота майнерів вимагає значних обчислювальних ресурсів, але вона необхідна для забезпечення безпеки блокчейн-мережі.

Що таке майнінг криптовалют

Криптовалютний майнінг – це фундаментальний процес, що забезпечує безпеку і децентралізацію криптовалют, заснованих на механізмі консенсусу Proof of Work (PoW). У ході цього процесу майнери перевіряють транзакції користувачів і додають їх до публічного реєстру блокчейна. Саме завдяки майнінгу такі криптовалюти, як біткойн, можуть функціонувати без необхідності в централізованому органі управління.

Ключові функції майнінгу:

1. Перевірка та підтвердження транзакцій
2. Підтримка безпеки мережі
3. Випуск нових монет в обіг

Майнінг криптовалют суворо регламентується набором правил, які запобігають довільному створенню нових монет. Ці правила вбудовані в базові протоколи криптовалют і поширюються на всю мережу з тисяч нод.

Як працює майнінг криптовалюти?

Процес майнінгу можна розділити на кілька послідовних етапів. Спочатку всі нові транзакції надсилаються в пул пам'яті (mempool). Завдання майнера полягає в тому, щоб перевірити достовірність цих транзакцій і об'єднати їх в блок.

Блок можна уявити як сторінку в реєстрі блокчейну, де записується інформація про кілька транзакцій. Майнинг-нод збирає непідтверджені транзакції з пулу пам'яті і формує блок-кандидат.

Після формування блоку-кандидата майнер намагається перетворити його на підтверджений блок, вирішуючи складну математичну задачу, що потребує значних обчислювальних ресурсів. За кожен успішно створений блок майнер отримує винагороду у вигляді нових монет та комісій за транзакції.

Крок 1. Хешування транзакцій

На першому етапі майнер витягує необроблені транзакції з пулу пам'яті та хешує їх. Хешування – це процес перетворення вхідних даних будь-якого розміру в вихідні дані фіксованої довжини (хеш).

Хеш кожної транзакції є унікальним рядком цифр і букв, що служить ідентифікатором. Важно зазначити, що хеш містить усю інформацію про транзакцію в стиснутому вигляді.

Окрім хешування користувацьких транзакцій, майнер додає власну транзакцію, яка називається coinbase, в якій відправляє собі винагороду за блок. Ця транзакція генерує нові монети і зазвичай розміщується першою в новому блоці.

Крок 2. Створення дерева Меркла

Після хешування всіх транзакцій отримані хеші організуються в структуру, відому як дерево Меркла або хеш-дерево. Ця структура формується шляхом послідовного об'єднання пар хешів транзакцій та їх повторного хешування.

Процес триває доти, поки не залишиться лише один хеш – кореневий хеш (корінь Меркла). Цей хеш містить інформацію про всі транзакції в блоці, що дозволяє ефективно перевіряти цілісність даних.

Крок 3. Пошук дійсного заголовка блоку

Заголовок блоку – це унікальний ідентифікатор кожного блоку в ланцюзі. При створенні нового блоку майнер об'єднує:

• Кореневий хеш свого блоку-кандидата
• Хеш попереднього блоку в ланцюзі
• Произвольне число (nonce)

Потім майнер хешує цю комбінацію даних. Мета майнера – знайти таке значення nonce, при якому результуючий хеш відповідатиме певним вимогам (, наприклад, починатися з певної кількості нулів ). Ця вимога називається складністю майнінгу.

Оскільки передбачити результат хешування неможливо, майнери змушені перебирати різні значення nonce, виконуючи мільйони обчислень у пошуках підходящого хеша.

Крок 4. Передача блоку в мережу

Коли майнеру вдається знайти дійсний хеш блоку, він передає цей блок у мережу. Інші вузли перевіряють коректність блоку і, якщо все вірно, додають його до своєї копії блокчейну.

В цей момент блок-кандидат стає підтвердженим блоком, і всі майнери починають працювати над наступним блоком, використовуючи новий підтверджений блок як основу.

Вирішення конфліктів при одночасному видобутку блоків

Іноді два майнери одночасно знаходять дійсні блоки і передають їх у мережу. У цьому випадку виникає тимчасове розгалуження блокчейну, коли частина майнерів продовжує роботу на основі одного блоку, а інша частина – на основі іншого.

Конфлікт вирішується, коли один з варіантів ланцюга стає довшим за інший. Згідно з правилами консенсусу, мережа завжди приймає найдовший ланцюг як дійсний. Блок, що опинився в відхиленому ланцюгу, називається сирітським або відокремленим, а майнери, які працювали над ним, перемикаються на основний ланцюг.

Складність майнінгу та її регулювання

Складність майнінгу – це параметр, що визначає, наскільки важко знайти дійсний хеш блоку. Протокол автоматично регулює складність для забезпечення стабільного часу створення нових блоків.

Коли до мережі приєднуються нові майнери і загальна обчислювальна потужність (хешрейт) зростає, складність збільшується, щоб час створення блоку залишався незмінним. І навпаки, якщо майнери покидають мережу, складність зменшується.

Це автоматичне регулювання забезпечує передбачувану емісію нових монет і стабільну роботу мережі незалежно від кількості майнерів.

Основні типи майнінгу криптовалюти

За час існування криптовалют з'явилося кілька способів майнінгу. Розглянемо найбільш поширені з них:

Майнинг на центральному процесорі (CPU)

У перші роки існування біткоїна для майнінгу було достатньо звичайного комп'ютерного процесора. Будь-хто міг добувати BTC, використовуючи домашній комп'ютер.

Однак із зростанням популярності криптовалют і збільшенням складності майнінгу, CPU-майнінг став неефективним. Сьогодні цей метод практично не використовується для популярних криптовалют, оскільки витрати на електроенергію перевищують потенційний прибуток.

Майнинг на графічних процесорах (GPU)

Графічні процесори спочатку розроблялися для обробки графіки, але їх архітектура виявилася ефективною і для майнінгу криптовалют. GPU здатні виконувати безліч паралельних обчислень, що робить їх набагато продуктивнішими за CPU в задачах хешування.

Переваги GPU-майнінгу:

• Відносно доступна вартість обладнання
• Універсальність (можна використовувати для різних криптовалют)
• Можливість перепродажу обладнання для інших цілей

GPU-майнінг досі використовується для видобутку деяких альткоїнів, хоча для багатьох криптовалют цей метод вже не є рентабельним.

Майнінг на спеціалізованих інтегральних схемах (ASIC)

ASIC-майнери – це пристрої, спеціально розроблені для видобутку певних криптовалют. На відміну від CPU та GPU, які є універсальними обчислювальними пристроями, ASIC призначені виключно для вирішення конкретного алгоритму хешування.

Особливості ASIC-майнінгу:

• Максимальна ефективність та продуктивність
• Висока вартість обладнання
• Швидке застарівання моделей
• Відсутність універсальності (кожен ASIC розроблений для конкретного алгоритму)

На сьогоднішній день ASIC-майнери домінують у видобутку біткоїнів та деяких інших криптовалют, що використовують алгоритм SHA-256.

Майнинг-пули

Оскільки ймовірність самостійно знайти блок для окремого майнера вкрай мала, були створені майнінг-пули – об'єднання майнерів, які спільно використовують свої обчислювальні потужності.

Коли пул знаходить блок, винагорода розподіляється між учасниками пропорційно їх внеску в загальну обчислювальну потужність. Це дозволяє майнерам отримувати більш стабільний, хоча й менший дохід.

Однак концентрація обчислювальних потужностей у великих пулах створює ризики централізації мережі. Якщо один пул контролюватиме понад 51% загального хешрейту, він теоретично зможе здійснити атаку на мережу.

Особливості майнінгу біткоїнів

Біткойн використовує механізм консенсусу Proof of Work (PoW), створений Сатоші Накамото. Цей механізм визначає, як мережа досягає згоди щодо стану блокчейну без участі централізованих посередників.

Особливості майнінгу біткоїна:

• Алгоритм хешування SHA-256
• Цільовий час створення блоку – приблизно 10 хвилин
• Регулювання складності кожні 2016 блоків (приблизно кожні два тижні)
• Нагорода за блок, яка зменшується вдвічі приблизно кожні чотири роки (халвінг)

З моменту створення біткоїна в 2009 році складність його майнінгу зросла в мільйони разів. Сьогодні ефективний майнінг BTC можливий лише за використання спеціалізованих ASIC-пристроїв і, як правило, в складі майнінг-пулів.

Попри високу конкуренцію та витрати, майнінг біткоїна залишається важливим елементом екосистеми, забезпечуючи безпеку та децентралізацію першої і найвідомішої криптовалюти у світі.