Глибоке розуміння майнінгу криптовалюти: основні стосунки між Майнером та Блокчейном

Огляд ключових моментів

• Подвійне значення майнінгу: це і механізм підтвердження транзакцій, і єдиний спосіб створення нових монет.
• Місія майнера: підтримувати безпеку мережі та децентралізацію шляхом інвестування у високопродуктивні обчислювальні ресурси
• Робочий процес: Збір транзакцій, що потребують обробки → Упаковка в блоки → Розв'язання криптографічних задач → Отримання винагороди
• Змінна доходу: продуктивність обладнання, витрати на електроенергію, коливання цін на монети та зміни в протоколі безпосередньо впливають на прибуток.

Що таке майнінг? Чому майнери так важливі

Уявіть собі глобальний розподілений реєстр, у якому кожна транзакція з криптовалютою назавжди фіксується. Точність і безпека цього реєстру залежать від групи — майнери.

Майнери використовують спеціалізоване обладнання для виконання складного завдання: шляхом повторних спроб знаходять числові комбінації, що відповідають певним умовам, щоб підтвердити та організувати ті транзакції, які чекають на обробку. Перший, хто розгадає головоломку, отримає винагороду у формі криптовалюти.

Блокчейн типу PoW, представлений біткойном (BTC), повністю залежить від механізму видобутку для забезпечення своєї безпеки. Коли майнери змагаються за перевірку транзакцій користувачів, ці транзакції додаються до публічної книги обліку блокчейну. Видобуток є фундаментом децентралізованої роботи мережі біткойн — саме тому, що немає центрального керівного органу, розподілена група майнерів може досягти консенсусу через proof of work.

Водночас, видобуток також виконує обов'язки зі створення нових монет. Хоча це звучить як “друкування грошей”, але генерація криптовалют суворо регулюється протоколами — ці правила закладені в базовий код і виконуються всією розподіленою мережею. Майнеры, вкладаючи обчислювальні потужності, вирішують криптографічні задачі, вносячи цінність у систему, а не довільно створюючи нові монети. Успішні майнери додають свої підтверджені блоки до ланцюга та отримують винагороду за цей блок.

Як працюють майнери? Повний процес аналізу

спрощена версія процесу

Крок перший: Транзакції згруповані Коли користувач надсилає або отримує криптовалюту, ці непідтверджені транзакції об'єднуються в один “блок”, очікуючи на підтвердження в мережі.

Крок другий: Майнери вирішують задачі Комп'ютери майнерів постійно намагаються знайти спеціальне значення, яке називається nonce, мета полягає в тому, щоб це значення разом з даними блоку потрапило в певний заданий діапазон. Це схоже на лотерею з загадкою коду.

Крок три: Запис в блокчейн Перший мінерар, який знайде дійсне хеш-значення, має право записати блок у блокчейн. Інші мінерали потім перевіряють дійсність цього блоку.

Крок чотири: Прибуток для майнерів Переможці майнінгу отримують винагороду у вигляді новоствореної криптовалюти разом з комісіями за транзакції.

Докладний технічний процес

Торгівля починається: вхід у пул пам'яті

Усі нові згенеровані транзакції блокчейну спочатку надсилаються до мемпулу (mempool). Вузли в мережі перевіряють дійсність цих транзакцій. Завдання майнерів полягає в зборі цих непідтверджених транзакцій та організації їх у блоки.

Слід зазначити, що деякі майнери одночасно запускають вузли перевірки, але з технічної точки зору функції майнінгових вузлів і вузлів перевірки є відокремленими. Блок можна порівняти зі сторінкою бухгалтерської книги, на якій записані кілька транзакцій та інших даних. Обов'язком майнінгового вузла є витягування непідтверджених транзакцій з пулу пам'яті та їх об'єднання в кандидатський блок. Після цього майнер намагається перетворити цей кандидатський блок на підтверджений блок, що вимагає вирішення надзвичайно складної математичної задачі, що потребує великих обчислювальних ресурсів. За кожен успішно створений блок майнер отримує нагороду за блок — що складається з нових монет та комісій за транзакції.

Перший крок: Хешування та кодування транзакцій

Перший етап блокового видобутку полягає в обробці транзакцій з пам'яті по одному за допомогою хеш-функції. Кожна хеш-операція генерує вихід фіксованої довжини, який називається хеш-значенням — зазвичай це рядок, що складається з цифр та букв, що слугує унікальним ідентифікатором цієї транзакції. Це хеш-значення містить усю інформацію про оригінальну транзакцію.

Окрім окремих хешів та верифікації кожної транзакції, майнери також створюють особливу транзакцію — надсилають блокову винагороду собі. Цю транзакцію називають coinbase-транзакцією, вона є єдиним джерелом, яке може створити нові монети. Зазвичай coinbase-транзакція є першим записом транзакції в новому блоці, після чого йдуть інші транзакції, що чекають на підтвердження.

Другий крок: побудова структури дерева Меркла

Кожна транзакція хешується, після чого ці хеші організовуються в деревоподібну структуру, звану деревом Меркла (або хеш-деревом). Спосіб побудови дерева Меркла полягає в тому, що хеші паруються по двоє, а потім підлягають хешуванню. Після цього новостворені хеші знову паруються по двоє і підлягають хешуванню. Цей процес повторюється, поки не залишиться лише один хеш. Цей кінцевий хеш називається кореневим хешем (корінь Меркла), він по суті містить інформацію про всі попередні хеші, які були згенеровані під час процесу.

Третій крок: знайти дійсний заголовок блоку

Заголовок блоку слугує ідентифікатором для кожного окремого блоку — кожен блок має унікальне значення хешу. При створенні нового блоку майнери об'єднують хеш попереднього блоку з кореневим хешем поточного кандидатного блоку, щоб отримати новий хеш блоку. Крім того, вони додають випадкове число nonce. Отже, при перевірці кандидатного блоку майнери повинні об'єднати кореневий хеш, хеш попереднього блоку та значення nonce, а потім провести над ними хешування. Цей процес повторюється, поки не буде знайдено дійсний хеш, що відповідає вимогам.

Оскільки кореневий хеш і хеш попереднього блоку є незмінними, єдиним способом для майнерів є безперервне коригування значення nonce до тих пір, поки не буде знайдено дійсний хеш, що відповідає умовам. У мережі Bitcoin цей цільовий хеш повинен починатися з певної кількості нулів — це умова називається складністю видобутку.

Четвертий крок: трансляція нового блоку в мережі

Як було зазначено раніше, майнерам потрібно багаторазово виконувати хешування заголовка блоку, щоразу намагаючись використовувати різні значення nonce. Як тільки майнер знаходить дійсний хеш блоку, він негайно транслює цей блок по всій мережі. У цей момент усі інші вузли перевіряють законність цього нового блоку. Якщо перевірка проходить успішно, вузли додають його до своїх копій блокчейну. У цей момент кандидатний блок оновлюється до перевіреного блоку, і всі майнери переходять до видобутку наступного блоку. Ті майнери, які не встигли знайти дійсний хеш, відмовляються від поточного кандидатного блоку і починають видобувати новий блок.

Поява сирітських блоків: коли два майнери одночасно досягають успіху

Іноді два різних майнери успішно транслюють дійсний блок майже в один і той же момент. У цей момент мережа тимчасово розділяється, утворюючи дві конкуруючі версії блокчейну. Користувачі, як правило, продовжують майнити на основі блоку, який вони отримали першими. Цей стан конкуренції триває до того моменту, коли буде добуто новий блок. Як тільки новий блок з’являється і отримує визнання в мережі, один з попередніх блоків буде оголошено переможцем. Блоки з невдалої сторони майнера називаються сирітськими блоками або відокремленими блоками. Майнери, які обрали невдалий блок, переключаться на блок переможця і продовжать майнити на його основі.

Секрети корекції складності: підтримка стабільного ритму часу

Протокол постійно коригує складність видобутку, щоб підтримувати стабільну швидкість генерації нових блоків, забезпечуючи таким чином передбачуваність випуску монети. Значення складності коливається в залежності від зміни хеш-рейту (загальної обчислювальної потужності) в мережі. Коли нові майнери приєднуються до мережі і конкуренція посилюється, складність хешування зростає, щоб запобігти скороченню середнього часу видобутку блоку. Навпаки, коли велика кількість майнерів виходить з мережі, складність знижується, що робить створення нових блоків відносно легким. Це динамічне регулювання гарантує, що час видобутку блоку залишається стабільним, незалежно від змін у загальній потужності мережі.

Різні маршрути майнінгу криптовалют

З розвитком технологій інструменти та методи майнінгу постійно оновлюються. Поява нового апаратного забезпечення та нових алгоритмів консенсусу надає майнерам різноманітні варіанти. Зазвичай, майнери використовують спеціалізовані обчислювальні пристрої для розв'язання складних криптографічних рівнянь. Ось найпоширеніші способи майнінгу.

Видобуток на ЦП: вже в історії

Використання центрального процесора (ЦП) для видобутку передбачає використання процесора звичайного комп'ютера для виконання хеш-обчислень в моделі доказу роботи (PoW). На ранніх етапах біткойна вартість видобутку була низькою, а бар'єр для участі - не надто високим - ЦП звичайного комп'ютера цілком вистачало для вирішення задачі. Тоді будь-хто міг спробувати зайнятися видобутком.

Але з ростом кількості майнерів та постійним зростанням хешрейту мережі, складність прибуткового майнінгу також значно зросла. Поява спеціалізованих пристроїв з високою обчислювальною потужністю зробила майнінг на CPU практично неконкурентоспроможним. Сьогодні майнінг на CPU вже не є життєздатним, оскільки більшість майнерів перейшли на спеціалізовані пристрої.

GPU видобуток: збереження гнучкості

Графічні процесори (GPU) розроблені для одночасної обробки великої кількості складних операцій. Хоча вони зазвичай використовуються в іграх або для рендерингу зображень, їх також можна використовувати для майнінгу. У порівнянні з цим, ціна GPU є більш доступною, і вони не мають такої однозначної функціональності, як спеціалізоване обладнання для майнінгу — один GPU може виконувати різні обчислювальні завдання.

Деякі альткоїни все ще можуть бути видобуті за допомогою GPU, але ефективність буде залежати від конкретного хеш-алгоритму та складності видобутку.

ASIC-майнінг: ефективний, але дорогий

Спеціалізовані інтегральні схеми (ASIC) - це чіпи, розроблені для виконання однієї конкретної функції. У сфері криптовалют ASIC спеціально відноситься до професійного обладнання, розробленого для майнінгу. Ефективність майнінгу на ASIC є найвищою, але вартість такої технології передбачає досить значні початкові інвестиції.

Оскільки пристрої ASIC представляють технологічний фронт в обладнанні для видобутку, вартість таких машин значно перевищує вартість CPU або GPU. Крім того, з розвитком технології ASIC, старі моделі швидко стають застарілими. Тому, хоча видобуток на ASIC є найекономічнішим, він вимагає від майнерів постійної фінансової спроможності для оновлення обладнання, щоб зберегти конкурентоспроможність. Лише великомасштабні операції з видобутку можуть забезпечити довгострокову прибутковість видобутку на ASIC.

Майнинг-пул: шлях виживання для малих майнерів

Оскільки винагорода за кожен блок дістається лише першому успішному майнеру, ймовірність того, що незалежний майнер знайде наступний блок, є надзвичайно малою. Майнери з обмеженою обчислювальною потужністю майже не мають шансів самостійно виявити новий блок. Щоб вирішити цю проблему, з'явилися майнінгові пулі.

Майнінг-пул — це об'єднання майнерів, які об'єднують свої ресурси — тобто обчислювальну потужність хешування — для підвищення ймовірності знаходження блоку та розподілу винагороди. Коли майнінг-пул успішно знаходить блок, винагорода розподіляється між майнерами у пулі відповідно до їхньої роботи. Для незалежних майнерів привабливість майнінг-пулу полягає в можливості розподілити витрати на обладнання та електроенергію. Однак домінування великих майнінг-пулів також несе ризики — підвищується рівень централізації мережі, що збільшує потенційні можливості для атаки 51%.

Хмарне видобування: зручно, але небезпечно

Користувачі хмарного майнінгу не повинні купувати апаратуру, а замість цього орендують обчислювальні потужності у певного постачальника хмарних послуг. Це простіший спосіб почати майнінг, але він супроводжується ризиком шахрайства та зменшенням прибутку. Якщо ви вирішите спробувати хмарний майнінг, обов'язково виберіть надійного постачальника послуг.

Особливий погляд на майнінг біткоїнів

Біткоїн, як найвідоміша криптовалюта, що витримала випробування часом, має механізм видобутку на основі доказу роботи (PoW). PoW — це консенсусний алгоритм блокчейну, який був запропонований Сатоші Накамото у білому документі 2008 року. Цей механізм визначає, як дистрибутивна блокчейн-мережа може досягти угоди між усіма учасниками без втручання третьої сторони.

Атакуючим важко зруйнувати таку мережу, оскільки це вимагає значних витрат електроенергії та обчислювальних ресурсів. Як зазначалося раніше, у мережі PoW незавершені транзакції організовуються та перевіряються конкурентними майнерами в порядку, причому ці майнери використовують спеціалізоване обладнання для змагання у розгадуванні головоломок. Перший майнер, який знаходить відповідь, отримує право записати свій блок у блокчейн. Як тільки вузол верифікації затверджує цей блок, майнер отримує винагороду за блок.

Отримані криптовалютні винагороди варіюються в залежності від різних блокчейнів. Наприклад, станом на грудень 2024 року, майнери за успішну верифікацію блоку отримують 3.125 BTC. У біткоїні діє механізм зменшення вдвічі, при видобутку 210,000 блоків (приблизно раз на чотири роки) винагорода за блок BTC зменшується вдвічі.

Реальність прибутку від майнінгу: знати себе і знати супротивника, щоб отримати прибуток

Отримання прибутку від майнінгу цілком можливе, але за умови, що ви глибоко розумієте процес, належним чином управляєте ризиками та проводите достатні дослідження. Розумні інвестиції, оцінка витрат на обладнання, реагування на коливання цін на монети та ризики змін у протоколах повинні бути враховані. Досвідчені майнери використовують стратегії управління ризиками та ретельно розраховують потенційні витрати і прибутки.

Кілька факторів спільно визначають прибутковість майнінгу. По-перше, це коливання ціни монети — коли ціна зростає, вартість винагороди за майнінг у фіатній валюті також зростає; і навпаки, падіння ціни монети безпосередньо знижує прибуток.

Ефективність продуктивності обладнання для видобутку є вирішальним фактором прибутковості. Інвестиції в обладнання для видобутку є значними, тому шахтарі повинні знайти баланс між витратами на придбання та очікуваними доходами. Витрати на електроенергію є ще одним ключовим елементом витрат — надмірні витрати на електрику можуть поглинути прибуток, роблячи видобуток невигідним.

Крім того, апаратура для майнінгу потребує регулярного оновлення. Швидке старіння обладнання означає, що нові моделі мають вищу продуктивність, а шахтарі, які не мають фінансових можливостей для оновлення, втратять конкурентоспроможність. І, нарешті, не менш важливо, можуть відбуватися значні зміни на рівні протоколу. Подія халвінгу біткоїна безпосередньо зменшить винагороду за блок вдвічі, що вплине на прибутковість майнінгу. У деяких випадках майнінг навіть може бути замінений іншими способами верифікації — як сталося у вересні 2022 року, коли ефір перейшов з механізму PoW на доказ частки (PoS), повністю усунувши етап майнінгу в мережі.

Висновок

Майнінг криптовалют є життєво важливим для біткойна та інших блокчейнів на базі PoW, оскільки забезпечує безпеку мережі та сприяє стабільному постачанню нових монет. Майнінг має свої плюси і мінуси. Найбільш очевидною перевагою є постійний дохід від блочних винагород. Але доходи від майнінгу підлягають впливу багатьох факторів — витрати на електроенергію, ринкові умови тощо можуть змінити ваш план доходів. Якщо ви цікавитеся майнінгом криптовалют, вам слід спершу провести ретельне дослідження, всебічно оцінити можливі ризики та можливості.