Майнинг криптовалюты является важным аспектом операций с криптовалютой, поскольку он генерирует новые монеты, подтверждает транзакции и добавляет новые блоки в цепочку блоков блокчейна через сеть децентрализованных узлов или валидаторов с использованием алгоритма консенсуса. Эти сети узлов подтверждают и записывают транзакции, ожидающие включения в базу данных блокчейна.

В связи с увеличением сложности майнинга блоков (это для Proof of Work, PoW) и огромным спросом на вычислительную мощность, превышающим возможности отдельного лица, компании и группы объединяют ресурсы, создавая «майнинговые пулы», чтобы решительно противостоять постоянно растущей сложности криптомайнинга. Однако это не относится к Proof of Work (PoS), который требует от владельцев монет залога их монет для становления валидаторами. Тем не менее, криптомайнинг в основном выполняет две функции: генерация новых монет и проверка/добавление новых блоков транзакций в блокчейн.

Во многом безопасность блокчейна зависит от майнинговых действий. Так, майнеры в PoW используют высокоспециализированные компьютеры с постоянным электропитанием, а валидаторы в PoS ставят определенное количество криптовалюты для подтверждения транзакций и поддержания безопасности блокчейна и его децентрализованной природы.

В этой статье будет обсуждаться концепция криптомайнинга с особым акцентом на два самых популярных алгоритма консенсуса — Proof of Work (PoW) и Proof of Stake (PoS).

Исследование криптомайнинга: особое внимание уделяется майнингу биткойнов

На ранних этапах добыча биткойнов выполнялась отдельными лицами с использованием персональных компьютеров для обработки и проверки транзакций в блокчейне, но с годами стоимость и сложность всего процесса выросли, требуя тем самым компаниям и майнинговым пулам продолжать операцию.

Эти специализированные компании или пулы пытаются решить сложные математические вычисления, необходимые для проверки криптовалютных транзакций и добавления блоков в базу данных блокчейн. И в качестве вознаграждения за проделанную работу эти компьютеры получают заранее определенное количество только что выпущенной монеты. Это вознаграждение было запрограммировано на уменьшение вдвое каждые четыре года жизненного цикла блокчейна, использующего доказательство работы (PoW), такого как Bitcoin и Litecoin. Давайте кратко поговорим о уменьшении вознаграждения за блок, используя Bitcoin в качестве примера.

Биткоин Халвинг

Халвинг биткойна - это систематическое сокращение общей стоимости майнинга одного блока биткойна один раз в четыре года жизненного цикла блокчейна. Другими словами, это половина вознаграждения, которое получают майнеры за верификацию транзакций и генерацию блока биткойна.

Например, Bitcoin (BTC) и Litecoin (LTC) проходят процесс полувознаграждения блокчейна раз в четыре года. Bitcoin испытал свое первое событие полувознаграждения 28 ноября 2012 года на высоте блока 210 000, при этом вознаграждение для майнеров снизилось с 50 BTC до 25 BTC. После второго события полувознаграждения, 9 июля 2016 года на высоте блока 420 000, вознаграждение за блок упало с 25 BTC до 12.5 BTC в связи с увеличением сложности майнинга, а также увеличением количества майнеров.

Третье и самое недавнее уменьшение награды за блок Bitcoin произошло 11 мая 2020 года на высоте блока 630 000, что привело к снижению награды за блок до 6,25 BTC. Следующее ожидаемое уменьшение награды за блок Bitcoin произойдет в 2024 году, и обратный отсчет уже начался.

Основная причина проведения халвинга биткоина заключается в увеличении его стабильности на рынке, борьбе с инфляцией и укреплении его рыночной стоимости в качестве дефляционной валюты. Инфляция всегда была огромной проблемой в финансовой индустрии, и цель биткоина - твердо решить негативные события 2008 года (кризиса). Большинство механизмов консенсуса по доказательству работы (PoW) проводят халвинг награды за блок, так же как и биткоин. Давайте быстро рассмотрим Халвинг Лайткоин.

Халвинг Litecoin

Litecoin - одна из ведущих криптовалют в индустрии, запущенная в 2011 году в качестве подходящей альтернативы Bitcoin. Litecoin пережил два сокращения награды за блок. Первое произошло 25 августа 2015 года на высоте блока 840 000, с наградой за блок, снизившейся с 50 LTC до 25 LTC. Второе произошло 5 августа 2019 года на высоте блока 1 680 000, с текущей наградой за блок в 12,5 LTC, которая уменьшится до 6,25 LTC к следующему сокращению награды Litecoin, запланированному на 3 августа 2023 года. Это событие сокращения награды в два раза уменьшило общие награды для майнеров.

Халвинг Litecoin уменьшает инфляцию на половину от изначальной ставки, тем самым увеличивая стоимость и покупательную способность монеты. Ставка инфляции Litecoin в год составляет 3,72% после события халвинга 2019 года. Ожидается, что она снизится до 1,80% в год на следующем событии по халвингу блока. Цена монеты ожидается, что повысится на следующем халвинге, если спрос на монету увеличится.

Алгоритмы консенсуса: Proof of Work (PoW) и Proof of Stake (PoS)

Технология блокчейн - это децентрализованная система, использующая алгоритмы консенсуса для генерации монет, проверки транзакций и добавления блоков транзакций в блокчейн.

Алгоритм консенсуса очень важен для поддержания и безопасности блокчейна, поскольку он предотвращает случаи двойных расходов и проверки незаконных транзакций. Каждый подтвержденный блок транзакций отмечен временной меткой с криптографическим хэшем при добавлении в блокчейн.

Таким образом, в простых терминах, алгоритм консенсуса - это процесс, в котором децентрализованная сеть компьютеров или узлов достигает соглашения о значении данных или состоянии сети. Обычно для этого требуется как минимум 51% узлов, чтобы принять значение данных. Таким образом, это обеспечивает согласование между децентрализованными компьютерами в распределенной пиринговой сети, обеспечивая поддержание и безопасность системы, а также записей данных. По сути, алгоритмы консенсуса заменяют необходимость централизованной сущности или сторонней организации.

Далее, алгоритмы консенсуса широко используются в технологии блокчейн, а также в нескольких секторах, таких как управление цепочками поставок, умные энергосети, управление беспилотными воздушными судами, например дронами и т. д. В этом разделе мы рассмотрим ведущий механизм консенсуса в технологии блокчейн, а именно алгоритмы Proof of Work (PoW) и Proof of Stake (PoS).

Доказательство работы (PoW)

Алгоритм доказательства работы - первая система согласования между узлами, используемая в блокчейне, и он синонимичен блокчейну Bitcoin — хотя другие блокчейны, такие как Litecoin, используют PoW.

Алгоритм консенсуса PoW включает в себя децентрализованную сеть компьютеров и узлов, которые соревнуются в решении головоломки или сложного математического уравнения, находя криптографический хэш определенного блока. Участвующий узел пытается решить головоломку, угадывая различные значения nonce, соответствующие уровню сложности. Узел, который успешно решает головоломку, получает вознаграждение, обычно в криптовалюте.

Далее, данные транзакции и значение nonce подаются на вход хэш-функции, в то время как соответствующее решение или выход хэша (криптографический хэш) должно соответствовать сложности. Таким образом, сеть узлов использует очень высокую вычислительную мощность для решения проблемы, производя криптографический хэш, который соответствует сложности, отсюда и термин «работа».

Биткоин использует хэш-функцию SHA-256 для решения криптографических головоломок.

Алгоритм PoW считается «неэффективным» и очень дорогостоящим в эксплуатации, поскольку он потребляет большое количество электроэнергии в вычислительной мощности и занимает много времени (10 минут) для успешного майнинга одного биткойна или добавления блока транзакций в блокчейн. Многие считают это серьезным препятствием, и экологи часто критикуют майнинг биткойнов из-за негативного воздействия на окружающую среду и мировой климат. Это привело к полному запрету на майнинг биткойнов в некоторых странах, таких как Китай, Боливия, Бангладеш, Катар и Марокко.

Однако недавние технологические инновации — и следуя первому закону термодинамики, согласно которому энергия не может быть создана или уничтожена, но может быть преобразована из одной формы в другую — приводят к росту числа компаний, производящих устройства, способные преобразовывать огромную энергию майнинга в тепло для наших домов и зданий зимой.

Доказательство доли (PoS)

Высокая вычислительная мощность PoW, необходимая для решения сложных математических головоломок, и длительность времени, затраченного на обнаружение криптографического хэша, привели к появлению близкой альтернативы - Proof of Stake (PoS). Алгоритм консенсуса PoS не требует вычислительных ресурсов (специализированного оборудования и электроэнергии) для майнинга блоков. Владельцы криптовалюты могут ставить свою монету, чтобы участвовать в синхронизации данных, проверке транзакций и добавлении блоков в блокчейн. Кроме того, стейкинговые пулы позволяют малым держателям монет ставить/заблокировать свои монеты в пуле для возможности заработка на комиссии за транзакцию.

По сути, владельцы монет блокируют определенный процент своей криптовалюты в кошельке, а затем создают уникальный узел валидатора. Протокол криптовалюты случайным образом выбирает валидатора для подтверждения транзакций и валидации блоков. Выбор узла валидатора зависит от количества заложенных монет и срока заложенной монеты. Блоки подтверждаются более чем одним валидатором и вознаграждаются комиссией за транзакцию. Валидаторы должны подтверждать и добавлять точные блоки в блокчейн, чтобы избежать потери части своего залога или даже всего залога.

PoS потребляет меньше электроэнергии (энергии), следовательно, он экологически чист и дешев в эксплуатации по сравнению с PoW. Основной недостаток заключается в том, что считается, что PoS обеспечивает меньшую безопасность, чем PoW, поскольку валидатор с наибольшим количеством поставленных монет неизбежно контролирует, какая транзакция будет одобрена и добавлена в блокчейн. Это отрицает функцию децентрализации блокчейна.

Изначально Ethereum использовал алгоритм PoW для проверки транзакций, но недавно перешел на PoS с целью сократить излишнее потребление электроэнергии и время, необходимое для майнинга блока. Таким образом, с использованием алгоритма PoS Ethereum 2.0 требует от владельцев монет ставить на кон 32 ETH, чтобы быть выбранным валидатором.

Как работает майнинг: особое внимание уделяется алгоритму Proof of Work биткойна

Во время майнинга биткойнов майнеры проверяют транзакции, решая или хешируя набор математических уравнений или алгоритмов, связанных с транзакцией, с использованием сложных компьютеров и больших объемов электроэнергии. Эти транзакции записываются в блок, причем каждый блок имеет уникальный хеш, связанный с следующим блоком с помощью криптографической техники. Изменение хеша определенного блока ненамеренно изменяет хеш последующих блоков, тем самым делая весь блокчейн-сеть недействительной.

Примечание: Блоковый хэш - это алфавитно-цифровая строка из букв и цифр, скрывающая данные транзакции и личность пользователя, создаваемая с использованием хэш-функции - Bitcoin использует SHA-256.

Растущая сложность в майнинге крипто - результат сложного процесса хеширования блока, что требует большого количества вычислительных ресурсов для решения математических криптографических расчетов и обнаружения транзакции или хеша блока.

Для майнинга биткоина нужны следующие оборудование:

• Специализированное аппаратное устройство:Это устройства, специально созданные для майнинга криптовалют, такие как графический процессор (GPU), SSD для криптомайнинга, интегральные схемы специального назначения (ASIC), а также недавно выпущенные чипы на программируемых вентильных матрицах (FPGA).

  Эти оборудование выполняют определенные типы вычислительных операций, необходимых для майнинга. Это отличается от использования обычных домашних компьютеров и графических карт потребительского класса.

Важно отметить, что эти устройства не подходят для использования в домашних условиях, поскольку они потребляют большое количество электроэнергии. Они очень шумные и выделяют огромное количество энергии в окружающую среду.

• Программные приложения:Это специализированные программные приложения, которые работают на компьютерах и быстро выполняют майнинговые операции. Они проверяют и записывают транзакции в блоке, которые отправляются в сеть узлов/майнеров для подтверждения перед добавлением в блокчейн. Необходимое программное обеспечение для использования: ECOS, BeMine, Kryptex Miner, Awesome Miner, Easy Miner и Pionex. Кроме того, эта программа рассчитывает вознаграждение за майнинг и переводит его на ваш адрес кошелька.
• Поставка электроэнергии: Для криптомайнинга требуется постоянное электроснабжение для питания задействованных компьютеров. Таким образом, чтобы сократить затраты на энергию, шахтёры обычно размещают майнинг-фермы недалеко от электростанций и т. д.

Тем не менее, технические знания очень важны для установки различного оборудования и проверки их оптимальной производительности.

Факторы, влияющие на майнинг криптовалют

• Стоимость электроэнергии: Это большая проблема в майнинге криптовалют. Высокая стоимость электроэнергии, необходимой для питания оборудования, в основном снижает прибыль майнеров. Для майнинга криптовалют требуется огромное количество электроэнергии.
• Высокая стоимость оборудования: Большинство майнинговых устройств, таких как ASIC, очень дорогие и отпугивают розничных майнеров от занятия криптомайнингом.
• Увеличение сложности в майнинге: по мере того как технология блокчейн становится более широко принятой, возрастает спрос на криптовалюту и другие цифровые активы. В настоящее время криптовалюта приобретает широкую популярность, что сопровождается увеличением спроса на цифровую валюту. В связи с этим всплеском майнеры соревнуются за добычу большего количества криптовалюты, что приводит к увеличению сложности майнинга.
• Уменьшение вознаграждения для майнеров: С увеличением конкуренции в майнинге и сложности блока происходит систематическое сокращение вознаграждения для майнеров.

Риски, связанные с майнингом криптовалют

Одним из распространенных вызовов, с которым сталкиваются многие, является операционные расходы, особенно стоимость обеспечения постоянного электричества. Это одно только серьезно отпугивает розничных майнеров. Стоимость в некоторых странах очень дорогая, поэтому крипто-майнеры рискуют не получить прибыль, так как их операционные издержки значительно превышают доходы от инвестиций.

Возможным выходом является размещение майнинг-ферм рядом с электростанциями или в промышленных поселениях и использование их огромного источника энергии.

Кроме того, стоимость приобретения современного оборудования (ASIC) огромна и дополнительно ограничивает круг лиц, занимающихся майнингом биткойнов. Это не означает, что нельзя майнить биткойны на своем ПК, но для конкурентного преимущества в получении блоковой награды вам нужен ASIC, устройство, специально созданное для криптомайнинга.

С появлением майнинговых пулов и ферм майнинга розничные майнеры могут предоставить определенный процент своей вычислительной мощности или майнингового оборудования и заработать долю от вознаграждения за блок майнингового пула.

Кроме того, большинство этих устройств для майнинга вызывают серьезное загрязнение окружающей среды, такое как шум и выброс большого количества тепла в окружающую среду, что приводит к глобальному потеплению. Выходом является направление этой полезной тепловой энергии на отопление домов, офисов и зданий зимой.

Заключение

Майнинг криптовалюты - это целесообразное предприятие, поскольку оно в значительной степени способствует обслуживанию и безопасности блокчейна, а также проверке и регистрации транзакций в реестре блокчейна. Майнеры получают награды за блоки в PoW, в то время как валидаторы взимают комиссионные сборы в PoS.

Важно понимать плюсы и минусы работы крипто-майнинга и возврат инвестиций. Для максимизации прибыли в PoW майнерам необходимо обладать высококачественным оборудованием, дешевым источником электроэнергии и техническими знаниями, в то время как в PoS валидаторам необходимо заложить огромные суммы монет, чтобы иметь конкурентное преимущество и стать валидатором.