Что такое майнинг криптовалют и как он работает?

Резюме

Криптовалютная майнинг-операция позволяет проверять транзакции в блокчейне и является процессом создания новых единиц криптовалюты.

Майнеры требуют значительных вычислительных ресурсов, что также обеспечивает безопасность сети блокчейн.

Что такое криптовалютный майнинг?

Криптовалютный майнинг основан на механизме консенсуса(PoW) (доказательство работы), который обеспечивает безопасность и децентрализацию таких криптовалют, как биткойн. Майнинг — это процесс проверки транзакций пользователей и их добавления в публичную книгу блокчейна. Поэтому майнинг — ключевой элемент, позволяющий биткойну функционировать без центрального органа.

Майнинг также отвечает за введение новых монет в существующий оборот. Однако криптовалютный майнинг следует набору жестко закодированных правил, которые управляют процессом майнинга и предотвращают произвольное создание новых монет. Эти правила встроены в протоколы криптовалюты и принуждаются всей сетью из тысяч узлов.

Для создания новых единиц криптовалюты майнеры используют свою вычислительную мощность для решения сложных криптографических задач. Первый, кто успешно решит задачу, имеет право добавить новый блок транзакций в блокчейн и опубликовать его в сети.

Как работает майнинг Ethereum?

После достижения нового блока транзакций он отправляется в так называемый «мемпул» — пул майнинга. Обязанность майнеров — проверить действительность этих ожидающих обработки транзакций и объединить их в блок.

Блок можно представить как страницу в книге блокчейна, на которой записано несколько транзакций и других данных. Конкретно, узлы майнинга собирают неподтвержденные транзакции из мемпула и формируют из них кандидатный блок.

Затем майнеры пытаются преобразовать этот кандидатный блок в действительный подтвержденный блок. Для этого майнеры должны решить сложную математическую задачу, что требует больших вычислительных ресурсов. За успешное майнинг одного блока майнер получает награду, включающую новые созданные монеты и транзакционные сборы. Ниже подробно объясняется процесс майнинга.

Шаг 1: Хеширование транзакций

Первый шаг майнинга блока — выбрать неподтвержденные транзакции из мемпула и последовательно пропускать их через хеш-функцию. Каждый запуск хеш-функции с данными создает фиксированный по размеру вывод, называемый «хеш-значением».

В процессе майнинга хеш-значение каждой транзакции состоит из набора цифр и букв, служащего идентификатором. Хеш транзакции представляет всю содержащуюся в ней информацию.

Помимо хеширования каждой транзакции, майнеры добавляют собственные транзакции, отправляя себе награду за блок. Эта транзакция называется «coinbase» — создание новых монет. Обычно она записывается как первая транзакция в новом блоке, после чего идут все остальные неподтвержденные транзакции.

Шаг 2: Создание дерева Меркла

После хеширования каждой транзакции эти хеши объединяются в «дерево Меркла» (также называемое «хеш-дерево»). Хеши транзакций объединяются попарно, затем снова хешируются, и так далее, пока не получится один итоговый хеш — «корень Меркла» (или «Меркл-роот»).

Объединенные хеши продолжают объединяться и хешироваться, пока не создадут один итоговый хеш — корень Меркла, который представляет собой сводный хеш всех транзакций в блоке.

Шаг 3: Поиск действительного заголовка блока (хеш блока)

Заголовок блока служит уникальным идентификатором каждого блока, он имеет свой собственный хеш. При создании нового блока майнеры объединяют хеш предыдущего блока, корень Меркла и добавляют случайное число «nonce», чтобы получить новый хеш блока.

Для проверки кандидатного блока майнеры должны объединить корень Меркла, хеш предыдущего блока и nonce, затем пропустить их через хеш-функцию. Этот процесс повторяется многократно, пока не будет найден действительный хеш.

Поскольку хеш-значение не может быть изменено без изменения исходных данных, майнеры многократно меняют nonce, пока не найдут подходящий хеш. Хеш блока должен быть меньше определенного целевого значения, установленного протоколом. В майнинге биткойнов, например, хеш должен начинаться с определенного количества нулей — это называется «сложностью майнинга».

Шаг 4: Публикация найденного блока

Как видно, майнеры должны многократно менять nonce и хешировать заголовок блока, пока не найдут подходящий хеш. Майнер, который первым найдет такой хеш, публикует блок в сеть. Все остальные узлы проверяют правильность блока и его хеша. Если все в порядке, блок добавляется в копию блокчейна.

На этом этапе кандидатный блок становится подтвержденным, и все майнеры продолжают работу над следующим блоком. Майнеры, не успевшие найти подходящий хеш, отбрасывают свой кандидатный блок и снова начинают майнить.

Что делать, если одновременно найдены два блока?

Иногда два майнера одновременно публикуют действительные блоки, и в сети появляется две конкурирующие ветки блокчейна. Майнеры начинают майнить следующий блок на основе первого полученного блока, что приводит к временному разделению сети на две версии блокчейна.

Конкуренция продолжается, пока один из блоков не станет частью более длинной цепочки. Побеждает тот блок, который был найден первым. Блоки, которые были отвергнуты, называются «одинокими» или «устаревшими». Майнеры, работавшие на них, переключаются на цепочку с победным блоком и продолжают майнить.

Что такое сложность майнинга?

Сложность майнинга регулируется протоколом и периодически корректируется, чтобы обеспечить постоянную скорость создания новых блоков и стабильное выпуск новых монет. Она зависит от общей вычислительной мощности сети (хешрейта).

Когда в сеть присоединяется новый майнер, конкуренция возрастает, и сложность увеличивается, что замедляет создание блоков. Если же майнеров становится меньше, сложность снижается, и добыча новых блоков становится проще. После корректировки сложность остается постоянной независимо от общего хешрейта сети.

Типы криптовалютного майнинга

Существует множество способов майнинга криптовалют. Постоянно появляются новые аппаратные средства и алгоритмы консенсуса, что ведет к оптимизации оборудования и процессов. Обычно майнеры используют специализированные вычислительные устройства для решения сложных криптографических задач. Ниже приведены наиболее распространенные методы майнинга.

Центральный процессор(CPU) майнинг

Центральный процессор(CPU) майнинг — это использование CPU компьютера для выполнения хеш-функций, необходимых для модели доказательства работы. В ранние годы биткойна майнинг был доступен с низкими затратами и порогом входа, обычный CPU мог справляться с его сложностью, и любой мог попробовать добывать биткойны и другие криптовалюты.

Однако с ростом числа майнеров и увеличением хешрейта сети прибыльность майнинга на CPU снизилась. Появились более мощные специализированные устройства для майнинга, и CPU-майнинг практически вышел из употребления. Сегодня все майнеры используют специализированное оборудование, и майнинг на CPU уже невыгоден.

Графические процессоры(GPU) майнинг

Графические процессоры(GPU) предназначены для одновременной обработки различных приложений, таких как видеоигры или графическая рендеринг, но также могут использоваться для майнинга.

По сравнению с популярными специализированными интегральными схемами(ASIC), GPU дешевле и более гибки. Хотя пользователи могут использовать GPU для добычи некоторых конкурирующих монет, эффективность майнинга зависит от сложности и алгоритма.

ASIC-майнинг

Специализированные интегральные схемы(ASIC) — это устройства, разработанные для выполнения одной конкретной задачи. В криптовалютной сфере — это оборудование, предназначенное для майнинга. Известно, что ASIC-майнинг очень эффективен, но стоит дорого. ASIC-майнеры используют передовые технологии, и их стоимость значительно превышает CPU или GPU.

Кроме того, технологии ASIC развиваются очень быстро, и старые модели быстро устаревают, поэтому майнеры вынуждены регулярно обновлять оборудование. Даже без учета стоимости электроэнергии, ASIC-майнинг считается одним из самых дорогих способов майнинга.

Майнинг-пулы

Награда за блок присуждается первому успешно найденному майнеру, поэтому вероятность найти правильное хеш-значение очень низка. Если у майнера слабая вычислительная мощность, ему трудно самостоятельно найти следующий блок. В этом случае помогает майнинг-пул.

Майнинг-пул — это группа майнеров, объединяющих свои ресурсы (хеш-мощность), чтобы повысить шансы на получение награды за блок. После успешной добычи блока все участники делят награду пропорционально своему вкладу.

Индивидуальные майнеры, участвующие в пуле, получают преимущества в виде меньших затрат на оборудование и электроэнергию, однако, если майнинг-пул станет доминирующим, могут возникнуть опасения о возможной атаке 51%.

Что такое майнинг биткойнов и как он работает?

Биткойн — самый популярный и развитый пример майнинга среди криптовалют, основанный на механизме доказательства работы.

Доказательство работы — это механизм консенсуса, созданный Сатоши Накамото и впервые описанный в белой книге биткойна в 2018 году. Вкратце, он определяет, как сеть блокчейн достигает консенсуса без третьих сторон, при помощи большого объема вычислений, что препятствует злоумышленным действиям.

В сети с доказательством работы транзакции проверяются майнерами. Они соревнуются, используя специализированное оборудование, чтобы решить сложные криптографические задачи. Первый, кто найдет действительное решение, публикует блок транзакций в блокчейн и получает награду.

Количество криптовалютных наград за блок в разных блокчейнах различно. Например, по состоянию на март 2023 года, майнеры в блокчейне биткойна получают 6.25 биткойнов за блок. Согласно механизму «халвинга» биткойна, каждые 21 000 блоков (примерно раз в четыре года) награда за блок уменьшается вдвое.

Будет ли майнинг криптовалют в 2026 году прибыльным?

Майнинг криптовалют все еще может приносить прибыль, но требует тщательного анализа, управления рисками и исследований. Он связан с инвестициями и рисками, такими как стоимость оборудования, волатильность цен на криптовалюту и изменения протоколов. Чтобы снизить эти риски, майнеры обычно используют стратегии управления рисками и предварительно оценивают потенциальные затраты и доходы.

Прибыльность майнинга зависит от множества факторов. Одним из них является изменение цены криптовалюты. Рост цены увеличивает фиатную стоимость награды за блок. Падение цены снижает прибыльность.

Эффективность майнингового оборудования также является ключевым фактором. Оборудование может быть дорогостоящим, поэтому майнеры должны балансировать между стоимостью оборудования и ожидаемыми наградами. Еще один важный фактор — стоимость электроэнергии. Если цена на электроэнергию слишком высока и превышает доходы, майнинг становится убыточным.

Кроме того, оборудование быстро устаревает, и его приходится регулярно обновлять. Новые модели превосходят старые, и если у майнера нет бюджета на обновление, он рискует потерять конкурентоспособность.

Наконец, протоколы могут изменяться. Например, халвинг биткойна сокращает награду за блок вдвое, что влияет на прибыльность майнинга. Также, в сентябре 2022 года Ethereum полностью перешел с механизма доказательства работы на механизм доказательства доли(PoS), что сделало майнинг ненужным.

Заключение

Криптовалютный майнинг — важная часть работы биткойна и других блокчейнов на основе доказательства работы, обеспечивающая безопасность сети и стабильное выпуск новых монет. Кроме того, он может приносить пассивный доход майнерам. Для подробного пошагового объяснения вышеизложенного рекомендуем ознакомиться с нашей статьей «Руководство по криптовалютному майнингу».

Майнинг имеет свои плюсы и минусы: основное преимущество — потенциальная прибыль от наград за блок. Однако он зависит от стоимости электроэнергии и рыночных цен. Перед началом майнинга обязательно проведите собственное исследование(DYOR) и тщательно оцените риски. **$ICP **$CPOOL