Що таке майнінг криптовалют та як він працює?

Резюме

Криптовалютне майнінг підтверджує транзакції у блокчейні та є процесом створення нових одиниць криптовалюти.

Майнери потребують значних обчислювальних ресурсів, що також забезпечує безпеку мережі блокчейну.

Що таке криптовалютний майнінг?

Криптовалютний майнінг базується на механізмі консенсусу(Proof of Work), що забезпечує безпеку та децентралізацію таких криптовалют, як Біткоїн. Майнінг — це процес підтвердження транзакцій користувачів і додавання їх до публічного реєстру блокчейну. Тому майнінг є ключовим елементом для функціонування Біткоїна без центрального органу.

Операції майнінгу також відповідають за введення нових монет у існуючий обіг. Однак криптовалютний майнінг слідує набору закодованих правил, які керують процесом майнінгу та запобігають довільному створенню нових монет. Ці правила закладені у базовий протокол криптовалюти та виконуються мережею з тисячами вузлів.

Щоб створити нову одиницю криптовалюти, майнери використовують свої обчислювальні потужності для розв’язання складних криптографічних задач. Перший, хто успішно їх розв’яже, має право додати новий блок транзакцій до блокчейну та опублікувати його в мережі.

Як працює майнінг Ethereum?

Після досягнення нової транзакції у блокчейні вона потрапляє до так званого «мемпулю» — майнінгового пулу. Обов’язок майнерів — перевірити дійсність цих транзакцій і об’єднати їх у блок.

Блок можна уявити як сторінку у реєстрі блокчейну, де записано кілька транзакцій та інших даних. Конкретно, вузли майнінгу збирають непідтверджені транзакції з мемпулу та формують кандидатний блок.

Далі майнери намагаються перетворити цей кандидатний блок у дійсний підтверджений блок. Для цього вони мають розв’язати складну математичну задачу, що вимагає значних обчислювальних ресурсів. За кожен успішний майнінг блоку майнери отримують нагороду, яка складається з новостворених монет та транзакційних комісій. Нижче детальніше розглянемо процес майнінгу.

Крок 1: Хешування транзакцій

Перший крок у майнінгу — це вибір транзакцій з мемпулу та їх хешування за допомогою хеш-функції. Кожен запуск хеш-функції над даними дає вихід фіксованого розміру, що називається «хеш-значенням».

У процесі майнінгу кожна транзакція має своє хеш-значення, яке складається з цифр і літер і служить ідентифікатором. Хеш транзакції відображає всю інформацію, що міститься у цій транзакції.

Крім хешування кожної транзакції та їхнього окремого оброблення, майнери додають власні транзакції для отримання нагороди — так звану «coinbase» транзакцію, тобто створення нових монет. Зазвичай ця транзакція є першою у новому блоці, а всі інші — це очікуючі на підтвердження транзакції.

Крок 2: Створення Меркл-дерева

Після хешування кожної транзакції ці хеші об’єднуються у «Меркл-дерево» (також зване «хеш-дерево»). Хеші транзакцій об’єднуються у пари, кожна пара хешується знову, і так далі, поки не буде створено один кореневий хеш — «Меркл-корінь» (або «Меркл-рутинг»).

Нові хеш-значення об’єднуються у пари, кожна пара знову хешується, і цей процес повторюється, доки не буде отримано один унікальний хеш. Цей останній хеш і називається «кореневим хешем» або «Меркл-рутом». Він репрезентує всі попередні хеші, використані для його формування.

Меркл-дерево об’єднує хеші транзакцій у пари та повторює хешування.

Крок 3: Знаходження дійсного заголовка блоку (хешу блоку)

Заголовок блоку використовується як унікальний ідентифікатор кожного блоку, що має свій неповторний хеш. При створенні нового блоку майнери поєднують хеш попереднього блоку з кореневим хешем кандидатного блоку, щоб отримати новий хеш блоку. Також майнери додають випадкове число — «nonce».

Отже, при перевірці кандидатного блоку майнери повинні об’єднати кореневий хеш, хеш попереднього блоку та nonce, і пропустити їх через хеш-функцію. Цей процес повторюється багато разів з метою отримання дійсного хешу.

Оскільки кореневий хеш і хеш попереднього блоку не можна змінювати, майнери змінюють nonce багато разів, доки не знайдуть валідний хеш. Вихідне значення (хеш блоку) має бути меншим за цільовий поріг, визначений протоколом. У майнінгу Біткоїна хеш блоку має починатися з кількох нулів — це називається «складність майнінгу».

Крок 4: Публікація знайденого блоку

Як бачимо, майнери повинні багаторазово змінювати nonce і перераховувати хеш-заголовки, доки не знайдуть валідний хеш блоку. Майнери, які це зробили, публікують цей блок у мережу. Інші вузли перевіряють правильність блоку та його хешу. Якщо все вірно, цей блок додається до копії блокчейну.

Обраний кандидатний блок стає підтвердженим блоком, і всі майнери продовжують майнити наступний блок. Майнери, які не встигли знайти валідний хеш, відкидають свої кандидатні блоки і знову беруться за майнінг.

Що робити, якщо одночасно знайдено два блоки?

Іноді два майнери одночасно публікують валідні блоки, і мережа тимчасово має два конкуруючі варіанти блокчейну. Майнери починають майнити наступний блок на основі першого отриманого блоку, що спричиняє розгалуження мережі.

Конкуренція між блоками триває, доки один з них не буде доданий у мережу як основний. Перемагає той блок, який буде знайдено першим. Відкинуті блоки називають «сирими» або «відсталілими». Майнери, що працювали над цим блоком, переключаються на основний ланцюг.

Що таке складність майнінгу?

Складність майнінгу регулюється протоколом і періодично коригується, щоб забезпечити стабільну швидкість створення нових блоків і рівномірний випуск нових монет. Вона пропорційна обчислювальній потужності мережі (хешрейту).

Коли до мережі приєднується новий майнер, конкуренція зростає, і складність підвищується, що ускладнює розв’язання задачі та зберігає середній час створення блоку незмінним. Якщо ж більшість майнерів виходить з мережі, складність зменшується, і майнінг стає легшим. Після коригування складності час створення блоку залишається стабільним і не залежить від загальної обчислювальної потужності мережі.

Типи криптовалютного майнінгу

Існує багато різних способів майнінгу криптовалют. З появою нових апаратних засобів і алгоритмів консенсусу обладнання та процеси постійно вдосконалюються. Майнери зазвичай використовують спеціалізовані обчислювальні пристрої для розв’язання складних криптографічних рівнянь. Розглянемо кілька найпоширеніших методів майнінгу.

Центральний процесор(CPU) майнінг

Центральний процесор(CPU) майнінг — це використання процесора комп’ютера для виконання хеш-функцій, необхідних для механізму доказу роботи. На ранніх етапах Біткоїна вартість майнінгу та поріг входу були низькими, і звичайний CPU міг справлятися з його складністю, тому будь-хто міг спробувати майнити Біткоїн та інші криптовалюти.

Однак із зростанням кількості майнерів і збільшенням хешрейту мережі прибутковість майнінгу зменшується. Крім того, з’явилися більш потужні спеціалізовані майнингові пристрої, і CPU-майнінг майже зник. Зараз усі майнери використовують спеціалізоване обладнання, і майнінг на CPU вже не вигідний.

Графічний процесор(GPU) майнінг

Графічний процесор(GPU) — це пристрій, спеціально розроблений для одночасної обробки різних додатків, наприклад, для відеоігор або графічного рендерингу, але його також використовують для майнінгу.

У порівнянні з популярними спеціалізованими інтегральними схемами(ASIC), GPU дешевші і більш гнучкі. Хоча користувачі можуть використовувати GPU для майнінгу деяких конкуренційних монет, ефективність залежить від складності майнінгу та алгоритму.

ASIC-майнінг

Спеціалізована інтегральна схема(ASIC) — це пристрій, розроблений для конкретної цілі. У криптовалютній сфері це означає спеціалізоване обладнання для майнінгу. Відомо, що ASIC-майнери мають високу ефективність, але їхня ціна дуже висока. Вони використовують передові технології майнінгу, і вартість обладнання значно перевищує ціну CPU або GPU.

Крім того, технології ASIC швидко розвиваються, і старі моделі вже не вигідні. Тому майнери змушені регулярно оновлювати обладнання. Навіть без врахування витрат на електроенергію, ASIC-майнінг залишається одним із найдорожчих способів майнінгу.

Майнингові пули

Нагорода за блок буде нарахована першому успішному майнеру, тому ймовірність знайти правильний хеш дуже низька. Якщо у майнера слабка обчислювальна потужність, йому важко самостійно знайти наступний блок. Це вирішує майнинговий пул.

Майнинговий пул — це група майнерів, які об’єднують свої ресурси (хеш-обчислювальну потужність), щоб підвищити шанси на отримання нагороди за блок. Після успішного знаходження блоку всі учасники пулу ділять нагороду відповідно до внеску.

Індивідуальні майнери, що приєднуються до пулу, мають переваги у обладнанні та електроенергії, але якщо пул стане домінуючим, виникне ризик 51% атаки на мережу.

Що таке майнінг Біткоїна і як він працює?

Біткоїн — найпопулярніша та найрозвинутіша криптовалюта, що базується на механізмі доказу роботи.

Доказ роботи — це механізм консенсусу у блокчейні, створений Сатоші Накамото і описаний у його білій книзі 2018 року. Коротко кажучи, механізм доказу роботи визначає, як мережа досягає консенсусу без посередників, між усіма учасниками. Цей механізм вимагає значних обчислювальних ресурсів для запобігання зловмисним діям.

Як видно, у мережі з доказом роботи транзакції підтверджуються майнерами, які змагаються за розв’язання складних криптографічних задач за допомогою спеціального обладнання. Той, хто першим знайде правильне рішення, може опублікувати транзакційний блок у блокчейні і отримати нагороду.

Кількість криптовалюти у нагороді за блок у різних блокчейнах відрізняється. Наприклад, станом на березень 2023 року, майнери у мережі Біткоїна отримують 6.25 біткоїнів за кожен знайдений блок. За механізмом напівзменшення нагороди, кожні 21 000 блоків (приблизно раз на 4 роки) кількість біткоїнів у нагороді зменшується вдвічі.

Чи залишиться прибутковим майнінг криптовалют у 2026 році?

Майнінг криптовалют все ще може бути прибутковим, але вимагає ретельного планування, управління ризиками та обережних досліджень. Майнінг пов’язаний із інвестиціями та ризиками, зокрема, витратами на обладнання, коливаннями цін криптовалют і змінами у протоколах. Щоб зменшити ці ризики, майнери зазвичай застосовують заходи управління ризиками і перед початком майнінгу оцінюють потенційні витрати та доходи.

Прибутковість майнінгу залежить від кількох факторів. Одним із них є коливання цін криптовалют. Зростання цін підвищує фіатну вартість нагороди за блок. Зниження цін зменшує прибутковість.

Ефективність майнингового обладнання також є ключовим фактором. Воно може бути дорогим, тому майнери мають балансувати між вартістю обладнання та очікуваними нагородами. Ще один важливий фактор — витрати на електроенергію. Якщо ціна на електроенергію занадто висока і перевищує доходи, майнінг стане збитковим.

Крім того, обладнання швидко застаріває, і його потрібно оновлювати. Нові моделі мають кращу продуктивність, і якщо майнер не може собі дозволити оновлення, йому буде важко залишатися конкурентоспроможним.

Зрештою, протоколи також можуть змінюватися. Наприклад, напівзменшення нагороди у Біткоїна зменшує дохідність майнінгу. У 2022 році Ethereum повністю перейшов з механізму доказу роботи на механізм доказу частки(PoS), і майнінг став непотрібним.

Заключення

Криптовалютний майнінг є ключовою складовою Біткоїна та інших блокчейнів на основі доказу роботи, що сприяє безпеці мережі та стабільному випуску нових монет. Крім того, майнінг може приносити пасивний дохід майнерам. Для детальнішого ознайомлення з покроковим описом процесу рекомендуємо прочитати нашу статтю «Посібник з криптовалютного майнінгу».

Майнінг має свої плюси і мінуси. Найбільша перевага — потенційний дохід від нагород за блок. Однак він залежить від витрат на електроенергію та ринкових цін. Перед початком майнінгу обов’язково проведіть власне дослідження(DYOR) та ретельно оцініть потенційні ризики. **$ICP **$CPOOL