فهم تعدين البيتكوين: دليل تقني واقتصادي شامل

التعدين بيتكوين هو أكثر من مجرد عملية—إنه الآلية الأساسية التي تحافظ على أمان شبكة البيتكوين بأكملها، ولامركزيتها، وموثوقيتها. في جوهره، يخدم تعدين البيتكوين وظيفتين حاسمتين: التحقق من صحة المعاملات وضمان إضافتها إلى السجل الدائم دون الحاجة إلى سلطة مركزية أو وسيط. يعمل هذا النظام المبتكر من خلال آلية إثبات العمل الموزعة المصممة لتحفيز المشاركة مع تعزيز أمان الشبكة ولامركزيتها. مصطلح “التعدين” يعكس استخراج المعادن الثمينة، على الرغم من أن المعدنين يحلون ألغاز حسابية معقدة بدلاً من الحفر في الأرض. في جوهره، ينجز تعدين البيتكوين مهمتين حيويتين في وقت واحد: إدخال عملات بيتكوين جديدة إلى التداول وإضافة معاملات جديدة إلى سلسلة الكتل.

كيف أمن تعدين البيتكوين الشبكة ضد الاحتيال

قبل البيتكوين، كانت التحدي الأساسي لأي عملة رقمية لامركزية بسيطًا ولكنه يبدو مستحيل الحل: كيف تمنع الإنفاق المزدوج دون وسيط موثوق؟ تعتمد أنظمة الدفع التقليدية على البنوك أو المؤسسات المالية لتنسيق المعاملات والحفاظ على دقة السجلات. كانت نقطة الاختراق في البيتكوين مختلفة.

يعمل المعدنون في البيتكوين كمنسقين للشبكة—يقومون بالدور الذي تتولاه البنوك تقليديًا، ولكن من خلال إثبات cryptographic بدلاً من الثقة المؤسسية. يستخدم النظام توقيعات رقمية، وهي ابتكار تشفير من السبعينيات، لإثبات الملكية. زوج المفاتيح الخاص والعام يضمن أن فقط صاحب المفتاح الخاص يمكنه إنفاق أو نقل البيتكوين. ومع ذلك، فإن التوقيعات الرقمية وحدها لا تمنع إنفاق نفس البيتكوين مرتين (مشكلة الإنفاق المزدوج).

حل ساتوشي ناكاموتو الذكي استعار نموذج إثبات العمل القائم على التجزئة من آدم باك لحل هذه المشكلة. تتيح هذه الآلية ترتيب المعاملات زمنيًا في كتل، مما يمكّن المشاركين في الشبكة من التوصل إلى إجماع حول حالة السجل من خلال اتباع أطول سلسلة صالحة. جمال هذا النظام: تصبح المعاملات غير قابلة للعكس عندما يكون إعادة تنفيذ إثبات العمل لجميع الكتل السابقة مكلفًا حسابيًا للمهاجمين. وبما أن الكتل الجديدة تضاف باستمرار، فإن اللحاق بالسلسلة وتغييرها يصبح شبه مستحيل.

آلية تعدين البيتكوين: قوة الحوسبة على نطاق واسع

يتطلب تعدين البيتكوين موارد حسابية هائلة، تشبه عمليات مراكز البيانات. توفر الأجهزة المتخصصة، المعروفة باسم الدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيق (ASICs)، القدرة المعالجة التي يحتاجها المعدنون للمنافسة في حل الألغاز التشفيرية للشبكة. يتسابق المعدنون لإضافة الكتلة التالية إلى سلسلة الكتل، مما يؤدي إلى إصدار عملات جديدة ويعزز موثوقية الشبكة.

آلية الثقة تعمل بشكل أنيق: تصبح المعاملات مؤكدة وآمنة فقط عندما يتم استثمار قوة حسابية كبيرة في الكتلة التي تحتويها. كل كتلة تضاف بعد ذلك تعزز أساس الأمان هذا. يجمع المعدنون كميات متغيرة من المعاملات في كتل—تتراوح من معاملة واحدة إلى عدة آلاف، اعتمادًا على حجم بيانات المعاملة. يتبع إصدار البيتكوين جدولًا محددًا مسبقًا، ينقص مع مرور الوقت من خلال أحداث الانقسام (الهافنج) التي تحدث كل أربع سنوات.

تطور أجهزة تعدين البيتكوين: من الحواسيب الشخصية إلى الرقائق المتخصصة

عندما أطلق ساتوشي ناكاموتو البيتكوين في 3 يناير 2009، كان التمييز بين تشغيل عقدة والتعدين غير واضح. كان الأفراد قادرين على أداء كلا الوظيفتين على حواسيبهم الشخصية، مما جعل تعدين البيتكوين مشروعًا يدويًا بعيدًا عن العمليات الصناعية الحالية.

عصر وحدة المعالجة المركزية (CPU): كانت الكتلة الأولى (الكتلة 0) التي تحتوي على 50 بيتكوين على الأرجح تم تعدينها باستخدام وحدة المعالجة المركزية (CPU) لحاسوب شخصي عادي. كالمعدن الوحيد، أنشأ ساتوشي الكتل باستخدام أجهزة عادية لأن صعوبة التعدين كانت منخفضة جدًا. أثبتت وحدات المعالجة المركزية كفاءتها عندما كان التنافس الحسابي شبه معدوم.

الانتقال إلى وحدات معالجة الرسوميات (GPU): مع ارتفاع قيمة البيتكوين خلال 2011—أول وصوله إلى 1 دولار ثم ارتفاعه إلى 30 دولارًا لكل عملة—أصبح التعدين أكثر تنافسية. كانت وحدات معالجة الرسوميات، المصممة أصلاً للألعاب، قادرة على إجراء عمليات حسابية متعددة في وقت واحد، مما جعلها أسرع بكثير من وحدات المعالجة المركزية لهذه المهمة المحددة.

ثورة ASIC: بحلول 2012، ظهرت مصفوفات البوابات القابلة للبرمجة ميدانيًا (FPGAs) كتقنية وسيطة، لكنها سرعان ما تم استبدالها. أدخلت الدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيق (ASICs)، التي أطلقت للتعدين على البيتكوين في 2013، تغييرات جذرية. هذه الرقائق المخصصة مصممة حصريًا لأداء عمليات التجزئة SHA-256 وتتفوق بشكل كبير على وحدات معالجة الرسوميات. اليوم، أصبح التعدين باستخدام ASIC هو النهج الاقتصادي الوحيد الممكن، مما يمثل تحولًا كاملًا من التعدين المنزلي غير المهني في السنوات الأولى للبيتكوين.

آلية إثبات العمل: المحرك وراء أمان البيتكوين

يشكل إثبات العمل الأساس المطلق لنموذج أمان البيتكوين. بدونها، يمكن لكل مشارك في الشبكة تعديل السجل لتحقيق مكاسب شخصية. وبما أنه لا توجد سلطة مركزية تحكم النزاعات، يضمن إثبات العمل استمرار تشغيل النظام الموزع بشكل صحيح وشفاف.

يحقق إثبات العمل هدفين أساسيين: يضمن أن يحتفظ جميع المشاركين بنسخ متطابقة من السجل ويمنع إنفاق الأموال أكثر من مرة—وهو ثغرة حرجة لشبكات الدفع التي لا توجد بها تنسيق مركزي.

يعتمد خوارزم إثبات العمل في البيتكوين على دوال التجزئة، وهي عمليات رياضية ذات اتجاه واحد تحول أي مدخل إلى مخرجات ذات طول ثابت (التجزئة). حتى أدنى تغيير—مثل تعديل فاصلة واحدة—يغير التجزئة تمامًا. يستخدم البيتكوين بشكل خاص SHA-256، الذي طورته وكالة الأمن القومي في 2001، والذي ينتج قيمة 256 بت ويعتبر آمنًا جدًا.

تتضمن عملية التعدين حلقة مستمرة: يزيد المعدنون قيمة تسمى nonce في رأس الكتلة، ثم يجزئون الرأس الناتج، ويفحصون ما إذا كانت قيمة التجزئة أقل من هدف معين. إذا لم تكن كذلك، يتم رفض الكتلة. العثور على تجزئة صغيرة بما يكفي—وهو “مشكلة إثبات العمل” الفعلية—هو التحدي الحسابي الذي يسعى المعدنون باستمرار لحله.

تعديل الصعوبة: آلية التنظيم الذاتي للبيتكوين

تشكّل خاصية تعديل الصعوبة وتقسيم المكافآت (الهافنج) العمود الفقري لنظام العرض البرمجي للبيتكوين. تم تصميم الشبكة عمدًا لإنشاء كتلة تقريبًا كل عشر دقائق—توازن متعمد بين سرعة التأكيد وتبديد العمل من خلال الانقسامات والكتل غير الصالحة.

مع انضمام المزيد من المعدنين وزيادة القدرة المعالجة، كان من المتوقع أن يتسارع إنشاء الكتل بدون تدخل. الحل الأنيق للبيتكوين: تعديل هدف التجزئة للكتل بشكل دوري للحفاظ على متوسط عشر دقائق. لكل 2016 كتلة (عادة كل أسبوعين)، تعيد العقد في الشبكة حساب الصعوبة استنادًا إلى المدة التي استغرقتها عملية التعدين لتلك الكتل.

يُظهر التقدم تطور التعدين بشكل دراماتيكي. كانت الصعوبة في الكتلة الأولى 1، مما يعني أنها كانت تقريبًا فورية للتعدين. اليوم، تصل الصعوبة إلى حوالي 30 تريليون—مما يعني أن أجهزة ASIC يجب أن تؤدي، في المتوسط، أكثر من 30 تريليون عملية تجزئة للعثور على كتلة صالحة والبقاء تنافسيًا على مستوى العالم.

مكافآت الكتلة: هيكل الحوافز لأمان الشبكة

يتطلب حل مشكلات إثبات العمل قوة حسابية هائلة، وهو ما يترجم إلى تكاليف كهربائية كبيرة. لتحفيز المشاركين على استثمار الموارد في تأمين الشبكة، يوفر البيتكوين مكافأتين لكل كتلة تم تعدينها بنجاح: دعم الكتلة (المكافأة) ورسوم المعاملات التي تم جمعها من تلك المعاملات.

يحدد خوارزم البيتكوين أن مكافأة الكتلة تنقص إلى النصف كل 210,000 كتلة (حوالي كل أربع سنوات). حاليًا، تبلغ مكافأة الكتلة 6.25 بيتكوين لكل كتلة. تضمن هذه الانقسامات المنتظمة إنتاج البيتكوين بشكل ثابت على المدى المتوسط، مع ضمان نفاد العرض على المدى الطويل. يحد هذا من إجمالي عرض البيتكوين إلى 21 مليون—مما أكسب البيتكوين لقب “أصل الأصول الصعب” في العالم. بالمقابل، نما عرض الذهب بنسبة 1-2% سنويًا منذ 1900 بدون ضمانات، في حين أن جدول البيتكوين الرياضي الثابت لا يتغير.

عندما يُصل إلى الحد الأقصى البالغ 21 مليونًا حوالي عام 2140، تتوقف مكافآت الكتلة تمامًا. بعد ذلك، ستصبح رسوم المعاملات التي يدفعها مستخدمو البيتكوين هي المكافأة الوحيدة للمعدنين، مما يحفزهم باستمرار على تأمين ومعالجة المعاملات.

المشاركة في تعدين البيتكوين: خيارات للمستثمرين المختلفين

هناك مساران رئيسيان للمشاركة في تعدين البيتكوين. يمكنك إنشاء عملية تعدين في المنزل أو التعاقد مع شركات تعدين محترفة. كل نهج يحمل مزايا وعيوب، لذلك من الضروري فهم تعدين البيتكوين جيدًا قبل تخصيص الموارد.

عمليات التعدين المنزلية: رغم أن الشركات الكبرى تهيمن على الصناعة بمرافق على مستوى المستودعات، لا يزال بإمكان المعدنين الأفراد العمل بشكل مربح من المنزل. ومع ذلك، يتطلب هذا السعي المتخصص معرفة تقنية واسعة، والوصول إلى معدات ASIC بأسعار معقولة، وأنظمة تبريد موثوقة، وكهرباء مستقرة منخفضة التكلفة، واتصال إنترنت موثوق. قبل الاستثمار في التعدين المنزلي، قيّم جميع العوامل بعناية لتجنب الأخطاء المكلفة. إذا كانت الظروف مواتية، يوفر التعدين المنزلي طريقة خالية من متطلبات التحقق من الهوية (KYC) لتعدين البيتكوين. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استغلال الحرارة الزائدة من معدات التعدين لتدفئة المنزل—وهو فائدة عملية تستحق النظر.

التعدين الفردي: التعدين الفردي (المعروف أيضًا باسم التعدين الذاتي) ينطوي على استخدام أجهزة مخصصة للبحث عن الكتل بشكل مستقل دون الانضمام إلى تجمع تعدين. على عكس المعدنين في التجمعات الذين يجمعون الموارد، يعمل المعدن الفردي بشكل مستقل. يحصل على مكافأة الكتلة ورسوم المعاملات فقط عندما يكتشف كتلة صالحة بنفسه—وهو ميزة كبيرة، لكن تحقيق ذلك أصبح أكثر صعوبة مع تزايد المنافسة على مستوى الشبكة.

كان هذا النهج عمليًا عندما كانت صعوبة التعدين منخفضة وكان العثور على الكتل بسيطًا نسبيًا. في يناير 2022، حدث ملحوظ أظهر جاذبية التعدين الفردي المعاكسة: عثر معدّن فردي واحد يمتلك فقط 120 تيراهاش على كتلة صالحة وربح حوالي 265,000 دولار من مكافآت البيتكوين. حاليًا، يُعتبر التعدين الفردي غير مربح بشكل عام بسبب مستويات الصعوبة الهائلة. ومع ذلك، يظل الخيار المفضل للتعدين غير الموثق (بدون KYC)، ويمكن للحرارة الزائدة من معدات ASIC أن تعوض تكاليف الكهرباء من خلال تدفئة المنزل.

التعدين الجماعي (Pools): يتيح التعدين الجماعي للمعدنين الأفراد دمج قوة التجزئة الخاصة بهم، ليعملوا معًا كوحدة تعدين ضخمة. تجمع تجمعات التعدين الموارد من المعدنين حول العالم وتوزع البيتكوين الناتج بشكل تناسبي حسب قوة الحوسبة التي يساهمون بها. يوفر هذا النهج دخلًا مستقرًا نسبيًا بدلاً من دفعات كبيرة غير منتظمة.

اختيار تجمع التعدين يمكن أن يكون تحديًا نظرًا لوجود العديد من الخيارات ولغموض الأسعار تاريخيًا. أفضل استراتيجية هي تجربة عدة تجمعات للعثور على الأنسب. من بين أكبر وأقدم التجمعات: لوكسور، فاوندري، سلاش بول، بولين، مارا بول، وF2Pool.

شركات التعدين التجارية: عادةً ما تكون عمليات التعدين على نطاق صناعي هي الأكثر نجاحًا وربحية. من غير الواقعي للمعدنين المنزليين الصغار المنافسة ضد مشغلين محترفين يمتلكون مرافق على مستوى المستودعات. تمتلك هذه الشركات موارد وبنية تحتية أكبر بكثير.

ثلاث خيارات للتعدين عبر شركات تجارية: شراء معدات التعدين التي يستضيفونها في منشآتهم، شراء نسبة من قوة التجزئة المتاحة لديهم، أو الاستثمار مباشرة في الشركة نفسها. تتطلب هذه الترتيبات عادة تقديم معلومات KYC ودفع رسوم خدمة. بالإضافة إلى ذلك، تتخلى عن السيطرة على توجه الشركة، مما يعرض استثمارك لمخاطر سوء الإدارة.

من الشركات المعروفة في مجال التعدين:

• إيريس إنرجي: مقرها في كولومبيا البريطانية، كندا، وتملك وتدير بنية تحتية لمراكز البيانات تعمل بالطاقة المتجددة.
• كور ساينتيفيك: أكبر شركة تعدين بيتكوين من حيث قوة التجزئة (إجمالي القدرة الحاسوبية)، وتدير منشآت في تكساس، جورجيا، نورث كارولينا، كنتاكي، وداكوتا الشمالية.
• رايوت بلوكتشين: واحدة من أكبر شركات تعدين البيتكوين المدرجة علنًا في أمريكا الشمالية، وتدير منشآت في تكساس تشمل محطتي وينستون وكورسيكانا.
• بلوكستروم: تقدم خدمات تعدين البيتكوين على مستوى المؤسسات للمؤسسات والمستثمرين عالميًا، وتأسست بمشاركة عالم التشفير آدم باك، الذي ساهمت أبحاثه السابقة مباشرة في إنشاء البيتكوين.
• هات 8 ماينينج: من بين أكثر شركات التعدين الرقمية ابتكارًا في أمريكا الشمالية، وتملك أحد أعلى مخزونات البيتكوين التي تم تعدينها ذاتيًا بين الشركات المدرجة، وتدير مواقع تعدين في جنوب ألبرتا ونورث باي، أونتاريو، كندا.

معالجة الطاقة والمفاهيم الخاطئة الشائعة حول تعدين البيتكوين

مفهوم خاطئ #1 – “تعدين البيتكوين يعتمد على الوقود الأحفوري الملوث”

في الواقع، يخلق تعدين البيتكوين فرص سوقية جديدة لصناعة الكهرباء تتحدى قيود توليد الطاقة التقليدية. يحفز هذا الآلية السوقية استثمارًا كبيرًا في الطاقة المتجددة عالميًا، مما يمكّن من توسعة كبيرة للطاقة الخالية من الكربون.

تُعد قدرات توليد الطاقة الشمسية والرياح الأساس الاستراتيجي، لأن شبكة البيتكوين تعمل كمشتري فريد للطاقة المتجددة، مما يسرع الانتقال العالمي نحو إنتاج أنظف. مع انخفاض تكاليف الشمس والرياح بشكل كبير—حاليًا 3-4 سنتات لكل كيلوواط ساعة و2-5 سنتات على التوالي، مقارنة بـ5-7 سنتات للوقود الأحفوري—يميل المعدنون إلى الاعتماد على هذه المصادر بسبب قدرتها التنافسية من حيث التكلفة لتحقيق الربحية.

تحدي التذبذب في مصادر الطاقة المتجددة: تتغير توفر الشمس والرياح بشكل كبير. يوفر تعدين البيتكوين حلاً تكنولوجيًا أنيقًا: يمتص الطاقة المتغيرة، ويخلق بشكل فعال قدرات تخزين ونقل لمواجهة التذبذب. تتجمع منشآت التعدين بالفعل في مناطق غنية بالطاقة المتجددة. جذب غرب تكساس، الغني بالرياح والطاقة الشمسية، معدني البيتكوين للاستفادة من هذه الفرصة الهائلة. بالمثل، يجعل نظام الكهرباء في النرويج، الذي يعتمد حصريًا على الطاقة المتجددة، من البلاد مكانًا مثاليًا لتعدين البيتكوين، مع كهرباء منخفضة التكلفة ودرجات حرارة باردة طبيعيًا لتبريد المعدات.

مفهوم خاطئ #2 – “تعدين البيتكوين يضيع الطاقة”

وفقًا لأبحاث مركز كامبريدج للتمويل البديل (CCAF)، يستهلك البيتكوين حاليًا حوالي 87 تيراواط ساعة سنويًا—يمثل 0.55% من إنتاج الكهرباء العالمي، وهو ما يعادل تقريبًا استهلاك الطاقة السنوي لدول صغيرة مثل ماليزيا أو السويد. رغم أن هذا الرقم يثير قلق النقاد، فإن التركيز الأساسي يجب أن يكون على الانبعاثات الكربونية، وليس الاستهلاك فقط. يمكن نظريًا أن يستهلك البيتكوين كل الكهرباء العالمية، ولكن إذا كانت مصادره من 100% من الطاقة المتجددة، فسيكون تأثيره الكربوني ضئيلًا جدًا.

يمكن حساب استهلاك البيتكوين للطاقة بسهولة استنادًا إلى بيانات قوة التجزئة. التحدي الحقيقي هو تحديد الانبعاثات الكربونية، وهو أمر معقد بسبب عدة عوامل. غالبًا ما يرفض المعدنون الكشف عن بيانات عملياتهم، ويعني غموض الشبكة أننا أحيانًا نفتقر إلى رؤية واضحة لنشاط التعدين الإقليمي. عندما تكون معروفة، تعتمد تقديرات الأثر الكربوني على افتراضات مزيج الطاقة الإقليمي—مما يضيف قدرًا كبيرًا من عدم اليقين.

قدّر مجلس تعدين البيتكوين أن 59.5% من عمليات التعدين العالمية كانت تعتمد على كهرباء مستدامة في الربع الثاني من 2022، بزيادة حوالي 6% على أساس سنوي. ووفقًا لتقرير Coinshare لعام 2019، كانت 73% من استهلاك البيتكوين للطاقة خاليًا من الكربون، معتمدًا بشكل رئيسي على الطاقة الكهرمائية في مراكز التعدين مثل جنوب غرب الصين وسكندنافيا. ومع ذلك، اقترحت تقديرات مركز كامبريدج للتمويل البديل لعام 2020 أن الرقم كان أقرب إلى 39%. يوضح هذا التفاوت أن مقاييس استهلاك الطاقة وحدها غير موثوقة لتقييم الأثر الكربوني للبيتكوين.

النقاش الأكثر إنتاجية يدور حول ما إذا كان تعدين البيتكوين يمثل استخدامًا مجديًا للطاقة. يفتح هذا المجال لوجهات نظر متنوعة اعتمادًا على تقديرك للنظام النقدي البديل الذي يمثله البيتكوين.

مفهوم خاطئ #3 – “تعدين البيتكوين يستهلك طاقة أكثر بكثير لكل معاملة من شبكات الدفع مثل فيزا”

هذا المقارنة تفهم بشكل خاطئ بنية استهلاك الطاقة في البيتكوين. يستهلك البيتكوين قدرًا كبيرًا من الطاقة أثناء عملية التعدين نفسها، وليس أثناء التحقق من المعاملات. بمجرد إصدار البيتكوين، يتطلب التحقق من المعاملات أقل قدر من الطاقة.

المعارضون يقسمون غالبًا إجمالي استهلاك البيتكوين للطاقة على عدد المعاملات، مما يخلق رقمًا مضللًا من الناحية الرياضية. معظم استهلاك الطاقة التاريخي كان موجهًا نحو التعدين، وليس معالجة المعاملات. كثيرون لا يدركون هذا التمييز، مما يطيل من رواية مضللة.

علاوة على ذلك، يصبح هذا المقارنة أكثر سوءًا عند النظر في كيفية عمل أنظمة الدفع التقليدية. شبكات فيزا، بايبال، وغيرها لا توفر تسوية فورية غير قابلة للعكس بين المؤسسات. عادةً ما تتطلب هذه الأنظمة متعددة الطبقات ستة أشهر لإنهاء المعاملات. كم من الطاقة يُهدر خلال تلك الفترة الممتدة من التسوية؟ إطار المقارنة ذاته غير صحيح.

يعمل البيتكوين كطبقة تسوية نهائية “نقدية” لا تتطلب وسيطًا موثوقًا—مختلفة جوهريًا عن شبكات الدفع التقليدية. تتزايد الرواية التي تصف تعدين البيتكوين بـ"الكارثة البيئية" مع اعتماد طرق جديدة وموارد متجددة. تَعِدُ الابتكارات مثل تكنولوجيا الطاقة البحرية بتوفير طاقة نظيفة مستمرة لمليارات الناس حول العالم.