Розуміння майнінгу Біткоїна: повний посібник з основної функції мережі

Процес, що лежить в основі роботи та безпеки Bitcoin, є фундаментальною основою того, що таке майнінг біткойнів — обчислювальний механізм, який постійно підтверджує транзакції та підтримує цілісність мережі без необхідності централізованих посередників. З моменту запуску мережі Bitcoin Сатоші Накамото в 2009 році, майнінг біткойнів еволюціонував від простих операцій на персональному комп’ютері до складної глобальної індустрії. Цей всебічний огляд розглядає, що таке майнінг біткойнів, як він функціонує, чому він залишається критично важливим для мережі, а також як і окремі особи, і підприємства можуть брати участь у цьому важливому процесі.

Чому Bitcoin потребує децентралізованої валідації: вирішення проблеми подвійного витрачання

Основна проблема, яку вирішує майнінг біткойнів, — запобігання повторному витрату одного й того ж цифрового активу — проблема, властива будь-якій цифровій валюті, що функціонує без довіреної центральної влади. Традиційні платіжні системи покладаються на фінансові інституції, такі як банки, для ведення авторитетних реєстрів і запобігання шахрайству. Bitcoin усуває цю залежність за допомогою розподіленого механізму консенсусу, де учасники мережі колективно підтверджують усі транзакції.

Цифрові підписі, криптографічна інновація 1970-х років, дозволяють лише власнику приватного ключа авторизувати перекази коштів. Однак, самі підписі не можуть запобігти спробам відправити той самий біткойн кільком отримувачам. Щоб вирішити цю фундаментальну проблему, Сатоші Накамото застосував хеш-орієнтовану систему доказу роботи, запропоновану Адамом Беком, яка впорядковує транзакції у незмінні блоки за хронологічним порядком і дозволяє мережі досягти згоди щодо поточного стану реєстру, слідуючи за найдовшою ланцюгом блоків. Ця система робить можливим практично неможливим скасування транзакцій, якщо лише зловмисний актор не відтворить усю попередню обчислювальну роботу — економічно нерозумна ірраціональна пропозиція, враховуючи постійне додавання нових блоків.

Технічні основи: як насправді працює майнінг біткойнів

Майнінг біткойнів складається з трьох основних операцій, що виконуються у безперервних циклах:

1. Об’єднання транзакцій: учасники мережі збирають і пакують невитрачені транзакції, що транслюються через peer-to-peer мережу, у даний блок.

2. Інтеграція у блокчейн: майнер посилається на найновіший блок у найдовшій ланцюгу, вставляючи хеш його заголовка у новий блок, створюючи безперервний хронологічний зв’язок.

3. Обчислення доказу роботи: майнер намагається розв’язати складну математичну задачу для нового блоку, одночасно слідкуючи за блоками від інших учасників мережі.

Після успішного розв’язання задачі майнер транслює новий блок у peer-to-peer мережу, де інші вузли підтверджують його і додають до своїх локальних копій блокчейну.

Розуміння доказу роботи: основний механізм безпеки

У центрі цієї системи лежить доказ роботи — механізм, який запобігає будь-якому учаснику односторонньо змінювати блокчейн для особистої вигоди. Без цього механізму кожен учасник мережі міг би змінювати історію транзакцій у своїх інтересах, цілком підриваючи цілісність реєстру.

Доказ роботи досягає двох ключових цілей: він гарантує, що всі учасники мають ідентичні копії блокчейну, і запобігає повторному витрату коштів. Bitcoin використовує SHA-256 — хеш-функцію, яка перетворює будь-який ряд даних у фіксоване число довжиною 256 біт. Навіть мінімальні зміни у даних призводять до абсолютно інших вихідних значень, що робить цю функцію ідеальною для створення обчислювальних бар’єрів.

Майнери шукають дійсні блоки, використовуючи ітеративний процес: збільшують значення так званого nonce у заголовку блоку, обчислюють його хеш і перевіряють, чи цей хеш нижчий за заздалегідь визначений цільовий поріг. Знаходження достатньо низького значення хешу є фактичним викликом доказу роботи. Зі зростанням конкуренції майнерів потрібно виконувати експоненційно більше обчислень для пошуку валідних блоків, що створює обчислювальну складність, яка забезпечує безпеку всієї системи.

Еволюція обладнання для майнінгу: від персональних комп’ютерів до спеціалізованого апаратного забезпечення

Технічні вимоги до майнінгу біткойнів зазнали значної трансформації з моменту запуску мережі. Коли Сатоші майнив перший блок у січні 2009 року, використовуючи стандартний персональний комп’ютер, запуск повного вузла Bitcoin і майнінг були фактично однаковими діяльностями.

Ера CPU (2009-2010)
Центральні процесори забезпечували ранні операції майнінгу, оскільки обчислювальні вимоги були мінімальними. Мінімальна складність першого блоку (1) означала, що блоки майнилися майже миттєво на споживчому обладнанні.

Революція GPU (2011-2012)
Зі зростанням вартості Bitcoin — досягненням $1 і потім $30 за монету — конкуренція у майнінгу значно посилилася. Майнери виявили, що графічні процесори, спочатку створені для ігор, можуть виконувати багато математичних обчислень одночасно і значно перевищують продуктивність CPU. Майнинг на GPU став домінуючим підходом приблизно протягом року.

Домінування ASIC (з 2013 року)
Між GPU та сучасними ASIC-системами існували проміжні рішення — програмовані логічні масиви (FPGA). Однак у 2013 році з’явилися спеціалізовані інтегральні схеми (ASIC), розроблені виключно для SHA-256, що швидко зробили застарілими всі попередні технології. ASIC у сотні разів швидше за GPU і сьогодні є єдиним економічно доцільним обладнанням для майнінгу.

Сучасний ASIC для майнінгу вимагає виконання трильйонів обчислень для пошуку валідних блоків. Поточна складність майнінгу Bitcoin становить приблизно 30 трильйонів, тобто майнерам потрібно виконати понад 30 трильйонів хеш-операцій, щоб знайти валідний блок. Це астрономічне число ілюструє, чому лише спеціалізовані, з великим капіталом операції зазвичай зберігають прибутковість за поточних рівнів складності.

Регулювання складності: саморегулювальний механізм Bitcoin

Мережа Bitcoin запрограмована так, щоб створювати один блок приблизно кожні десять хвилин — баланс між швидким підтвердженням транзакцій і мінімізацією марнотратної обчислювальної роботи через реорганізацію ланцюга. Цей постійний час блоків підтримується за допомогою геніальної системи регулювання складності.

Зі зростанням кількості майнерів швидкість створення блоків прискорюється. Замість того, щоб дозволити час підтвердження зменшуватися, вузли Bitcoin перераховують цільовий показник складності кожні 2 016 блоків (приблизно кожні два тижні). Це регулювання гарантує, що незалежно від загальної обчислювальної потужності мережі, блоки з’являються з середньою інтервалом у десять хвилин.

Механізм регулювання складності створює негативний зворотний зв’язок: зростання участі у майнінгу призводить до швидшого знаходження блоків, що викликає підвищення складності і повертає інтервал до десяти хвилин. Цей механізм показав себе надзвичайно стабільним за 17 років існування Bitcoin, навіть при еволюції від хобі до індустріального масштабу. Складність Genesis-блоку у 1 зросла до сьогоднішнього рівня у 30 трильйонів, що відображає експоненційне зростання безпеки мережі через накопичені обчислювальні інвестиції.

Нагороди за блок: стимул для безпеки мережі

Bitcoin стимулює участь у майнінгу за допомогою двох окремих механізмів винагороди. Майнер отримує фіксовану субсидію за блок (зараз 6.25 біткойнів за блок) плюс усі транзакційні комісії, включені у їхній майнінгований блок. Ця двоєчкова винагорода компенсує витрати на електроенергію та обладнання, а також забезпечує достатній рівень безпеки мережі.

Обсяг пропозиції Bitcoin заздалегідь фіксований і зменшується з часом. Кожні 210 000 блоків (приблизно кожні чотири роки) відбувається подія «подвоєння» або «халвінг» — зменшення нагороди за блок удвічі. Починаючи з 50 біткойнів у 2009 році, нагорода зменшилася до 6.25 і продовжить зменшуватися до майже нуля близько 2140 року. Це заплановане зменшення пропозиції створює фіксований максимум у 21 мільйон біткойнів, що робить Bitcoin «жорстким активом» із незмінною динамікою пропозиції. Навіть золото, порівняно, зростає у пропозиції на 1-2% щороку з 1900 року без гарантії стабільності.

З часом нагороди за блок зменшуються до нуля, і основним стимулом для майнерів стануть транзакційні комісії. Ця трансформація забезпечує, що майнери залишатимуться винагородженими за захист мережі навіть після завершення емісії всіх біткойнів.

Як брати участь: соло-майнінг проти пулового майнінгу та підприємницьких операцій

Окремі особи, зацікавлені у майнінгу біткойнів, можуть обрати кілька різних підходів, кожен із яких має свої технічні вимоги, профілі прибутковості та вплив на децентралізацію.

Соло-майнінг
Самостійний або DIY-майнінг передбачає незалежну роботу спеціалізованого ASIC-обладнання, пошук блоків без приєднання до будь-якого майнінг-пулу. Учасники отримують повну винагороду за блок і транзакційні комісії лише у разі особистого знаходження валідного блоку. Цей підхід вимагає значної обчислювальної потужності і дає дуже непостійний дохід, оскільки ймовірність знайти блок індивідуально є надзвичайно низькою за поточних рівнів складності.

Соло-майнінг залишаються найбільш доцільним для тих, хто цінує участь без KYC або прагне використовувати надлишкове тепло обладнання для опалення дому. Іноді, добре обладнані соло-майнери все ж знаходять блоки — наприклад, у січні 2022 року один соло-майнер з 120 терахешами обчислювальної потужності успішно здобув валідний блок вартістю приблизно $265 000 у біткойнах на той час.

Пуловий майнінг
Пули об’єднують обчислювальну потужність розподілених майнерів, дозволяючи їм працювати як одна велика майнинговая операція. Вони координують зусилля і розподіляють отримані біткойни пропорційно внесеній обчислювальній роботі.

Цей підхід забезпечує відносно стабільний дохід порівняно з «феєрверками» соло-майнінгу. Майнери отримують стабільні платежі, базуючись на їхній частці хеш-роботи, а не на ймовірності знайти блок. Основні пули включають Luxor, Foundry, Slush Pool, Poolin, Mara Pool і F2Pool. Вибір відповідного пулу вимагає тестування кількох варіантів і порівняння структур комісій, які історично були непрозорими у галузі.

Підприємницький майнінг
Великі майнингові компанії володіють сучасним обладнанням і працюють у географічно вигідних місцях із дешевою електроенергією. Вони стабільно перевищують домашніх майнерів завдяки кращій інфраструктурі, економії на масштабі та домовленостям щодо цін на електроенергію.

Окремі особи можуть брати участь у підприємницькому майнінгу через три основні механізми:

1. Розміщення обладнання: купити обладнання для майнінгу, яке компанія встановлює і експлуатує у своєму об’єкті
2. Покупка хеш-можливості: придбати частку у загальній обчислювальній потужності компанії
3. Прямі інвестиції: інвестувати у саму майнингову компанію

Відомі підприємства включають Iris Energy (з відновлюваною енергетикою у Британській Колумбії), Core Scientific (найбільший за хешрейтом з об’єктами у кількох штатах США), Riot Blockchain (публічно торгова компанія у Північній Америці), Blockstream Mining (спільно заснована криптографом Адамом Беком), і Hut 8 Mining (канадський публічний оператор).

Участь у підприємницькому майнінгу зазвичай вимагає KYC, включає плату за послуги і має обмежений контроль над операціями компанії — що створює ризики неправильного управління для інвесторів.

Енергетика, сталий розвиток і економіка майнінгу: дискусія

Споживання енергії майнінгом біткойнів стало важливою темою публічних обговорень, часто з міфами щодо впливу на довкілля. Комплексний аналіз показує, що майнінг все більше сприяє розвитку відновлюваної енергетики і підвищенню надійності енергосистем через гнучкий попит.

Розрізнення споживання енергії та викидів вуглецю
Bitcoin споживає приблизно 87 ТВт-год на рік, що становить близько 0,55% світового виробництва електроенергії — еквівалент країн Малайзія або Швеція. Однак ця цифра сама по собі не визначає екологічний вплив, оскільки залежить від джерел енергії.

Теоретично, Bitcoin може споживати всю світову електроенергію без створення викидів вуглецю, якщо живиться виключно від відновлюваних джерел. Навпаки, порівняльно скромне споживання з боку вугільних електростанцій створює пропорційно більший екологічний збиток. Важливий показник для оцінки впливу — викиди вуглецю, а не просто обсяг спожитої енергії.

Інтеграція відновлюваної енергетики та стимули для майнінгу
Майнери за своєю природою концентруються у регіонах із найдешевшою електроенергією для максимізації прибутку. Сонячна і вітрова енергетика зараз коштують 3-4 цента/кВт-год і 2-5 цента/кВт-год відповідно, що дешевше за викопне паливо (5-7 цента/кВт-год). Це економічне співвідношення сприяло переміщенню майнерів у регіони з відновлюваною енергетикою, наприклад, у Західний Техас із багатими вітровими і сонячними ресурсами.

Однак переривчастість відновлюваної енергетики — сонце сідає, вітер змінюється — створює виклики для операторів мережі. Майнінг пропонує інноваційне рішення, забезпечуючи гнучке навантаження, яке може працювати, коли виробляється надлишкова енергія. Майнингові об’єкти можуть поглинати надлишкову відновлювану енергію, яка інакше була б обмежена, фактично створюючи енергетичне зберігання через економічні стимули, а не акумулятори.

Норвегія є прикладом такої динаміки: 100% її електроенергії походить із гідроенергетики, що робить її ідеальним майнинговим регіоном, де оператори отримують дешеву електроенергію і максимально використовують відновлювані джерела.

Оцінка тверджень про сталий розвиток
За даними Центру альтернативних фінансів Кембриджського університету (CCAF), визначити точні показники сталості майнінгу важко через анонімність майнерів і їхню нерозкритість операційних даних. Оцінки використання відновлюваної енергії значно варіюють:

• Bitcoin Mining Council оцінив у Q2 2022, що 59,5% електроенергії є сталими, що на 6% більше ніж у Q2 2021
• Coinshare (2019) оцінив 73% нейтральності викидів, переважно з гідроенергетики у Південно-західному Китаї та Скандинавії
• CCAF (2020) — близько 39%, що підкреслює труднощі з збором даних

Незважаючи на невизначеність у оцінках, операції майнінгу демонструють тенденцію до використання відновлюваної енергії, керуючись виключно економічними мотивами, а не екологічними обов’язками. Новітні технології, наприклад, добування енергії з океану, відкривають можливості живлення майнінгу і одночасного отримання користі для мільярдів людей.

Прибутковість, складність і економіка майнінгу

Чи вигідний майнінг?
Прибутковість майнінгу залежить від багатьох взаємопов’язаних факторів: вартості електроенергії, витрат на ASIC-обладнання, систем охолодження і поточної ціни біткойна. Зниження ціни біткойна швидко зжимає маржу майнерів, іноді змушуючи їх зупинятися і тимчасово знижувати складність мережі.

Обчислення винагороди за майнінг
Майнер отримує біткойни, рівні їхній нагороді за блок, помноженій на поточну ціну, плюс транзакційні комісії. За 6.25 біткойнів за блок і середньою ціною $20 000 у 2022 році, майнери заробляли приблизно $125 000 за блок. Поточна складність і ціна біткойна створюють зовсім інші сценарії прибутковості.

Прогресія складності майнінгу
Поточна складність майнінгу зросла з тривіального рівня 1 до приблизно 30 трильйонів — зростання, що відображає 17 років безперервних обчислювальних інвестицій у безпеку мережі. Це демонструє, чому домашній майнінг став практично неможливим для приватних осіб без використання безкоштовної електроенергії, надлишкового тепла або високоспеціалізованого обладнання.

Час для майнінгу біткойна
У середньому мережа генерує один блок кожні 10 хвилин, і кожен блок містить 6.25 біткойнів. Тобто приблизно за 10 хвилин усі майнери разом отримують 6.25 біткойнів. Індивідуальні майнери отримують винагороду пропорційно своїй обчислювальній частці через пуловий майнінг або очікують на успіх у соло-майнінгу.

З урахуванням майбутніх подій «подвоєння» нагород (наступне очікується близько 2028 року, коли нагорода стане приблизно 1.56 біткойнів), майнінг одного біткойна індивідуально займе дедалі більше часу, хоча середній час створення блоку залишається сталим — 10 хвилин.

Часті міфи про майнінг біткойнів

Міф 1: Майнинг Bitcoin використовує виключно брудну, викопну енергію
Майнінг Bitcoin створив революційні ринкові динаміки для енергетичних галузей, що раніше були обмежені географічними та інфраструктурними бар’єрами. Індустрія створює новий попит на відновлювану енергетику, фактично монетизуючи вітрову і сонячну потужність, що раніше стикалася з проблемами обмеження.

Зі зниженням вартості технологій відновлюваної енергетики майнери мають економічний стимул використовувати саме ці джерела. Західний Техас із багатими вітровими і сонячними ресурсами і Норвегія з гідроенергетикою стали природними центрами майнінгу саме через дешеву і чисту електроенергію. Шлях до безвуглецевої енергетики виник органічно завдяки економічним мотивам, а не через регуляторні вимоги.

Міф 2: Майнинг Bitcoin марнує енергію
Цей аргумент плутає споживання з марнотратством. Енергія стає «марною», лише коли її використовують для безцінних цілей. Визначення корисності майнінгу залежить від оцінки цінності Bitcoin як альтернативної валюти — питання, що виходить за межі технічного аналізу і має філософський і економічний характер.

Більш продуктивна дискусія визнає, що майнери продовжать оптимізувати джерела електроенергії з економічних мотивів, Bitcoin вже стимулює інвестиції у відновлювану енергетику через демонстрацію попиту, а нові технології постійно покращують профілі сталого розвитку.

Міф 3: Bitcoin споживає більше енергії на транзакцію ніж Visa
Це поширене порівняння неправильно розуміє модель роботи Bitcoin. Більша частина енергоспоживання Bitcoin припадає на процес майнінгу блоків, а не на обробку транзакцій. Після емісії біткойнів підтвердження транзакцій вимагає мінімальних обчислювальних ресурсів.

Майнери фінансують безпеку всієї мережі, а не лише окремих транзакцій. Порівняння з Visa або PayPal має враховувати їхню складну багаторівневу інфраструктуру, що включає багато посередників і розрахункові центри, які можуть потребувати місяці для завершення транзакцій.

Bitcoin — це фінальний рівень розрахунків без довірених сторін, з миттєвою незворотною транзакцією. Повна інфраструктура традиційних платіжних систем, включаючи усіх посередників і розрахунки з тримісячним циклом, ймовірно, споживає більше енергії, ніж Bitcoin, якщо рахувати все. Такі порівняння — некоректні.

Часті питання про майнінг біткойнів

Чи легальний майнінг?
Майнінг Bitcoin легальний у більшості країн світу. Однак у деяких країнах, таких як Алжир, Непал, Росія, Болівія, Єгипет, Марокко, Еквадор, Пакистан, Бангладеш, Китай, Домініканська Республіка, Північна Македонія, Катар і В’єтнам, майнінг заборонений або обмежений через побоювання щодо споживання електроенергії або загрозу монетарному контролю уряду.

Чи оподатковуються винагороди за майнінг?
Так. Майнінг Bitcoin є підприємницькою діяльністю, і майнери повинні декларувати винагороди як звичайний дохід відповідно до податкового законодавства. Податок на капітальний приріст застосовується, якщо продані намайнені біткойни за вищою ціною.

Чи залишився домашній майнінг життєздатним?
Технічно можливо, але зазвичай вимагає сприятливих умов: надзвичайно дешевої електроенергії, безкоштовних систем охолодження (наприклад, географічної близькості до води або холодного клімату), використання тепла і прийняття невеликої або нульової маржі. Більшість домашніх майнерів цінують участь без KYC або теплове відновлення, а не максимізацію прибутку.

Яке обладнання використовують сучасні майнери?
Замість усіх попередніх технологій ASIC-обладнання повністю витіснило їх. Сучасний прибутковий майнінг використовує виключно спеціалізовані схеми, налаштовані для SHA-256, виробляються компаніями Antminer, Avalon, Whatsminer.

Скільки біткойнів залишилось для майнінгу?
Приблизно 21 мільйон біткойнів — це запланований максимум пропозиції. Зараз у обігу близько 19,5 мільйонів, і залишилось приблизно 1,5 мільйонів, які ще потрібно здобути. Однак через постійні подвоєння нагороди останні біткойни будуть здобуті приблизно до 2140 року.