Понимание майнинга Bitcoin: Полное руководство по важнейшей функции сети

Процесс, лежащий в основе работы и безопасности Bitcoin, в корне связан с тем, что такое майнинг биткоинов — вычислительный механизм, который постоянно подтверждает транзакции и поддерживает целостность сети без необходимости централизованных посредников. С момента запуска сети Bitcoin Сатоши Накамото в 2009 году, майнинг биткоинов эволюционировал от простых операций на персональных компьютерах до сложной глобальной индустрии. В этом всестороннем обзоре рассматривается, что такое майнинг биткоинов, как он функционирует, почему он остается критически важным для сети, а также как и отдельные лица, и предприятия могут участвовать в этом важном процессе.

Почему Bitcoin нуждается в децентрализованной валидации: решение проблемы двойных трат

Основная задача, которую решает майнинг биткоинов, — предотвращение двойной траты одного и того же цифрового актива — проблема, присущая любой цифровой валюте, функционирующей без доверенной центральной власти. Традиционные платежные системы полагаются на финансовые институты, такие как банки, для ведения авторитетных реестров и предотвращения мошенничества. Bitcoin устраняет эту зависимость с помощью распределенного механизма консенсуса, при котором участники сети коллективно подтверждают все транзакции.

Цифровые подписи, криптографическая инновация 1970-х годов, позволяют только владельцу приватного ключа авторизовать перевод средств. Однако одних подписей недостаточно, чтобы предотвратить попытки отправить одни и те же биткоины нескольким получателям. Для решения этой фундаментальной проблемы Сатоши Накамото принял систему доказательства работы на основе хеширования Adam Back, которая упорядочивает транзакции по хронологии в неизменяемые блоки и позволяет сети достигать согласия по текущему состоянию реестра, следуя за самой длинной цепочкой блоков. Эта система делает практически невозможным отмену транзакций, если только злоумышленник каким-то образом не воспроизведет всю предыдущую вычислительную работу — что экономически невыгодно при постоянном добавлении новых блоков.

Технические основы: как на самом деле работает майнинг биткоинов

Майнинг биткоинов состоит из трех основных операций, выполняемых в непрерывных циклах:

1. Объединение транзакций: участники сети собирают и упаковывают ожидающие подтверждения транзакции, транслируемые по пиринговой сети, в блок данных.

2. Интеграция в блокчейн: майнер ссылается на самый последний блок в самой длинной цепочке, вставляя хеш его заголовка в новый блок, создавая непрерывную хронологическую связь.

3. Вычисление доказательства работы: майнер пытается решить сложную математическую задачу для нового блока, одновременно отслеживая блоки от других участников сети.

После успешного решения задачи майнер транслирует новый блок в пиринговую сеть, где другие узлы подтверждают его и включают в свои локальные копии блокчейна.

Понимание доказательства работы: основной механизм безопасности

В основе этой системы лежит доказательство работы — механизм, который предотвращает односторонние изменения в блокчейне для личной выгоды. Без этого механизма любой участник сети мог бы изменить историю транзакций в своих интересах, полностью подорвав целостность реестра.

Доказательство работы достигает двух важных целей: оно обеспечивает, чтобы все участники имели одинаковые копии блокчейна, и предотвращает двойную трату средств. Bitcoin использует SHA-256 — хеш-функцию, которая преобразует любую строку данных в фиксированный 256-битный число. Даже минимальные изменения данных приводят к совершенно разным результатам, что делает эту одностороннюю функцию идеальной для создания вычислительных барьеров.

Майнеры ищут допустимые блоки, используя итеративный процесс: увеличивая произвольное значение заголовка блока, называемое nonce, вычисляют хеш заголовка блока и проверяют, не ниже ли он заданного порогового значения. Поиск достаточно низкого значения хеша — это и есть задача доказательства работы. По мере роста конкуренции майнеры должны выполнять экспоненциально больше хеш-вычислений для обнаружения допустимых блоков, создавая вычислительную сложность, которая обеспечивает безопасность всей системы.

Эволюция оборудования для майнинга: от персональных компьютеров до специализированных устройств

Технические требования к майнингу биткоинов значительно изменились с момента его появления. Когда Сатоши майнил первый блок (Genesis) в январе 2009 года, используя обычный персональный компьютер, запуск полного узла Bitcoin и майнинг были практически одинаковыми действиями.

Эпоха CPU (2009-2010)
Центральные процессоры обеспечивали ранние операции майнинга, когда вычислительные требования были минимальны. Модификатор сложности блока 1 означал, что блоки добывались почти мгновенно на потребительском оборудовании.

Революция GPU (2011-2012)
По мере роста стоимости биткоинов — достигнув $1, а затем $30 за монету — конкуренция в майнинге резко усилилась. Майнеры обнаружили, что графические процессоры, изначально предназначенные для игр, могут выполнять множество математических расчетов одновременно и значительно превосходят по скорости CPU. В течение примерно одного года GPU-майнинг был доминирующим методом.

Доминирование ASIC (2013 — настоящее время)
Между GPU и современными ASIC-системами использовались промежуточные решения — программируемые логические матрицы (FPGA). Однако в 2013 году появились специализированные интегральные схемы (ASIC), предназначенные исключительно для SHA-256, и быстро вытеснили все предыдущие технологии. ASIC в разы быстрее GPU, и сегодня это единственный экономически оправданный способ майнинга.

Современные ASIC требуют выполнения триллионов расчетов для обнаружения допустимых блоков. Текущая сложность майнинга примерно равна 30 триллионам, что означает, что майнеры должны выполнять более 30 триллионов хеш-операций, чтобы найти допустимый блок. Эта астрономическая цифра показывает, почему только специализированные, с большим капиталом операции обычно остаются прибыльными при текущем уровне сложности.

Регулировка сложности: саморегулирующийся механизм Bitcoin

Сеть Bitcoin настроена так, чтобы создавать один блок примерно каждые десять минут — баланс между быстрым подтверждением транзакций и минимизацией потерь вычислительных ресурсов из-за реорганизаций цепи. Этот постоянный интервал блоков поддерживается благодаря гениальной системе регулировки сложности.

По мере увеличения числа майнеров скорость производства блоков ускоряется. Вместо того чтобы допускать сокращение времени подтверждения, узлы Bitcoin пересчитывают целевой уровень сложности каждые 2016 блоков (примерно каждые две недели). Эта регулировка обеспечивает, что независимо от общей вычислительной мощности сети, блоки будут появляться с запланированным средним интервалом в десять минут.

Механизм регулировки сложности создает отрицательную обратную связь: увеличение участия в майнинге ведет к более быстрому обнаружению блоков, что вызывает рост сложности и возвращает средний интервал к десяти минутам. Этот механизм показал удивительную стабильность за 17 лет существования Bitcoin, несмотря на переход майнинга от хобби к промышленному масштабу. Сложность первого блока (1) выросла до сегодняшних 30 триллионов, что отражает экспоненциальный рост безопасности сети за счет накопленных вычислительных инвестиций.

Награды за блок: стимул для обеспечения безопасности сети

Bitcoin стимулирует участие в майнинге двумя способами. Майнеры получают фиксированную награду за блок (в настоящее время 6.25 биткоинов за блок), а также все транзакционные сборы, включенные в их добытый блок. Эта двойная система вознаграждения компенсирует майнерам затраты на электроэнергию и оборудование, а также обеспечивает достаточную безопасность сети.

Общий объем предложения Bitcoin фиксирован программно и со временем уменьшается. Каждые 210 000 блоков (примерно каждые четыре года) происходит событие, известное как «халвинг» (halving), при котором награда за блок сокращается вдвое. Начав с 50 биткоинов за блок в 2009 году, награда снизилась до 6.25 биткоинов и будет продолжать уменьшаться до примерно 2140 года, когда она достигнет нуля. Этот запланированный дефицит создает жесткий лимит — 21 миллион биткоинов, что делает Bitcoin «жестким активом» с неизменной динамикой предложения. Для сравнения, золото с 1900 года демонстрирует ежегодный прирост предложения 1-2%, без гарантии постоянства.

По мере уменьшения наград за блок до нуля, основным стимулом для майнинга станут транзакционные сборы. Этот переход обеспечит, что майнеры продолжат получать вознаграждение за обеспечение безопасности сети даже после полного выпуска всех биткоинов.

Как участвовать: соло-майнинг, пуловой майнинг и корпоративные операции

Лица, заинтересованные в майнинге биткоинов, могут выбрать несколько подходов, каждый из которых отличается техническими требованиями, уровнем прибыльности и степенью децентрализации.

Соло-майнинг
Самостоятельный или DIY-майнинг предполагает использование специализированного оборудования ASIC независимо, без присоединения к майнинговому пулу. В этом случае все награды за блок и сборы получают только те, кто лично нашел допустимый блок. Такой подход требует значительных вычислительных мощностей и дает очень нестабильный доход, поскольку вероятность индивидуального обнаружения блока при текущей сложности крайне низка.

Соло-майнинг наиболее актуален для тех, кто ценит участие без KYC или хочет использовать избыточное тепло оборудования для отопления дома. Иногда, несмотря на огромные шансы, опытные майнеры-одиночки все же находят блоки — например, в январе 2022 года один майнер, использующий всего 120 терахешей, успешно добыли допустимый блок стоимостью примерно $265 000 в то время.

Пуловой майнинг
Пулы объединяют вычислительную мощность участников, позволяя им совместно работать как одна большая майнинговая операция. Пулы координируют майнинг-усилия по всему миру и распределяют полученные биткоины пропорционально вкладу каждого участника.

Этот подход дает относительно стабильный доход по сравнению с «фестом или голодом» соло-майнинга. Майнеры получают постоянные выплаты, основанные на их доле хеш-вычислений, а не на случайном успехе в поиске блока. Среди крупных пулов — Luxor, Foundry, Slush Pool, Poolin, Mara Pool, F2Pool. Выбор подходящего пула требует тестирования нескольких вариантов и сравнения комиссий, которые в индустрии зачастую остаются непрозрачными.

Корпоративный майнинг
Крупные майнинговые компании владеют современным оборудованием и работают в географически выгодных регионах с дешевым электричеством. Эти предприятия стабильно превосходят домашних майнеров благодаря инфраструктуре, масштабам и договорным ценам на электроэнергию.

Участие в корпоративном майнинге возможно через три основных механизма:

1. Размещение оборудования — покупка майнингового оборудования, которое компания устанавливает и эксплуатирует на своем объекте
2. Покупка хеш-мощности — приобретение доли в общей вычислительной мощности компании
3. Прямое инвестирование — вложение в саму майнинговую компанию

Известные майнинговые предприятия включают Iris Energy (объект с возобновляемой энергетикой в Британской Колумбии), Core Scientific (по хешрейту крупнейший, с объектами в нескольких штатах США), Riot Blockchain (публичная компания в Северной Америке), Blockstream Mining (основана криптографом Адамом Бэком), Hut 8 Mining (канадский публичный оператор).

Участие в корпоративном майнинге обычно требует KYC, включает плату за услуги и дает ограниченный контроль над деятельностью компании — что создает риски неправильного управления для инвесторов.

Энергетика, устойчивость и дебаты о экономике майнинга

Энергопотребление майнинга биткоинов стало широко обсуждаемой темой, часто сопровождающейся заблуждениями о воздействии на окружающую среду. Анализ показывает, что майнинг все больше способствует развитию возобновляемых источников энергии и повышает надежность электросетей за счет гибкого спроса.

Различие между потреблением энергии и выбросами углерода
Bitcoin потребляет примерно 87 ТВтч в год, что составляет около 0,55% мировой электроэнергии — эквивалентно странам Малайзия или Швеция. Однако сама по себе цифра потребления ничего не говорит об экологическом воздействии, которое зависит полностью от источников энергии.

Теоретически, Bitcoin мог бы потреблять всю мировую электроэнергию, не вызывая выбросов углерода, если бы вся энергия была возобновляемой. В то же время, относительно небольшое потребление, связанное с угольными электростанциями, создает значительно больше экологического ущерба. Важным показателем для оценки воздействия является уровень выбросов CO2, а не абсолютное потребление.

Интеграция возобновляемых источников и стимулы для майнинга
Майнеры по сути выбирают места с самой дешевой электроэнергией для максимизации прибыли. Солнечная и ветровая энергия сейчас стоят 3-4 цента/кВтч и 2-5 цента/кВтч соответственно, что дешевле ископаемого топлива (5-7 центов/кВтч). Эта экономическая реальность привела майнеров в регионы с развитой возобновляемой энергетикой, такие как Западный Техас с ветром и солнечной энергией, а также Норвегия с гидроэнергией.

Однако переменчивость возобновляемых источников — солнце заходит, ветер утихает — создает проблему для операторов электросетей. Майнинг обеспечивает гибкую нагрузку, которая может работать, когда возобновляемая генерация достигает пика. Майнинговые фермы могут поглощать избыточную энергию, которая иначе была бы curtailed, создавая тем самым экономические стимулы для хранения энергии, а не батарей.

Норвегия — пример: 100% электроэнергии в стране идет от гидроэлектростанций, что делает ее идеальной юрисдикцией для майнинга, где операторы получают дешевую энергию и одновременно используют возобновляемую.

Оценка заявлений о устойчивости
По данным Центра альтернативных финансов (CCAF), точное измерение устойчивости майнинга затруднено из-за анонимности майнеров и нежелания раскрывать операционные данные. Оценки доли возобновляемой энергии сильно варьируются:

• Bitcoin Mining Council оценил в Q2 2022, что 59,5% электроэнергии, используемой для майнинга, — возобновляемая, что на 6% больше по сравнению с Q2 2021
• Coinshare (2019) предположил, что 73% потребления — углеродно-нейтральное, в основном за счет гидроэнергетики в Юго-Западном Китае и Скандинавии
• CCAF (2020) оценил около 39%, подчеркивая сложности сбора данных

Несмотря на неопределенность оценок, майнинговые операции явно движутся к использованию возобновляемой энергии, руководствуясь чисто экономическими мотивами, а не экологическими мандатами. Новые технологии, такие как использование океанской энергии, также открывают возможности для питания майнинга и получения при этом социальных выгод.

Прибыльность, сложность и экономика майнинга

Прибыльна ли майнинг?
Прибыльность майнинга зависит от множества взаимосвязанных факторов: стоимости электроэнергии, затрат на оборудование ASIC, систем охлаждения и текущей цены биткоина. Падение цены быстро сжимает маржу майнеров, иногда вынуждая их закрывать рентабельные операции и временно снижая сложность сети.

Расчет наград за майнинг
Майнеры зарабатывают биткоины, умножая награду за блок (в настоящее время 6.25 биткоинов) на текущую цену, плюс сборы за транзакции. При средней цене около $20 000 за биткоин в 2022 году, доход за блок составлял примерно $125 000. Современные уровни сложности и цена создают совершенно разные сценарии прибыльности.

Динамика сложности майнинга
Текущая сложность майнинга выросла с тривиального уровня 1 в Genesis-блоке до примерно 30 триллионов — рост, отражающий 17 лет постоянных вычислительных инвестиций в безопасность сети. Это объясняет, почему домашний майнинг стал практически невозможен для частных лиц без использования бесплатной электроэнергии, улавливания избыточного тепла или очень специализированных условий.

Время майнинга биткоина
В среднем сеть создает один блок каждые десять минут, и каждый блок содержит 6.25 биткоинов. Следовательно, примерно за 10 минут сеть производит 6.25 биткоинов. Индивидуальные майнеры получают награды пропорционально своей вычислительной мощности через пуловой майнинг или ждут успеха в соло-майнинге.

По мере приближения событий «халвинга» (следующий ожидается около 2028 года, когда награда станет около 1.56 биткоинов), добыча одного биткоина индивидуально будет требовать все больше времени, хотя средний интервал сети в десять минут для полного блока остается неизменным.

Распространенные мифы о майнинге биткоинов

Миф 1: Майнинг биткоинов использует исключительно грязную, ископаемую энергию
Майнинг биткоинов привнес революционные рыночные механизмы в энергетическую индустрию, традиционно ограниченную географическими и инфраструктурными факторами. Он создает спрос на возобновляемую энергию, эффективно монетизируя ветровую и солнечную мощность, ранее сталкивавшуюся с проблемами curtailed.

По мере снижения стоимости технологий возобновляемой энергетики, стимулы майнеров совпадают с развитием чистых источников. Западный Техас с ветром и солнечной энергией, а также Норвегия с гидроэнергией — естественные центры майнинга именно потому, что майнеры тяготеют к более дешевому электричеству. Путь к углеродно-нейтральной энергетике формируется органически, через экономические стимулы, а не через регуляторные мандаты.

Миф 2: Майнинг биткоинов тратит энергию впустую
Это заблуждение объединяет потребление энергии с ее «потерей» или «засорением». Энергия считается «потерянной», только если она используется для бесполезных целей. Оценка того, является ли майнинг эффективным использованием энергии, зависит от оценки ценности Bitcoin как альтернативной денежной системы — вопрос, выходящий за рамки технического анализа и переходящий в философские и экономические дебаты.

Более продуктивный подход признает, что майнеры будут продолжать оптимизировать источники электроэнергии с экономической точки зрения, что Bitcoin уже стимулирует инвестиции в возобновляемую энергию за счет демонстрируемого спроса, а также что новые технологии, такие как океанская энергия, открывают возможности для питания майнинга и получения социальных выгод.

Миф 3: Bitcoin потребляет больше энергии на транзакцию, чем Visa
Это сравнение неправильно понимает модель работы Bitcoin. Большая часть энергии уходит на добычу блоков, а не на обработку транзакций. После выпуска биткоинов подтверждение транзакций требует минимальных вычислительных ресурсов.

Энергопотребление майнеров обеспечивает безопасность всей инфраструктуры Bitcoin — прошлых, настоящих и будущих транзакций — что создает принципиально другую экономическую модель по сравнению с платежными системами, основанными на посредниках. При сравнении с Visa или PayPal необходимо учитывать их сложную многоуровневую инфраструктуру, включающую множество посредников и расчетных центров, что может занимать месяцы.

Bitcoin функционирует как финальный слой расчетов без доверенных сторон, с немедленной необратимой окончательностью транзакций. Полная инфраструктура традиционных платежных систем — с учетом всех посредников и расчетных периодов — вероятно, потребляет больше энергии, чем Bitcoin, при полном подсчете. Такие сравнения «яблоки с яблоками» показывают, что исходное сравнение — технически некорректно.

Часто задаваемые вопросы о майнинге биткоинов

Законен ли майнинг?
Майнинг биткоинов легален во большинстве стран мира. Однако некоторые государства, такие как Алжир, Непал, Россия, Боливия, Египет, Марокко, Эквадор, Пакистан, Бангладеш, Китай, Доминиканская Республика, Северная Македония, Катар и Вьетнам, ограничили или запретили майнинг из-за опасений по поводу энергопотребления или угрозы монетарному контролю со стороны правительства.

Облагается ли награда за майнинг налогами?
Да. Майнинг биткоинов считается предпринимательской деятельностью, и майнеры обязаны декларировать награды как обычный доход в соответствии с налоговым законодательством. Налогообложение капитальных прибылей применяется, если проданные биткоины продаются по более высокой цене.

Возможно ли еще домашний майнинг?
Домашний майнинг технически возможен, но обычно требует особых условий: очень дешевой электроэнергии, бесплатных систем охлаждения (например, за счет близости к воде или холодному климату), использования избыточного тепла и готовности к низкой или нулевой прибыли. Большинство домашних майнеров предпочитают участие без KYC или использование тепла для отопления, а не максимизацию прибыли.

Какое оборудование используют современные майнеры?
ASIC-майнинговое оборудование полностью вытеснило все предыдущие технологии. Сегодня прибыльный майнинг осуществляется исключительно с помощью специализированных схем, предназначенных для SHA-256, таких как Antminer, Avalon, Whatsminer.

Сколько осталось майнить биткоинов?
Программно ограниченное предложение — около 21 миллиона биткоинов. В обращении примерно 19,5 миллиона, остается около 1,5 миллиона, которые еще предстоит добыть. Однако из-за регулярных халвингов окончательная добыча ожидается примерно к 2140 году.