Розуміння майнінгу Біткоїна: як обчислювальна робота забезпечує безпеку блокчейну

Майнінг Біткоїна — це набагато більше ніж технічний процес — це фундаментальний механізм, який забезпечує функціонування, безпеку та децентралізацію всієї мережі Біткоїн. В основі він полягає у розв’язанні складних математичних головоломок, що підтверджують транзакції та створюють нові блоки, при цьому не потребуючи центрального органу управління. Ця обчислювальна праця робить можливим пірінгову платіжну систему Біткоїна, і вона рухається як криптографічними інноваціями, так і економічними стимулами, ретельно закладеними у протокол Біткоїна.

Основна проблема, яку розв’язує майнінг: довіра без посередників

Щоб зрозуміти, чому потрібна робота майнінгу, уявімо, що кожна платіжна система має запобігати подвійним витратам. У традиційних фінансах це роблять через центральний реєстр, який не дозволяє витратити один і той самий долар двічі. Але Біткоїн прагне повністю усунути необхідність таких посередників.

Цифрові підписі — криптографічний інструмент, винайдений у 1970-х роках — підтверджують право власності: лише той, хто має правильний приватний ключ, може пересилати біткоїни. Однак одних цифрових підписів недостатньо, щоб запобігти тому, що один і той самий біткоїн може бути одночасно витрачений у кількох місцях. Тут на допомогу приходить прорив Сатоші Накамото. Він застосував механізм доказу роботи (PoW), запропонований Адамом Беком, що дозволяє мережі впорядкувати всі транзакції у хронологічному порядку у блоки та колективно погодитися на один авторитетний реєстр.

Геніальність цього підходу полягає у тому, що будь-яка зміна транзакції вимагатиме повторного виконання обчислювальної роботи для всіх наступних блоків — що є економічно нерентабельним для зловмисників. Оскільки нові блоки постійно додаються до ланцюга, вартість атаки на Біткоїн зростає експоненційно. Так майнінг створює довіру не через репутацію інституцій, а через математику.

Як працює майнінг: технічний механізм

У будь-який момент тисячі майнерів по всьому світу змагаються у розв’язанні однієї й тієї ж головоломки. Ось що відбувається у кожному раунді:

Майнери збирають непідтверджені транзакції, поширені у мережі Біткоїн, і формують із них кандидатний блок. Кількість транзакцій у блоці може коливатися від однієї до кількох тисяч, залежно від їхнього обсягу. Потім вони посилаються на найновіший блок у найдовшому ланцюгу, створюючи послідовний зв’язок, що формує історичний запис блокчейну.

Наступний важливий крок — пошук дійсного рішення доказу роботи. Біткоїн використовує SHA-256 — криптографічну функцію хешування, створену NSA у 2001 році. Майнери повторно збільшують значення, званого nonce (число, що використовується один раз), у заголовку блоку та обчислюють його хеш. Вони шукають значення хешу, менше за цільовий поріг, встановлений мережею.

Цей пошук — чистий brute-force: майнери можуть спробувати мільярди або навіть трильйони комбінацій, перш ніж знайти валідне рішення. Складність цієї роботи автоматично регулюється кожні 2,016 блоків (приблизно раз на два тижні), щоб підтримувати середній час створення блоку рівним 10 хвилинам. Якщо до мережі приєднується більше майнерів і блоки добуваються швидше, складність зростає. Якщо майнерів менше — знижується. Цей елегантний зворотній зв’язок підтримує стабільний ритм роботи мережі.

Еволюція обладнання: чому домінування ASIC було неминучим

Обладнання для майнінгу Біткоїна зазнало кардинальних змін, що ілюструє, як конкуренція стимулює технологічну спеціалізацію.

У 2009 році, коли Сатоші запустив Біткоїн, майнінг був доступний кожному з персональним комп’ютером. Складність мережі становила всього 1, і сам Сатоші добув перший блок — Genesis — на стандартному ЦП (центральному процесорі). Майнінг і запуск вузла були майже однаковими.

До 2011 року, коли вартість біткоїна почала зростати — до $1, а потім і до $30 — конкуренція посилилася. Виявилося, що графічні процесори (GPU) значно швидше виконують цю роботу, ніж ЦП. GPU, спочатку створені для ігор, чудово справляються з тисячами математичних обчислень паралельно. Ера GPU тривала приблизно рік, доки не з’явилися нові технології.

Наступним кроком стали FPGA (програмовані вентильні масиви), що були швидшими за GPU, але залишалися гнучкими. Однак у 2012–2013 роках домінували вже спеціалізовані інтегральні схеми (ASIC), створені виключно для SHA-256. Ці кастомні чипи у сотні разів швидші за будь-яке універсальне обладнання. Сьогодні майнінг ASIC — єдиний економічно вигідний шлях до прибутковості.

Ця еволюція обладнання ілюструє фундаментальний принцип: з ростом мережі та стабілізацією нагород конкуренція стимулює спеціалізацію. Ті, хто першим застосував найновіші технології, отримали величезну перевагу. Тому, якщо у вас є обладнання кількох років давності, ви навряд чи зможете конкурувати з сучасними машинами. Це створює безперервний цикл оновлень і сприяє централізації ресурсів у великих операціях.

Чому майнінгова робота визначає економіку Біткоїна

Розв’язання задачі доказу роботи вимагає реальних обчислювальних витрат. Але чому ця важка праця економічно виправдана? Відповідь у програмній структурі пропозиції та стимулів Біткоїна.

Коли майнер успішно знаходить блок, він отримує два види нагород: блокову субсидію та транзакційні комісії. Субсидія — значна, наразі 6.25 біткоїнів за блок. Однак вона зменшується вдвічі кожні 210 000 блоків, тобто приблизно раз на чотири роки. У 2012, 2016 і 2020 роках відбувалися халвінги, а наступний запланований на 2028.

Цей механізм зменшення забезпечує передбачуване зростання пропозиції Біткоїна за зменшуваним графіком. Мережа була розроблена так, щоб до 2140 року загальна кількість біткоїнів не перевищила 21 мільйон. Це порівнюється з золотом: світовий запас золота зростає на 1–2% щороку з 1900 року, але без гарантії, що цей темп залишиться стабільним. Пропозиція Біткоїна незмінна, закодована у протоколі. Це дефіцит — підтверджений роботою майнерів — і тому його часто називають найжорсткішим активом у світі.

Економіка працює так: майнери витрачають реальні гроші на електроенергію, обладнання та охолодження. Вони погоджуються на ці витрати лише тоді, коли очікувані нагороди у біткоїнах перевищують їхні витрати. Це створює саморегулюючу ринкову модель. Якщо ціна біткоїна падає, майнінг стає менш вигідним, неефективні оператори вимикаються, хеш-потужність мережі зменшується, і залишкові майнери отримують більший прибуток. Якщо ціна зростає — з’являються нові учасники, конкуренція зростає, і потрібно підвищувати ефективність. У довгостроковій перспективі витрати майнінгу приблизно дорівнюють нагородам за блок, що забезпечує безпеку мережі без надмірного витрачання ресурсів.

Від соло-майнінгу до пулів: шляхи до майнінгу

Сьогодні існують два основних підходи до майнінгу, кожен із яких має свої плюси і мінуси.

Соло-майнінг: самодостатність і анонімність

Самостійні майнери працюють незалежно, використовуючи власне обладнання, не приєднуючись до організацій. Якщо їм вдається знайти валідний блок, вони отримують усі нагороди — 6.25 BTC і транзакційні комісії. Це дає максимальну приватність — не потрібно проходити KYC — і відповідає ідеології Біткоїна.

Однак соло-майнінг стає дедалі менш реальним. При складності мережі близько 30 трильйонів, майнер із невеликим обладнанням може місяцями не знайти жодного блоку. У січні 2022 року один щасливий соло-майнер із 120 Тх/с знайшов блок і заробив приблизно $265 000 за тодішнім курсом. Такі випадки — винятки, а не правило.

Зараз соло-майнінг має сенс переважно як спосіб обігріву дому — використовуючи тепло обладнання — або для тих, хто ідеологічно прихильний до неконтрольованої роботи. Більшість індивідуальних майнерів вже перейшли до пулів.

Майнінг у пулах: колективна обчислювальна потужність

Пули — децентралізовані організації, що об’єднують обчислювальну силу тисяч майнерів по всьому світу. Замість змагатися самостійно проти всієї мережі, учасники працюють як один суб’єкт. Коли пул знаходить блок, нагороди розподіляються пропорційно внесеній обчислювальній потужності.

Це забезпечує стабільний дохід, а не випадковий виграш у лотереї. Майнер, що вносить 1% хеш-потужності пулу, отримує приблизно 1% від його доходу. Основні пули — Luxor, Foundry, Slush Pool, Poolin, Mara Pool, F2Pool. Однак робота у пулі має свої мінуси: потрібно проходити KYC, платити комісії оператору і довіряти його чесності.

Корпоративні майнингові операції

Найприбутковіший майнінг — у великих інституційних компаніях. Вони володіють величезними складами ASIC, працюють цілодобово під керівництвом професіоналів і можуть домовлятися про знижки на електроенергію.

Інвестування у майнингові компанії — третій шлях, але він має ризики. Можливо, потрібно проходити KYC, платити великі комісії і не мати контролю над операціями. Якщо компанія зробить неправильний вибір щодо обладнання або місця розташування, ваші інвестиції постраждають.

Для інституційного доступу до майнінгу без безпосередньої участі існує кілька публічних компаній:

Iris Energy працює у Британській Колумбії, використовуючи відновлювану гідроенергію. Core Scientific має найбільший хешрейт серед усіх майнингових компаній і володіє об’єктами у Техасі, Джорджії, Північній Кароліні, Кентуккі та Північній Дакоті. Riot Blockchain — один із найбільших публічних майнерів у США з об’єктами у Техасі. Blockstream Mining пропонує послуги рівня інституційного класу і був співзасновником Адамом Беком, чиї криптографічні дослідження були ключовими для створення Біткоїна. Hut 8 Mining — один із найбільших у Північній Америці майнерів цифрових активів з операціями в Альберті та Онтаріо, Канади, з одним із найбільших запасів біткоїнів серед публічних компаній.

Енергетична реальність: відновлювані джерела та порівняльний контекст

Мабуть, найбільше дискусій викликає енергоспоживання майнінгу. Міф, що майнінг — це екологічна катастрофа, — неправильне розуміння ролі енергії у Біткоїна та його вуглецевого сліду.

За даними Центру альтернативних фінансів Кембриджського університету, Біткоїн споживає близько 87 ТВт-год на рік, що становить приблизно 0.55% світової електроенергії — еквівалент енергоспоживання таких країн, як Малайзія або Швеція. Ця цифра вже викликає занепокоєння критиків, але сама по собі кількість спожитої енергії — не головне. Важливіше — викиди вуглецю.

Теоретично, Біткоїн може споживати всю людську електроенергію і при цьому не створювати викидів, якщо живиться цілком від відновлюваних джерел. Навпаки, він може споживати менше енергії, але при цьому використовувати виключно вугілля і створювати значний вуглецевий слід. Тому важливо дивитися на джерела енергії, а не лише на обсяг споживання.

Майнінг створює нову економічну можливість для виробників відновлюваної енергії. Сонячна та вітрова генерація вже дешевші за викопне паливо — приблизно 3-4 цента та 2-5 центів за кіловат-годину відповідно, тоді як вартість вугілля або природного газу — 5-7 центів. Однак сонце і вітер мають проблеми з непередбачуваністю: сонце світить вночі, вітер змінюється.

Майнінг забезпечує гнучкий попит, що може поглинати цю змінну потужність. Коли вітрові ферми виробляють надлишок енергії у періоди низького попиту, майнери можуть збільшити роботу. Коли виробництво зменшується — зменшують навантаження. Це стимулює інвестиції у відновлювану інфраструктуру у віддалених районах, де надлишкова потужність інакше б пропадала. Наприклад, у Західному Техасі є багаті вітрові та сонячні ресурси, і саме через доступ до дешевої електроенергії там з’явилися майнингові майданчики.

Норвегія — ще один приклад: 100% електроенергії країни — з гідроенергії, що створює ідеальні умови для майнінгу. Великі майнингові компанії природно переїжджають у такі регіони, поєднуючи економічний інтерес із відновлюваними джерелами.

Щодо загальної частки відновлюваної енергії у майнінгу — оцінки різняться через обмежену прозорість майнерів. За даними Bitcoin Mining Council, у Q2 2022 близько 59.5% майнінгу використовували стійку електроенергію, що на 6% більше ніж рік тому. Аналіз Coinshare 2019 року показав 73% — з переважанням гідроенергії у Південно-західному Китаї та Скандинавії. Центр Кембриджа оцінив цю частку у 39% у 2020 році. Попри різницю, тенденція очевидна: майнінг дедалі більше базується на відновлюваних джерелах, зокрема гідроенергії та зростаючо — сонячній і вітровій.

Часті питання про майнінг Біткоїна

Чи легальний майнінг? У більшості країн світу майнінг легальний, хоча Алжир, Непал, Росія, Болівія, Єгипет, Марокко, Еквадор, Пакистан, Бангладеш, Китай, Домініканська Республіка, Північна Македонія, Катар і В’єтнам запровадили обмеження або заборони, здебільшого через побоювання щодо енергоспоживання або монетарного контролю.

Чи оподатковується майнінг? Так, майнінг Біткоїна розглядається як бізнесовий дохід і оподатковується як звичайний прибуток. Також застосовується податок на капітальні прибутки, якщо продані намайнені біткоїни з прибутком.

Наскільки прибутковий майнінг? Залежить від вартості електроенергії, цін на обладнання, витрат на охолодження і ринкової ціни біткоїна. За курсом $20 000 за біткоїн і нагородою 6.25 BTC, один майнер отримує близько $125 000 за блок до витрат. При падінні ціни — прибутки швидко зменшуються.

Наскільки важко майнити? Складність зросла з 1 у момент запуску Біткоїна до приблизно 30 трильйонів сьогодні. Це означає, що сучасне обладнання має виконувати близько 30 трильйонів хеш-операцій у середньому, щоб знайти валідний блок і залишатися конкурентоспроможним. Це зростання відображає зростання участі у мережі та покращення обладнання.

Скільки часу потрібно, щоб намайнити один біткоїн? У середньому — 10 хвилин на створення одного блоку, що дає 6.25 BTC. Соломайнінг одного біткоїна теоретично — близько 1.6 хвилин без пулу, але на практиці — набагато довше через ймовірність. Після халвінгу до 1.56 BTC у 2028 році, середній час створення блоку залишиться 10 хвилин, але кожен блок вимагатиме більше роботи для отримання одного біткоїна.

Чому майнінгова робота залишається необхідною

Деякі вважають, що майнінг — це марна обчислювальна праця без широкого застосування. Це неправильне розуміння — робота майнінгу виконує три важливі функції одночасно:

1. Забезпечує безпеку мережі, ускладнюючи історичне скасування транзакцій.
2. Створює консенсус між децентралізованими учасниками без довіри до окремих осіб.
3. Реалізує програмну монетарну політику Біткоїна, контролюючи введення нових монет у обіг.

Ці функції нероздільні. Відсутність майнінгу робить Біткоїн вразливим до атак, втрачає його децентралізацію і порушує дефіцитність. Робота — це механізм, що робить Біткоїн тим, чим він є.

Зі зростанням ролі відновлюваної енергетики у майнінгу дискусія має змінитися з «чи споживає майнінг енергію?» на «чи варто децентралізована, обмежена у кількості грошова маса ресурсів, які вона вимагає?» Для мільйонів по всьому світу, хто цінує Біткоїн як альтернативну монетарну систему, відповідь — так. Майнінгова праця, що його підтримує, — це раціональна економічна поведінка, яка узгоджується з технологічними та екологічними реаліями — не екологічне безвідповідальне ставлення, а приклад того, як обчислювальні потреби можуть поєднуватися з розвитком відновлюваної енергетики.