Розуміння майнінгу Біткоїна: повний технічний та економічний посібник

Біткойн-майнінг — це набагато більше ніж просто процес — це фундаментальний механізм, який забезпечує безпеку, децентралізацію та довіру всьої мережі Bitcoin. У своїй основі, майнінг біткойнів виконує дві критично важливі функції: він підтверджує транзакції та гарантує їх додавання до постійного реєстру без необхідності центрального органу чи посередника. Ця інноваційна система працює через розподілений механізм доказу роботи, який стимулює участь і одночасно зміцнює безпеку та децентралізацію мережі. Термін “майнінг” відображає процес видобутку дорогоцінних металів, хоча майнери розв’язують складні обчислювальні головоломки, а не копають у землі. За своєю суттю, майнінг біткойнів виконує дві важливі задачі одночасно: вводить нові біткойни в обіг і додає нові транзакції до блокчейну.

Як майнінг Bitcoin захищає мережу від шахрайства

До появи Bitcoin основною проблемою будь-якої децентралізованої цифрової валюти було просте, але здавалося неможливим для розв’язання питання: як запобігти подвійній витраті без довіреної посередницької сторони? Традиційні платіжні системи покладаються на банки або фінансові інститути для координації транзакцій і підтримки точності реєстру. Прорив Bitcoin полягав у тому, що він був іншим.

Майнери Bitcoin виконують роль координаторів мережі — вони виконують функції, які зазвичай виконують банки, але через криптографічне підтвердження, а не через довіру до інституцій. Система використовує цифрові підписі, криптографічну інновацію 1970-х років, для доведення власності. Пара приватного та публічного ключа гарантує, що витратити або передати біткойни може лише власник приватного ключа. Однак цифрові підписі самі по собі не запобігають тому, щоб один і той самий біткойн був витрачений двічі (проблема подвійної витрати).

Геніальне рішення Сатоші Накамото запозичило модель хеш-індексованого доказу роботи Адама Бека для розв’язання цієї проблеми. Цей механізм дозволяє впорядкувати транзакції у блоки за хронологічним порядком, що дає змогу учасникам мережі досягти консенсусу щодо стану реєстру, слідуючи за найдовшою дійсною ланцюгом. Красота цієї системи полягає в тому, що транзакції стають необоротними, коли повторне виконання доказу роботи всіх попередніх блоків стає обчислювально надмірним для зловмисників. Оскільки нові блоки постійно додаються, наздогнати і змінити ланцюг стає практично неможливим.

Механіка майнінгу Bitcoin: обчислювальна потужність у масштабі

Майнінг Bitcoin вимагає величезних обчислювальних ресурсів, порівнянних із роботою дата-центрів. Спеціалізоване обладнання — Application-Specific Integrated Circuits (ASICs) — забезпечує обчислювальну потужність, необхідну майнерам для конкуренції у розв’язанні криптографічних головоломок мережі. Майнери змагаються за додавання наступного блоку до блокчейну, що запускає нове випускання монет і підсилює довіру до мережі.

Механізм довіри працює елегантно: транзакції підтверджуються і стають безпечними лише тоді, коли в них вкладено значну обчислювальну потужність. Кожен новий доданий блок зміцнює цю основу безпеки. Майнери об’єднують змінну кількість транзакцій у блоки — від однієї до кількох тисяч залежно від розміру даних транзакцій. Загальний обсяг випуску біткойнів слідує заздалегідь визначеному графіку, зменшуючись у часі через події халвінгу, що відбуваються кожні чотири роки.

Еволюція обладнання для майнінгу Bitcoin: від персональних комп’ютерів до спеціалізованих чипів

Коли Сатоші Накамото запустив Bitcoin 3 січня 2009 року, різниця між запуском вузла і майнінгом була розмита. Люди могли виконувати обидві функції на своїх персональних комп’ютерах, що робило майнінг Bitcoin саморобним заняттям, далеко від сучасних масштабних промислових операцій.

Ера CPU: Перший блок (блок 0), що містив 50 біткойнів, майже напевно був здобутий за допомогою стандартного процесора персонального комп’ютера (CPU). Спочатку Сатоші був єдиним майнером, і він генерував блоки за допомогою звичайного обладнання, оскільки складність майнінгу залишалася мінімальною. CPU були достатніми, коли конкуренція була майже відсутня.

Перехід до графічних процесорів: З ростом цінності Bitcoin у 2011 році — спершу до $1, потім до $30 за монету — конкуренція у майнінгу зросла. Графічні процесори (GPU), спочатку створені для ігор, могли виконувати багато математичних обчислень одночасно, що робило їх у кілька порядків швидшими за CPU для цієї задачі.

Революція ASIC: До 2012 року з’явилися програмовані логічні масиви (FPGA), але їх швидко витіснили. З 2013 року, коли з’явилися спеціалізовані інтегральні схеми (ASIC), все змінилося. Ці чипи створені виключно для виконання SHA-256 хешування і значно швидші за GPU. Сьогодні, майнінг за допомогою ASIC — єдиний економічно доцільний спосіб майнінгу біткойнів, що повністю трансформувало підхід від домашнього майнінгу на початку.

Механізм доказу роботи: рушій безпеки Bitcoin

Доказ роботи — це абсолютна основа моделі безпеки Bitcoin. Без нього будь-який учасник мережі міг би змінювати блокчейн для особистої вигоди. Оскільки спірні питання не вирішуються централізованим органом, PoW гарантує, що розподілена система працює правильно і прозоро.

Доказ роботи досягає двох ключових цілей: він забезпечує, щоб усі учасники мали однакові копії блокчейну, і запобігає подвійній витраті коштів — критичній вразливості платіжних систем без централізованого управління.

Алгоритм PoW Bitcoin базується на хеш-функціях — односторонніх математичних операціях, що перетворюють будь-які вхідні дані у фіксовану довжину вихідного значення (хеш). Навіть мікроскопічна зміна — наприклад, зміна однієї коми — повністю змінює результат. Bitcoin використовує SHA-256, розроблений Агентством національної безпеки США у 2001 році, що дає 256-бітне значення і вважається надзвичайно безпечним.

Процес майнінгу — це безперервний цикл: майнери збільшують значення у заголовку блоку, яке називається nonce, хешують отриманий заголовок і перевіряють, чи поточне значення хешу нижче за цільовий поріг. Якщо ні — блок відхиляється. Знаходження достатньо малого хешу — справжня “проблема доказу роботи” — це обчислювальний виклик, який майнери постійно намагаються розв’язати.

Регулювання складності: саморегулююча механіка Bitcoin

Функція регулювання складності та халвінги наголошують на програмній системі постачання Bitcoin. Мережа навмисно налаштована так, щоб створювати один блок приблизно кожні десять хвилин — свідомий компроміс між швидкістю підтвердження і витратами роботи через розгалуження ланцюга і недійсні блоки.

Зі збільшенням кількості майнерів і зростанням обчислювальної потужності швидкість створення блоків прискорюється без втручання. Елегантне рішення Bitcoin: періодично коригувати цільовий хеш для збереження середнього часу у 10 хвилин. За кожні 2 016 блоків (зазвичай кожні два тижні) вузли мережі перераховують складність, базуючись на тому, скільки часу знадобилося на майнінг цих блоків.

Динаміка показує значний розвиток майнінгу. Перший блок мав складність 1, тобто його майнінг був практично миттєвим. Сьогодні складність становить приблизно 30 трильйонів — тобто ASIC-обладнання має виконати понад 30 трильйонів хешів, щоб знайти валідний блок і залишатися конкурентоспроможним глобально.

Блокові нагороди: стимул для безпеки мережі

Розв’язання задачі доказу роботи вимагає величезних обчислювальних ресурсів, що спричиняє значні витрати електроенергії. Щоб мотивувати учасників вкладати ресурси у захист мережі, Bitcoin надає дві нагороди за кожен успішний блок: блокову субсидію (нагороду) і транзакційні збори, зібрані з транзакцій цього блоку.

Алгоритм Bitcoin передбачає, що блокова нагорода зменшується удвічі кожні 210 000 блоків (приблизно кожні чотири роки). Зараз вона становить 6.25 біткойнів за блок. Ці періодичні халвінги забезпечують стабільне виробництво біткойнів у проміжку часу і гарантують вичерпання пропозиції у довгостроковій перспективі. Це обмежує загальну кількість біткойнів до 21 мільйона — що дало біткойну прізвисько “найжорсткіший актив у світі”. На відміну від золота, яке зростає у пропозиції на 1-2% щороку з 1900 року без гарантії стабільності, пропозиція біткойнів слідує незмінному математичному графіку.

Коли до 2140 року буде досягнуто 21 мільйон, нагороди за блок припиняться. Після цього єдине джерело винагороди майнерів — транзакційні збори користувачів, що постійно стимулює їх забезпечувати безпеку і обробку транзакцій.

Участь у майнінгу Bitcoin: варіанти для різних інвесторів

Існує два основних шляхи для залучення до майнінгу біткойнів. Можна створити власну майнингову ферму вдома або передати цю діяльність професійним компаніям. Кожен підхід має свої переваги і недоліки, тому важливо добре розуміти процес майнінгу перед інвестуванням.

Домашній майнінг: Хоча великі корпорації домінують у галузі з великими складами, окремі майнери все ще можуть працювати з прибутком із дому. Однак цей шлях вимагає значних технічних знань, доступу до доступного ASIC-обладнання, надійних систем охолодження, дешевої стабільної електроенергії та стабільного інтернету. Перед інвестиціями у домашній майнінг ретельно оцінюйте всі фактори, щоб уникнути дорогих помилок. За сприятливих умов, це дає можливість майнінгу без KYC (знай свого клієнта). Також, надлишкове тепло від обладнання можна використовувати для опалення дому — корисний побічний ефект.

Соло-майнінг: Самостійний майнінг (так званий DIY) передбачає використання власного спеціалізованого обладнання для пошуку блоків без участі у майнингових пулах. На відміну від пулів, де ресурси об’єднуються, соло-майнери працюють самостійно. Вони отримують нагороду і збори лише тоді, коли особисто знаходять валідний блок — що є значною перевагою, але й дуже складним досягненням через конкуренцію.

Цей підхід був зручним, коли складність була низькою і пошук блоків був простим. У січні 2022 року один соло-майнер із лише 120 терахешами знайшов валідний блок і отримав близько $265 000 у біткойнах. Зараз соло-майнінг зазнає труднощів через астрономічну складність, але залишається популярним серед тих, хто не проходить KYC, і може використовувати тепло обладнання для опалення дому.

Пулінг майнінгу: Пулінг дозволяє окремим майнерам об’єднувати свою хеш-потужність і працювати колективно як одна велика майнингова операція. Пули — це децентралізовані групи, організовані і керовані сторонніми, які координують хеш-потужність майнерів по всьому світу і розподіляють отримані біткойни пропорційно внесеній обчислювальній потужності. Це забезпечує більш стабільний дохід, ніж випадкові великі виплати.

Обрати пул може бути складно через багато варіантів і непрозорість цін. Найкраща стратегія — протестувати кілька пулів, щоб знайти підходящий. До найбільших і найвідоміших належать Luxor, Foundry, Slush Pool, Poolin, Mara Pool і F2Pool.

Комерційні майнингові компанії: Майнингові операції у промислових масштабах зазвичай найбільш успішні і прибуткові. Конкурувати з великими компаніями з великими складами — нереально для дрібних домашніх майнерів. Вони мають значно більші ресурси і інфраструктуру.

Три варіанти співпраці з комерційними компаніями: купити обладнання, яке вони розміщують у своїх об’єктах; купити частку їхньої хеш-потужності; або інвестувати безпосередньо у компанію. Такі угоди зазвичай вимагають KYC і сплати сервісних зборів. Ви також втрачаєте контроль над управлінням компанією, що створює ризик поганого керівництва і втрати інвестицій.

Відомі компанії-майнери:

• Iris Energy: з Британської Колумбії, Канади, ця сталий майнер володіє і керує дата-центрами на відновлюваній енергії.
• Core Scientific: найбільший за хешрейтом (загальною обчислювальною потужністю), має об’єкти у Техасі, Джорджії, Північній Кароліні, Кентуккі і Північній Дакоті.
• Riot Blockchain: один із найбільших публічно торгованих майнерів у Північній Америці, має об’єкти у Техасі, включаючи заводи Whinestone і Corsicana.
• Blockstream: надає корпоративні послуги з майнінгу по всьому світу для інституцій і інвесторів, співзаснований криптографом Адамом Беком, чиї дослідження безпосередньо сприяли створенню Bitcoin.
• Hut 8 Mining: один із найінноваційніших майнерів цифрових активів у Північній Америці, з одним із найбільших запасів самостійно здобутих біткойнів серед публічних компаній, має майнингові майданчики у Південній Альберті і Норт-Бей, Онтаріо, Канада.

Вирішення енергетичних питань і поширені міфи про майнінг Bitcoin

Міф #1 — “Майнінг Bitcoin залежить від брудних викопних видів палива”

Насправді, майнінг Bitcoin створює нові можливості для енергетичної галузі, кидаючи виклик традиційним обмеженням енергогенерації. Цей механізм стимулює значні інвестиції у глобальну відновлювану енергетику, сприяючи масштабному розвитку безвуглецевої енергетики.

Сонячна і вітрова енергетика — стратегічна основа, оскільки мережа Bitcoin виступає унікальним покупцем відновлюваної енергії, прискорюючи глобальний перехід до чистих джерел. Вартість сонця і вітру знизилася до 3-4 центів і 2-5 центів за кіловат-годину відповідно, тоді як вартість викопного палива — 5-7 центів. Майнери прагнуть до цих джерел через їхню конкурентоспроможність і прибутковість.

Інтермітність відновлюваних джерел — виклик: сонце і вітер не постійні. Bitcoin майнінг пропонує технологічне рішення: він поглинає змінний енергоспоживання, фактично створюючи сховище і трансмісію для подолання цієї нестабільності. Майнингові ферми вже зосереджені у регіонах з багатими відновлюваними ресурсами. Західний Техас, багатий на вітер і сонце, приваблює майнерів, що використовують цю можливість. Аналогічно, Норвегія з її виключно відновлюваною електроенергією є ідеальним місцем для майнінгу, пропонуючи дешеву електрику і природно прохолодний клімат для охолодження обладнання.

Міф #2 — “Майнінг Bitcoin марнує енергію”

За даними досліджень Cambridge Center for Alternative Finance (CCAF), Bitcoin споживає приблизно 87 ТВт-год на рік — це 0.55% світового виробництва електроенергії, що приблизно відповідає річному споживанню невеликих країн, таких як Малайзія або Швеція. Хоча ця цифра викликає занепокоєння у критиків, важливо зосередитися на викидах вуглецю, а не лише на споживанні. Теоретично, Bitcoin може споживати всю світову електроенергію, але за умови її 100% відновлюваного походження його вуглецевий слід був би мінімальним.

Споживання енергії Bitcoin легко обчислюється за даними хешрейту. Справжня складність — визначити викиди вуглецю, що ускладнено через кілька факторів. Майнери часто не розкривають дані про свої операції, а анонімність мережі ускладнює моніторинг регіональної активності. Коли дані доступні, оцінки викидів базуються на припущеннях щодо енергетичного міксу регіонів — що створює значну невизначеність.

Bitcoin Mining Council оцінив, що у Q2 2022 року 59.5% світової майнингової діяльності працювало на сталих джерелах електроенергії, що зросло приблизно на 6% у рік. Coinshare у 2019 році стверджував, що 73% енергоспоживання Bitcoin є нейтральним щодо вуглецю, переважно завдяки гідроенергетиці у таких центрах, як Південно-західний Китай і Скандинавія. Однак, оцінка CCAF за 2020 рік показує близько 39%. Це свідчить, що лише за показниками споживання енергії важко робити остаточні висновки щодо вуглецевого сліду Bitcoin.

Більш продуктивна дискусія — чи є майнінг Bitcoin цінним використанням енергії. Це відкриває простір для різних точок зору залежно від ставлення до альтернативної монетарної системи, яку пропонує Bitcoin.

Міф #3 — “Bitcoin використовує набагато більше енергії на транзакцію, ніж платіжні системи, наприклад Visa”

Це порівняння глибоко неправильно відображає енергетичну архітектуру Bitcoin. Високе споживання енергії Bitcoin відбувається під час процесу майнінгу, а не під час підтвердження транзакцій. Після випуску біткойнів підтвердження транзакцій вимагає мінімуму енергії.

Критики часто ділять загальне споживання енергії Bitcoin на кількість транзакцій, отримуючи хибну математичну цифру. Більшість енергії витрачається на майнінг, а не на обробку транзакцій. Багато хто не враховує цю різницю, поширюючи неправдиву інформацію.

Ще більш неправильним є порівняння з традиційними платіжними системами. Visa, PayPal і подібні мережі не забезпечують миттєвого необоротного розрахунку між інституціями. Ці складні багаторівневі системи зазвичай потребують до шести місяців для завершення транзакцій. Скільки енергії витрачається даремно під час цього тривалого процесу? Саме порівняння є хибним.

Bitcoin функціонує як остаточний “грошовий” рівень розрахунку, що не потребує довіреної посередницької сторони — принципово відрізняючись від традиційних платіжних систем. Міф про майнінг Bitcoin як про “екологічну катастрофу” все більше руйнується з розвитком нових методів і використанням відновлюваних джерел енергії. Інновації, наприклад, технології океанської енергетики, обіцяють постачати безперервну чисту енергію для мільярдів людей у світі.