Что такое майнинг?

Что такое майнинг?

17.05.2024 13:45:40

Майнинг – это деятельность по обработке транзакций в публичном распределенном реестре (блокчейне) какой-либо из криптовалют. За эту деятельность майнер получает вознаграждение.

Чтобы понять, каким образом это происходит, расскажем, как функционируют блокчейны криптовалют, какие роли в их работе играют майнеры, и за что именно они получают вознаграждения.

Что представляет собой блокчейн

Блокчейн - одна из форм распределенных баз данных. Такие базы данных хранятся на серверах (узлах), расположенных не в одном, а в разных местах, что обеспечивает децентрализацию и безопасность такой системы. Если один узел был взломан или на нем произошел сбой, то его отключение не нарушит работу базы данных. Другие узлы продолжат ее поддерживать.

Блокчейны бывают общедоступными (публичными) и закрытыми - к ним имеют доступ только определенные пользователи. Блокчейны криптовалют публичны - чем больше узлов в такой сети, тем она безопаснее и надежнее.

Главные отличительные особенности блокчейнов от других форм распределенных баз данных - это способ хранения информации, и то, что данные в блокчейне нельзя удалить или изменить.

Как пример возьмем блокчейн биткоина - самой старой и крупнейшей по капитализации криптовалюты. Сеть биткоина - база данных, в которой хранятся все когда-либо совершенные транзакции с биткоинами.

О том, каким образом хранится эта информация говорит само название технологии: “блокчейн” переводится с английского как “цепочка блоков”. Транзакции сети по мере появления группируются в блоки, которые затем добавляются по порядку в одну цепочку.

Таким образом, блокчейн биткоина представляет собой хронологическую историю всех транзакций, сформированных в блоки, в неизменном порядке - от первой до последней транзакции. Можно сравнить такой метод хранения данных с реестром нотариуса, куда по порядку записываются все нотариальные действия без возможности удаления или других манипуляций с этими записями. В такие базы данных операции можно только добавлять.

Но если нотариус работает на доверии, которое оказало ему государство, то в блокчейне проверка правильности данных выполняется верно за счет работы майнеров. И отсутствие у участников сети необходимости доверять друг другу сделало технологию блокчейн настоящим прорывом.

Какие роли в работе блокчейна играют майнеры

Идея распределенных баз данных зародилась в конце прошлого века, но долгое время не была решена проблема безопасности, известная как “Задача византийских генералов”, сформулированная еще в 1987 году. Спустя 20 лет ее решение предложил создатель биткоина Сатоши Накамото.

Суть задачи состояла в следующем: несколько подразделений армии под управлением разных генералов готовятся атаковать чужой город и стоят рядом с ним в ожидании. Генералы должны принять общее решение о времени атаки, договорившись через посыльных. Возможно, в их рядах могут оказаться предатели. Генералы должны быть уверены, что получаемая ими от гонцов информация точна. Как они могут это проверить?

В блокчейне вместо генералов - узлы. Если какой-либо узел начинает выдавать неправильную информацию, то каким образом база данных сформирует верный набор данных?

Сатоши Накамото предложил в качестве решения этой задачи принцип Proof-of-Work (Доказательство Работы, сокращенно PoW). Это метод, который позволяет узлам сети договориться о том, что правильно или неправильно, и достичь “консенсуса” при формировании набора данных в блокчейне посредством майнинга.

Новые транзакции в ожидании подтверждения выстраиваются в очередь в мемпуле - хранилище необработанных операций блокчейна. Задача майнера заключается в проверке достоверности этих транзакций (валидации) и сборе их в очередной блок, который затем надо будет подтвердить, найдя решение сложного математического задания, чтобы добавить этот блок в блокчейн.

Узлы сети соревнуются за право добавить новый блок транзакций и получить за это вознаграждение. Они могут сделать это, если быстрее других выполнят вычисление и предоставят другим узлам доказательство решения (доказательство своей работы).

В основу этих сложных вычислений легла идея криптографических хэш-функций (хэшей) Адама Бека, который пытался создать криптовалюту Hashcash еще до биткоина. Это такой математический алгоритм, который преобразует любые вводные данные в строку фиксированной длины, состоящую из цифр и букв.

Исследователь истории криптовалют, журналист New York Times, Натаниэль Поппер в своей книге "Цифровое золото. Невероятная история биткоина" приводит упрощенный, но хорошо понятный пример такого вычисления:

"...числа 2 903 на 3 571 можно легко перемножить с помощью карандаша и бумаги, но чтобы вручную разложить число 10 366 613 на эти множители, нужно по-настоящему постараться”.

По аналогии с этим примером, майнер должен выполнить сложное вычисление путем подбора (хэширования данных) и направить другим узлам ответ-”доказательство”, по которому можно легко и быстро проверить решение задачи.

Узел, который первым решает задачу, передает завершенный блок транзакций в другие узлы. Они проводят аудит нового блока, после чего он привязывается к предыдущему блоку и сохраняется в блокчейне. Майнер, “нашедший” блок в сети биткоина, получает на свой счет вознаграждение, которое состоит из награды за найденный блок (на текущий момент это 3,125 биткоина) и комиссий за транзакции, которые собраны в этом блоке.

Так как награда состоит частично из комиссий за обработку транзакций, то майнерам выгоднее обрабатывать операции, за которые предлагается большая комиссия. Это в том числе обеспечивает безопасность сети, защищая ее от возможной атаки в виде перегрузки большим количеством пустых транзакций. Поскольку майнеры не выберут для обработки операции с очень низкой или практически нулевой комиссией, “заспамить” сеть становится дорого и невыгодно.

Майнинг - эмиссия криптовалют

Получение майнерами вознаграждений за нахождение блока - это единственный способ эмиссии криптовалют, работающих по принципу Proof-of-Work. Поэтому этот процесс называют добычей или майнингом - вычислительную работу компьютеров, нужную для выпуска новых монет в виде награды майнерам, можно считать эквивалентом физической работы по добыче полезных ископаемых, например, золота.

В то же время, есть существенное отличие - эмиссии криптовалют могут быть заранее ограничены и упорядочены во времени. Так, согласно плану Сатоши Накамото, биткоинов всего будет выпущено только 21 млн, и закончится их выпуск к 2140 году.

Рост числа майнеров не влияет на скорость и график эмиссии: чем больше вычислительных мощностей подключается к сети, тем сложнее становятся вычисления, и новые блоки добавляются в цепочку (а майнеры получают новые биткоины) с одной и той же скоростью - примерно 1 раз в 10 минут.

Чтобы скорость добычи биткоинов сохранялась на этом уровне, каждые 2016 блоков или примерно 1 раз в две недели автоматически пересчитывается Сложность майнинга. К настоящему моменту этот показатель достиг 88,1 Т, где Т - это триллионы, - столько раз в среднем майнеру нужно вычислить значение хэш-функции, чтобы найти новый блок.

Чем больше вычислительных мощностей подключают майнеры к сети, тем больше становится общая скорость хэширования в сети или хэшрейт. Чтобы из-за этого добыча биткоина не ускорилась, повышается сложность майнинга. И наоборот, при отключении майнеров сложность снижается. Таким образом система регулирует сама себя, и добыча криптовалюты идет по запланированному графику.

Кроме того, каждые 4 года награда майнеров за блок сокращается вдвое. Это событие называется халвинг. Последний раз он произошел в апреле 2024 года - до него вознаграждение за блок составляло 6,25 биткоина, а после - 3,125. Таким образом, сокращаются не только доходы майнеров в биткоинах, но и выпуск этой криптовалюты.

Когда биткоин только появился, для его добычи хватало мощности обычного компьютера. Теперь, когда к сети биткоина подключилось тысячи компьютеров, сложность майнинга значительно выросла, чтобы скорость эмиссии не менялась. При таких условиях необходимые вычисления могут производить только очень мощные специализированные компьютеры (ASIC), потребляющие много электроэнергии.

Рост сложности майнинга уменьшает доход майнеров, но с другой стороны, большое количество майнеров по всему миру делают систему безопаснее. Они защищают блокчейн от вероятности “атаки 51%” (захват наибольшей части хешрейта, который может привести к нарушениям работы сети):

Попытки провести мошеннические транзакции стали невозможными, так как нужно владеть более чем половиной всех вычислительных мощностей в сети, чтобы добавить неправильный блок и заставить другие узлы блокчейна подтвердить его. Стоимость майнингового оборудования и электроэнергии, необходимых для такой атаки, настолько огромна, что афера фактически нереальна.

Стоит отметить, что постоянную эмиссию криптовалюты обеспечивает непрерывный майнинг. Кроме того, постоянная работа множества участников сети поддерживает ее стабильность и повышает безопасность. А размещение майнеров по всему миру сохраняет децентрализацию и увеличивает устойчивость блокчейнов к атакам.