Что такое майнинг?

Что представляет собой блокчейнЧто 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 майнерыКакие 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 хеш—функций (хешей) 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 (хеширования 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 криптовалютМайнинг — 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 хеш—функции, чтобы найти новый блок.

Чем больше вычислительных мощностей подключают майнеры к сети, тем больше становится общая скорость хеширования в сети или хешрейт. 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.

Майнинг-пулыМайнинг-пулы

Чем больше вычислительные мощности для майнинга, тем выше вероятность найти новый блок в сети криптовалюты. Поэтому майнеры объединяют мощности, чтобы повысить вероятность получения награды. Платформы, позволяющие разным майнерам совместно добывать криптовалюты, называются майнинг-пулами.

Майнинговый пул – это по сути сервер, который делит сложную задачу на части и раздает их подключенным к пулу майнерам, и после совместного нахождения решения распределяет между ними вознаграждение.

Пулы обеспечивают майнерам стабильность дохода, особенно тем, у кого небольшое количество оборудования. В одиночку вероятность добычи блока для них была бы намного меньше. Также пулы играют важную роль в создании сообщества, участники платформы обмениваются знаниями и опытом.

Пулы используют несколько методов расчета выплат майнерам. От простого вознаграждения, пропорционального мощности оборудования участника, до более сложных схем, в которых учитываются такие факторы, как время работы майнера на площадке и факт нахождения или ненахождения пулом блока за период майнинга.

В основном пулы берут комиссию за свои услуги. Она составляет от 0% до 4% в зависимости от метода расчета выплат.

При выборе пула в первую очередь стоит оценить его надежность: изучить историю площадки, репутацию, безопасность, прозрачность и понятность расчетов. По хешрейту пула можно определить его производительность - при больших вычислительных мощностей крупные пулы имеют выше шансы на нахождение блоков.

Выбор пула зависит и от монет, которые планируется добывать. Большинство платформ поддерживают майнинг биткоина, Litecoin, Bitcoin Cash. Редкие криптовалюты добываются не на всех пулах. Большим плюсом будет, если сервис предлагает функцию smart-майнинг - автоматическое переключение оборудования на добычу наиболее выгодных в текущий момент монет по выбранному алгоритму.

Удобство интерфейса также может стать важным фактором при выборе пула. Крупные платформы имеют не только сайты, но и мобильные приложения, где просто отслеживать работу оборудования, доходность, выплаты и другую нужную информацию.

Типы добываемых криптовалютТипы добываемых криптовалют

С помощью майнинга добывается несколько сотен цифровых монет, включая биткоин и ряд альткоинов. Добыча криптовалют возможна только в тех случаях, когда блокчейн использует механизм Proof of Work (PoW).

После PoW были разработаны и внедрены и другие алгоритмы. Например, Proof of Stake (PoS), на который несколько лет назад перешел блокчейн Ethereum. Здесь участники сети блокируют свои монеты (стейкинг) для получения возможности создать следующий блок в цепочке и получить вознаграждение. Или Proof of Burn (PoB) – алгоритм, где пользователи «сжигают» свои монеты, отправляя их на адрес, с которого они не могут быть восстановлены, что подразумевает экономическую жертву с целью поддержания работы сети. В отличие от PoW, алгоритмы PoS, PoB и другие не используют майнинг.

Майнеры работают только в сетях с алгоритмом консенсуса PoW, таких как Bitcoin, Litecoin, Dogecoin, Bitcoin Cash. Добываемые майнерами монеты отличаются по своему назначению и применению.

Среди таких монет можно выделить два основных типа: криптовалюты, используемые как средства платежа и сбережения, и криптовалюты - нативные монеты блокчейна, дающие их владельцам доступ к работе в “родной” сети.

Биткоин сегодня рассматривают как средство сбережения, инвестицию. А в качестве средства платежа чаще всего в мире используют популярные форки (отдельные версии) первой криптовалюты: BitcoinCash (BCH), Bitcoin Gold (BTG), Dogecoin (DOGE), eCash (XEC), Bitcoin SV (BSV), Litecoin (LTC). Эти блокчейны имеют увеличенную пропускную способность (скорость обработки транзакций) по сравнению с биткоином, и поддерживают низкие комиссии за операции.

Отдельно выделяют анонимные криптовалюты. Так как конфиденциальность в финансовых вопросах повышает безопасность, популярными стали монеты, операции с которыми непрозрачны. Например, Monero (XMR), Dash (DASH), Zcash (ZEC), Verge (XVG).

Посредством майнинга добываются также криптовалюты Horizen (ZEN), Komodo (KMD), DigiByte (DGB), Syscoin (SYS), Elastos (ELA), Zilliqa (ZIL), QuarkChain (QKC), OctaSpace (OKTA), Flux (FLUX), Ravencoin (RVN), Conflux (CFX).

Это нативные монеты сетей, в той или иной мере выполняющие утилитарные и экономические функции. Их применение и способы использования развиваются по мере роста экосистем блокчейнов. Такими криптовалютами оплачиваются операционные расходы внутри сети, комиссии за транзакции, запуск и функционирование смарт-контрактов, товары и услуги в проектах экосистемы.

Оборудование для майнингаОборудование для майнинга

Майнеры выполняют сложные математические вычисления, и для этого им нужно специальные программно-аппаратные комплексы. Ранее использовались центральные процессоры (CPU), но в настоящее время в подавляющем большинстве случаев из-за высокой эффективности используются устройства ASIC.

В некоторых случаях до сих пор применяются видеокарты (GPU). Поэтому выбор оборудования зависит от криптовалюты, которую планируется добывать.

ASIC (Application-Specific Integrated Circuit) – это специализированные интегральные схемы, целенаправленно разработанные для выполнения определенной задачи – майнинга криптовалюты. Они не могут выполнять широкий спектр задач как CPU и GPU, а настроены на работу только по одному алгоритму хеширования.

Разные монеты добываются по разным алгоритмам, поэтому ASIC, работающий по алгоритму добычи биткоина SHA-256, не сможет добывать Litecoin на алгоритме Scrypt, и наоборот. Но преимущество ASIC перед CPU или GPU заключается в том, что производительность этого устройства значительно выше, что увеличивает вероятность получения награды.

Крупнейшие производители ASIC сегодня - это компании Bitmain, MicroBT и Canaan. Все три фирмы были основаны в Китае. Устройства для майнинга биткоина из последних линеек этих производителей достигают хешрейта в 180-270 Th/s.

Некоторые алгоритмы для добычи криптовалют специально разработаны как “устойчивые” к устройствам ASIC. К таким проектам относятся Conflux (CFX), Ravencoin (RVN). Для их добычи используют видеокарты. Ведущими производителями подходящих GPU остаются NVidia и AMD.