Как устроен майнинг биткоинов: объясняем максимально понятно
Когда первая в мире криптовалюта стоила меньше цента, вряд ли кого-то интересовал майнинг — способ добычи биткоинов. Зато теперь, спустя дюжину лет, на фоне растущего курса (сегодня $45 000 за единицу) многие готовы вникнуть в суть вопроса. Чем именно занимаются добытчики криптовалюты на своих супермощных майнинг-фермах? И почему их работа столь необходима для сети Bitcoin?
Как работает сеть Bitcoin и зачем нужны майнеры?
Сегодня количество криптовалют в мире исчисляется тысячами, однако самая популярная из них — биткоин, ей доверяет большинство участников рынка криптовалют. Но в связи с тем, что она была создана достаточно давно — в 2008 году, алгоритмы работы с этой криптовалютой далеко не такие совершенные, как с новыми вариантами криптовалют. Давайте попробуем разобраться, как же происходит майнинг биткоина, что делает майнер и почему без майнеров сеть Bitcoin существовать не может.
Прежде всего нужно понять, что работа с биткоином осуществляется на основании технологии блокчейн — она также называется технология распределенных реестров. Суть ее очень проста: вся информация о сделках с биткоинами формируется и хранится в отдельных информационных блоках. При этом каждый новый блок добавляется к предыдущему, старый блок изменить нельзя, а так как информация обо всех сделках хранится на компьютерах, объединенных в одну сеть, то получается, что информация обо всех сделках с биткоинами хранится на огромном числе компьютеров, распределенных по всему миру. Даже если некоторые из них выйдут из строя, информация никуда не денется и не пропадет. Вакуум, то есть потеря информации за счет выхода из строя отдельных компьютеров, будет закрыт другими компьютерами, которые обязательно в это время работают.
Для того чтобы вся эта система функционировала, был придуман и реализован такой функционал, как майнинг. Что делают майнеры? Они хранят копии блокчейна, то есть всей информации о сделках, и тем самым защищают информацию от потерь и подделки. Второе, что делают майнеры, — они подтверждают трансакции, то есть сделки, которые происходят с криптовалютой. И третье, что делают майнеры, — они проверяют трансакции, которые зарегистрировали другие майнеры. Таким образом, мы видим, что без участия майнеров функционирование сети Bitcoin в принципе невозможно.
Что считают майнеры на своих фермах?
Те компьютеры, которые используются для майнинга, обычно объединены в так называемые майнинговые фермы, потому что расчеты, которые делают майнеры, требуют огромной вычислительной мощности. И каждый компьютер работает не сам по себе, а как неотъемлемая часть всего пула компьютеров, которые объединены в эту сеть. Для этого был введен специальный термин «пул» — он позволяет уменьшить фактор удачи и получать более предсказуемое вознаграждение майнерам.
За что дают вознаграждение? Прежде всего за то, что майнеры проводят расчеты по специальному математическому алгоритму такой величины, которая называется «хэш». Хэш, или хэш-функция, — это функция, которая осуществляет преобразование массива каких-то входных данных различной длины в выходную битовую структуру установленной длины по определенному алгоритму. Грубо говоря, если мы имеем какие-то данные на входе, то, проведя с ними определенные операции, мы можем получить набор каких-то символов — иначе это называется хэш-код, или хэш-сумма, — в определенной системе исчисления (обычно в восьмеричной). Эти вычисления позволяют вместо всего огромного объема данных получить значение одной лишь хэш-суммы. Если вы обладаете этой суммой, то мы понимаем, что вы смогли ее получить только за счет того, что обладали всем предыдущим массивом данных. Это называется «доказательство работы», или proof-of-work.
Примечательно, что это вычисление работает только в одну сторону. Выполнить обратное вычисление из хэш-суммы и получить весь первоначальный массив данных, который у вас был до этого, невозможно. Но это и не нужно, потому что нам требуется только одно: подтвердить, что все данные, которые использовались для расчета этой хэш-суммы, были правильными, истинными. Процесс майнинга как раз и заключается в подборе такого значения специального параметра — nonce, который позволяет получить заветную хэш-функцию, или хэш. Числовое значение хэша должно быть не более некоторого заданного числа — оно носит название «целевая сложность», или difficulty target.
Понятно, что с развитием блокчейн-сети Bitcoin уровень сложности таких расчетов постоянно растет. В результате каждый майнер, выполняя три названных нами функции (хранение копий блокчейна, подтверждение трансакций и проверка трансакций, зарегистрированных другими майнерами), проводит такие расчеты, в результате которых формируются новые блоки информации. Подборка и очередность таких операций зависит от того вознаграждения, которое получает майнер.
О доходах майнеров и курсе биткоина
С одной стороны, майнер получает вознаграждение за сам факт подбора — получение такого значения хэша, который наилучшим образом подходит для данного математического алгоритма. С другой стороны, он получает комиссию от всех участников трансакций. Это и есть вознаграждение от самой сети.
Вознаграждение от сети генерируется по определенному алгоритму и в определенном объеме. Причем это вознаграждение с развитием сети блокчейна регулярно уменьшается ровно в два раза — этот процесс называется халвинг, от английского half («половина»). То есть каждый раз вознаграждение майнера снижается и снижается. Это приводит к тому, что стоимость расчетов для самого добытчика криптовалюты возрастает, так как для проведения этих расчетов ему требуется все более производительные компьютеры, которые стоят все дороже, а также требуется все больше электроэнергии, без которой эти расчеты невозможны. Рентабельность работы майнеров существенно зависит от этих параметров.
В течение последнего года мы видели существенный скачок цены на криптовалюту, который доходил аж до $60 000 за биткоин. Сейчас курс снизился до уровня около $40 000, но все равно это очень много, потому что еще год назад уровень $10 000 — 11 000 считался достаточно высоким, а перед этим он колебался еще ниже. Соответственно, в зависимости от того курса, который на рынке имеет биткоин, рентабельность работы майнеров и интерес к их работе существенно изменяется. Сейчас — после последней коррекции курса от $60 000 до $40 000 — в некоторых странах работа майнера становится практически нерентабельной. Это те страны, где электричество стоит достаточно дорого и расходы на поддержание работы майнинговых ферм высоки.
Ведь что такое майнинговая ферма? Это совокупность высокопроизводительных компьютеров, специально сконструированных для проведения таких расчетов, которые позволяют максимально быстро вычислять правильный хэш. Для этого выпускаются специальные процессоры и компьютеры, которые носят название ASIC. Они позволяют максимально быстро проводить те вычисления, за которые майнер получает вознаграждение. К сожалению, сейчас требования к этим компьютерам существенно выросли, а значит, для того, чтобы поддерживать эту работу на уровне рентабельности, оставаться одиночным майнером практически невозможно. Именно поэтому весь майнинг объединяется в пулы.
Что касается курса биткоина, то здесь вычислительные мощности играют менее значимую роль, чем спекулятивные игры участников рынка. Понятно, что блокчейн-структура, то есть информационная структура, в которой хранится вся информация о трансакциях с биткоинами, вряд ли сможет существовать, если работа майнеров будет убыточной. Поэтому вряд ли себестоимость расчетов будет ниже, чем стоимость компьютеров, рабочей силы, которая обслуживает эти компьютеры, и стоимость электричества, которая необходима для проведения расчетов. По современным оценкам, такая нижняя граница проходит на уровне $8000 — 10 000 за биткоин.
Однако это оценочная характеристика. А вот то, что реальная цена биткоина сейчас колеблется от $30 000 до 40 000, — это заслуга исключительно спекулянтов, которые на рынке стараются играть либо на повышение, либо на понижение, для того чтобы заработать большой субъективный доход, вовлекая в оборот существенное количество так называемых инвесторов, которые на самом деле являются спекулянтами. Сегодня балом правят крупные участники. А учитывая, что в последний год на рынок вышли корпоративные участники с очень большими капиталами, то, соответственно, они могут очень сильно влиять на рынок, на котировки и благодаря этому зарабатывать очень высокий спекулятивный доход.
89% биткоинов добыто. Что дальше?
Количество биткоинов ограничено числом 21 млн. Это было заложено в изначальный проспект эмиссии криптовалюты. Но, естественно, когда будут сгенерированы все биткоины, которые заложены в алгоритм, это не приведет к остановке существования сети Bitcoin. Просто если сейчас майнеры получают вознаграждение от сети за свою работу наряду с вознаграждением в виде комиссии за осуществление тех или иных сделок, которые проходят в сети, то после того, как будут сгенерированы все биткоины, у майнеров останутся в качестве дохода лишь комиссионные. Но когда новые биткоины генерироваться не будут, это, скорее всего, повлияет на рост цены биткоина: спрос на него будет расти, а значит, будет расти и цена. Майнеры при этом продолжат получать свое вознаграждение в качестве комиссии от тех сделок, которые они будут проводить.
Пока мы видим, что востребованность криптовалюты как альтернативного финансового инструмента только растет. И количество майнинг-ферм не снижается, а, наоборот, увеличивается. Главная тенденция, которую мы можем констатировать, — это укрупнение такого рода ферм. Частные малые и средние фермы интегрируются как на программах, так и на аппаратном уровне в более крупные, тяготеют к более дешевым источникам электроэнергии. Проще говоря, строятся большие ангары либо контейнеры в максимальной близости к электростанциям — там, где есть избыток электроэнергии и можно ее купить наиболее дешево.
Тот механизм консенсуса, который заложен в майнинг для поддержания работы блокчейна Bitcoin (proof-of-work), — один из наиболее энергозатратных и наиболее старых алгоритмов. Сейчас разработаны гораздо более эффективные алгоритмы консенсуса, которые не требуют таких огромных энергозатрат и таких вычислительных мощностей, однако существенной миграции пользователей от биткоина на другие криптовалюты пока не происходит. Доверие к биткоину сейчас максимально высокое.
Будем надеяться, что российские власти смогут оценить потенциал использования этой криптовалюты не в качестве альтернативы денежным средствам, а в качестве источника возможных валютных заработков для страны. В России есть большой избыток невостребованной электроэнергии, которая может быть израсходована, в том числе для поддержания блокчейн-сети Bitcoin. Эта валютная выручка точно была бы не лишней для страны. Общий объем и капитализация крипторынка оценивается от $1,5 до $2 трлн.
Зачем нужна математика?
От искусства до науки: 10 фактов из истории криптографии
5 лайфхаков для изучения математики
