Czym jest wydobywanie walut cyfrowych? Jaki jest mechanizm jego działania?
Streszczenie
Wydobywanie kryptowalut weryfikuje i audytuje transakcje na blockchainie, a proces ten obejmuje także tworzenie nowych jednostek walut cyfrowych.
Praca wykonywana przez górników wymaga ogromnych zasobów obliczeniowych, gdyż to właśnie one zapewniają bezpieczeństwo sieci blockchain.
Czym jest wydobywanie walut cyfrowych?
Wydobywanie kryptowalut zapewnia bezpieczeństwo i decentralizację walut cyfrowych takich jak Bitcoin, na których opiera się mechanizm konsensusu Proof of Work (PoW). Jest to proces, w ramach którego transakcje między użytkownikami są weryfikowane i dodawane do publicznych rejestrów łańcucha blockchain. Zatem wydobycie jest kluczowym elementem umożliwiającym tworzenie Bitcoinów bez potrzeby istnienia organu centralnego.
Działalność wydobywcza odpowiada również za dodawanie nowych walut w ramach istniejących walut dostępnych na rynku. Jednak wydobywanie kryptowalut odbywa się zgodnie z zasadami rządzącymi procesem wydobywania i uniemożliwiającymi dowolne tworzenie nowych monet. Reguły te są wbudowane w podstawowe protokoły kryptowalut i wdrażane w całej sieci składającej się z tysięcy węzłów.
Aby stworzyć nowe jednostki kryptowaluty, górnicy wykorzystują swoją moc obliczeniową do rozwiązywania skomplikowanych zagadek kryptograficznych. Górnik, który jako pierwszy ułoży zagadkę, ma prawo dodać nowy blok transakcji do blockchaina i opublikować go w sieci.
Jak działa cyfrowe wydobywanie walut
Kiedy w łańcuchu bloków dokonywane są nowe transakcje, są one wysyłane do puli zwanej pulą pamięci. Zadaniem górnika jest sprawdzanie oczekujących transakcji i układanie ich w bloki.
Blok można traktować jako stronę zapisów łańcucha bloków, na której zarejestrowanych jest kilka transakcji (wraz z innymi danymi). W szczególności węzeł wydobywczy jest odpowiedzialny za zbieranie niepotwierdzonych transakcji z puli pamięci i składanie ich w blok kandydujący.
Górnik próbuje przekonwertować ten blok kandydujący na ważny i potwierdzony blok. Aby tego dokonać, górnik musi rozwiązać złożony problem matematyczny, który wymaga dużych zasobów obliczeniowych. Jednak za każdy pomyślnie wydobyty blok górnik otrzymuje nagrodę za blok składającą się z nowych kryptowalut oraz opłat transakcyjnych. Przyjrzyjmy się, jak to działa:
Pierwszy krok: hashowanie transakcji
Pierwszym krokiem do wydobycia bloku jest pobranie oczekujących transakcji z puli pamięci i wysłanie ich jedna po drugiej za pomocą funkcji skrótu. Za każdym razem, gdy fragment danych jest uruchamiany przy użyciu funkcji skrótu, generowany jest wynik o stałym rozmiarze, zwany wartością skrótu.
Wartość skrótu każdej transakcji w kontekście eksploracji składa się z ciągu cyfr i liter, który pełni rolę identyfikatora. Wartość skrótu transakcji reprezentuje wszystkie informacje zawarte w tej transakcji.
Oprócz mieszania i wykazywania każdej transakcji indywidualnie, górnik dodaje również niestandardową transakcję, za pomocą której może wysłać sobie nagrodę za blok. Transakcja ta nazywana jest transakcją na bazie monet i tworzy zupełnie nowe monety. Transakcja ta jest w większości przypadków pierwszą transakcją zarejestrowaną w jakimkolwiek nowym bloku, po której następują wszystkie oczekujące transakcje oczekujące na audyt.
Krok 2: Utwórz drzewo Merkle
Po zaszyfrowaniu każdej transakcji wartości skrótu są układane w tak zwane drzewo Merkle (znane również jako drzewo skrótów). Drzewo Merkle tworzy się poprzez ułożenie wartości skrótu transakcji w pary, a następnie ich haszowanie.
Nowe produkty mieszające są następnie układane w pary i ponownie mieszane, a proces jest powtarzany, aż do wygenerowania pojedynczej wartości skrótu. Ostatnia wartość skrótu nazywana jest również wartością skrótu głównego (lub korzeniem drzewa Merkle) i jest w skrócie wartością skrótu, która reprezentuje wszystkie poprzednie wartości skrótu użyte do jej wygenerowania.
Krok 3: Znajdź prawidłową partycję pamięci blokowej (wartość skrótu bloku)
Partycja przechowywania bloków pełni funkcję identyfikatora każdego pojedynczego bloku, co oznacza, że każdy blok ma unikalną wartość skrótu. Tworząc nowy blok, górnicy łączą wartość skrótu poprzedniego bloku z wartością skrótu głównego bloku kandydującego, aby wygenerować nową wartość skrótu bloku. Muszą także dodać losową liczbę zwaną specjalnym kodem.
Tak więc, gdy górnik próbuje przeprowadzić audyt swojego bloku kandydującego, musi zebrać wartość skrótu głównego, wartość skrótu poprzedniego bloku oraz token prywatny i połączyć je wszystkie za pomocą funkcji mieszającej. Ich celem jest powtarzanie tej czynności w celu utworzenia prawidłowej wartości skrótu.
Nie można zmienić wartości skrótu głównego ani wartości skrótu poprzedniego bloku, dlatego górnicy muszą kilkakrotnie zmieniać wartość tokena prywatnego, aż znajdą poprawną wartość skrótu. Wynik (wartość skrótu bloku) musi być mniejsza niż określona wartość docelowa ustawiona przez protokół, aby można go było uznać za ważny. W wydobywaniu Bitcoinów wartość skrótu bloku musi zaczynać się od określonej liczby zer – nazywa się to trudnością wydobywania.
Krok 4: Rozdaj wydobyty blok
Jak widzieliśmy wcześniej, górnicy muszą wielokrotnie haszować partycję przechowywania bloków, używając różnych wartości tokenów prywatnych. Robią to do momentu znalezienia prawidłowej wartości skrótu bloku, po czym górnik, który ją znalazł, rozgłasza ten blok do sieci. Wszystkie węzły sprawdzają, czy blok i jego wartość skrótu są poprawne, a jeśli tak, dodadzą nowy blok do swojej kopii łańcucha bloków.
W tym momencie wyznaczony blok staje się blokiem potwierdzonym i wszyscy górnicy przechodzą do wydobycia następnego bloku. Wszyscy górnicy, którzy nie znajdą na czas prawidłowej wartości skrótu, odrzucają swój blok kandydujący i wyścig wydobywczy rozpoczyna się od nowa.
Co się stanie, jeśli jednocześnie wydobywane będą dwa bloki?
Czasami dwóch górników transmituje dwa ważne bloki w tym samym czasie, a w sieci pojawiają się dwa konkurujące ze sobą bloki. Następnie wszyscy górnicy rozpoczynają wydobywanie następnego bloku w oparciu o blok, który uzyskali jako pierwszy, co powoduje tymczasowe rozdzielenie sieci na dwie różne wersje łańcucha bloków.
Rywalizacja między tymi dwoma blokami trwa do momentu wydobycia następnego bloku na którymkolwiek z nich. Kiedy wydobywany jest nowy blok, poprzedni blok jest uważany za zwycięski. Wykluczony blok nazywany jest blokiem odrzuconym lub blokiem nieprawidłowym, co powoduje, że wszyscy górnicy, którzy wybrali ten blok, ponownie wydobywają łańcuch zwycięskiego bloku.
Jaka jest trudność wydobycia?
Trudność wydobycia jest regularnie dostosowywana za pomocą protokołu, który zapewnia stałe tempo tworzenia nowych bloków, co z kolei skutkuje emisją nowych monet w spójny i przewidywalny sposób. Trudność skaluje się proporcjonalnie do ilości mocy obliczeniowej (hashrate) przeznaczonej dla sieci.
Zatem za każdym razem, gdy do sieci dołączają nowi górnicy i wzrasta konkurencja, wzrasta trudność mieszania, zapobiegając skróceniu średniego czasu bloku. I odwrotnie, jeśli wielu górników zdecyduje się opuścić sieć, trudność mieszania zmniejszy się, co ułatwi wydobywanie nowego bloku. Te regulacje utrzymują stały czas bloku, niezależnie od całkowitej mocy mieszającej sieci.
Rodzaje wydobywania walut cyfrowych
Istnieje wiele różnych sposobów wydobywania walut cyfrowych. Sprzęt się zmienia i proces się zmienia wraz z pojawieniem się nowych urządzeń i algorytmów konsensusu. Górnicy zazwyczaj używają wyspecjalizowanych jednostek komputerowych do rozwiązywania złożonych równań kryptograficznych. Przyjrzyjmy się, jak działają niektóre z najpopularniejszych metod wydobycia.
Wydobywanie przy użyciu procesorów
Eksploracja procesorów polega na użyciu centralnej jednostki przetwarzania komputera do wykonywania funkcji skrótu wymaganych w modelu dowodu pracy. Na początku Bitcoina koszt wydobycia był niski, bariery wejścia były niskie, a normalny procesor radził sobie z trudnościami związanymi z wydobyciem, więc każdy mógł spróbować wydobywać BTC i inne kryptowaluty.
Jednak w miarę jak coraz więcej osób zaczęło wydobywać BTC, a współczynnik haszowania sieci wzrósł, opłacalne wydobycie stało się trudniejsze. Co więcej, pojawienie się specjalistycznego sprzętu wydobywczego o większej mocy obliczeniowej sprawiło, że wydobycie przy użyciu procesorów stało się prawie niemożliwe. Obecnie wydobywanie przy użyciu procesorów nie jest już praktyczną opcją, ponieważ wszyscy górnicy korzystają ze specjalistycznego sprzętu.
Wydobywanie przy użyciu procesorów graficznych
Jednostki przetwarzania grafiki (GPU) są przeznaczone do jednoczesnego przetwarzania szerokiego zakresu aplikacji. Chociaż moduły te są zwykle używane do gier wideo lub tworzenia grafiki, można je również wykorzystać do wydobywania.
Procesory graficzne są stosunkowo niedrogie i bardziej elastyczne niż układy ASIC powszechnie używane w górnictwie. Chociaż są one wykorzystywane do wydobywania niektórych altcoinów, ich wydajność zależy od trudności wydobycia i algorytmu.
Wydobycie z wykorzystaniem obwodu ISIC
Układ scalony specyficzny dla aplikacji (obwód ISAC) ma służyć konkretnemu celowi, co w kryptowalutach oznacza wyspecjalizowane urządzenie przeznaczone do wydobywania. Wydobywanie z wykorzystaniem obwodu Izaaka jest znane z tego, że jest bardzo wydajne, ale jednocześnie drogie. Ponieważ górnicy AIESEC przodują w technologii wydobywczej, koszt jednostkowy jest znacznie wyższy niż w przypadku procesorów czy procesorów graficznych.
Co więcej, ciągły postęp w technologii obwodów AIESEC szybko sprawia, że starsze wersje stają się nieopłacalne i dlatego wymagają regularnej wymiany. Nawet wyłączając koszty energii elektrycznej, sprawia to, że wydobycie ASIC jest jedną z najdroższych metod wydobycia.
Kompleksy górnicze
Ponieważ pierwszy udany górnik otrzymuje nagrodę za blok, prawdopodobieństwo znalezienia prawidłowej wartości skrótu staje się bardzo niskie. Górnicy posiadający niewielki procent mocy wydobywczej mają bardzo małe szanse na samodzielne odkrycie kolejnego bloku. Baseny wydobywcze zapewniają rozwiązanie tego problemu.
Pule wydobywcze to grupy górników, którzy łączą swoje zasoby (moc mieszania), aby zwiększyć prawdopodobieństwo wygrania nagród za bloki. Kiedy w puli pomyślnie znajdzie blok, górnicy w puli dzielą się nagrodą w zależności od ilości pracy włożonej przez każdego z nich.
Pule wydobywcze mogą przynosić korzyści poszczególnym górnikom pod względem kosztów sprzętu i energii elektrycznej, ale ich kontrola nad wydobyciem budzi obawy przed atakiem 51% na sieć.
Co to jest wydobywanie Bitcoinów? Jaki jest mechanizm jego działania?
Bitcoin jest najbardziej znanym i wyraźnym przykładem możliwej do wydobycia waluty cyfrowej, a wydobywanie Bitcoinów opiera się na algorytmie konsensusu Proof of Work (PoW).
Proof of Work (PoW) to oryginalny mechanizm konsensusu blockchain stworzony przez Satoshi Nakamoto i wprowadzony w Podręczniku technicznym Bitcoin w 2008 roku. W skrócie PoW określa, w jaki sposób sieć blockchain osiąga konsensus pomiędzy różnymi rozproszonymi uczestnikami bez zewnętrznej mediacji i robi to wymagając mocy Wielkiej Obliczenia, aby zniechęcić tych, którzy mają złe intencje.
Jak widzieliśmy, górnicy weryfikują transakcje w sieci za pomocą dowodu pracy i są weryfikowani przez niektórych górników konkurujących w rozwiązywaniu skomplikowanych zagadek kryptograficznych przy użyciu specjalistycznego sprzętu wydobywczego. Pierwszy górnik, który znajdzie prawidłowe rozwiązanie, może przesłać swój blok transakcji do łańcucha bloków i otrzymać nagrodę za blok.
Ilość kryptowalut w nagrodzie za blok różni się w zależności od jednego łańcucha bloków. Na przykład górnicy na łańcuchu bloków Bitcoin otrzymywali nagrodę za blok w wysokości 6,25 BTC do marca 2023 r. W świetle mechanizmu halvingu Bitcoina ilość BTC w nagrodzie za blok zmniejsza się o połowę co 210 000 bloków (mniej więcej co cztery lata).
Czy wydobywanie kryptowalut będzie opłacalne w 2023 roku?
Chociaż istnieje potencjał zarabiania pieniędzy na wydobywaniu kryptowalut, wymaga to dokładnego rozważenia, zarządzania ryzykiem i badań. Proces ten wiąże się również z pewnymi inwestycjami i ryzykiem, takim jak koszty sprzętu, wahania cen kryptowalut i zmiana protokołów kryptowalut. Aby ograniczyć to ryzyko, górnicy angażują się w działania związane z zarządzaniem ryzykiem i oceniają potencjalne koszty, a także korzyści związane z wydobyciem przed rozpoczęciem procesu.
Rentowność wydobywania kryptowalut zależy od wielu czynników. Jednym z tych czynników są zmiany cen kryptowalut. Kiedy ceny kryptowalut rosną, wzrasta również wartość lokalnej waluty zatwierdzonej do celów wydobycia. Natomiast poziom rentowności może spaść wraz ze spadkiem cen.
Wydajność sprzętu wydobywczego jest również ważnym czynnikiem decydującym o rentowności operacji wydobywczej. Platformy wydobywcze mogą być drogie, dlatego górnicy powinni zrównoważyć koszty platformy wydobywczej z nagrodami, które można uzyskać. Kolejnym czynnikiem, który należy wziąć pod uwagę, są koszty energii elektrycznej. Jeżeli koszty te staną się zbyt wysokie, mogą przekroczyć poziom zysku, czyniąc wydobycie nieopłacalnym.
Ponadto sprzęt wydobywczy może czasami wymagać stosunkowo niewielkich ulepszeń, ponieważ ma tendencję do bardzo szybkiego starzenia się. Nowe modele mogą przewyższać starszy sprzęt. Jeśli górnikom brakuje budżetu na opracowanie własnego sprzętu, często będą mieli trudności z utrzymaniem konkurencyjności.
#Ostatnio, są pewne zmiany na poziomie protokołu. Na przykład halving Bitcoina może mieć wpływ na rentowność wydobycia, ponieważ zmniejsza o połowę nagrody za bloki wydobywcze. Ponadto we wrześniu 2022 r. cała sieć Ethereum przeszła z mechanizmu konsensusu Proof of Work (PoW) na Proof of Stake (PoS), przez co wydobycie stało się niepotrzebne.