Майнинг: что такое, как работает и откуда берутся новые биткоины

Слово «майнинг» на слуху не меньше, а то и больше, чем «криптовалюта». Кто-то произносит его со злостью: именно из-за этого проклятого «майнинга» критично подорожали мощные видеокарты. Возмущаются и не без оснований экологи: майнинг «поедает» огромное количество ресурсов, в первую очередь — электроэнергии. Во многих странах приняты ограничительные меры, которые запрещают использовать майнинговые фермы без соответствующих разрешений. Например, нельзя в крупных городах — чересчур большая нагрузка на электросети.

Так что это такое? Почему гонятся за этим майнингом — настолько, что платят астрономические счета за электроэнергию, покупают «золотые» видеочипсеты?

По сути, майнинг — это «добыча» Биткоинов. Деньги из воздуха. Ну или почти. Разберемся, как это работает.

Что такое майнинг

Изначальное слово образовано от mine — в переводе с английского, «добыча полезных ископаемых». Золото, серебро… В сущности, чем-то процесс похож: нужно переработать много «бесполезной руды» (пустых данных), чтобы получить крупицу ценного металла. Однако все-таки процедура больше относится к финансовым процессам, а не к горнодобывающей промышленности.

Сначала нужно рассмотреть обычные транзакции. Например, вы покупаете в интернет-магазине мобильный телефон. Платите прямо через сайт — транзакцией с банковской карточки. Вот, как это происходит:

1. Отправка поручения в платежную систему. Появляется сигнал для системы банка, что клиент желает списать со своего счета деньги, передав владельцу другой карты или кошелька.
2. Валидация — то есть, подтверждения. Сверяется индивидуальный номер карты, пароль и CVV. Может прийти пуш-уведомление или СМС, которые генерируются для валидации.
3. Проверка баланса. Достаточно ли на карте денег? Можете ли вы себе позволить эту покупку? Система проверяет автоматически, если не хватает средств — придет соответствующее сообщение.
4. Проведение транзакции — деньги списываются с одного счета, переходят на другой. Иногда банк или платежная система берет себе за услугу определенную сумму — процент от операции или фиксированную ставку.

Обычная система централизована. За все отвечает банк и его система. Одновременно банк выступает посредником — владелец денег доверяет банку совершить этот перевод.

Криптовалюты не имеют никаких «банков». Это децентрализованная система. Поэтому когда передают Биткоины, это происходит так:

1. Отправитель с помощью биткоин-кошелька отсылает в сеть Биткоин сообщение о том, что должна списаться определенная сумма. Помимо этого указывает адрес получателя, опционально — комиссию за перевод. На сообщение автоматически прикрепляется электронная цифровая подпись (ЭЦП). Она формируется приватным ключом, связана с биткоин-адресом. Никто, кроме получателя, не может прочитать это сообщение.
2. Подтверждение. Проверка по ЭЦП, идентификация того, кто отправил. Валидация проходит через биткоин-адрес — он связан с приватным ключом, который нельзя подделать. Личность и отправителя, и получателя при этом остается полностью анонимной. ЭЦП не имеет никакого отношения к имени, фамилии, номеру паспорта и т. д.
3. Проверка баланса. Проверяют наличие непотраченных Биткоинов.
4. Запись в блокчейн о том, что транзакция совершилась. Фактически деньги переходят новому владельцу — и это появляется у всех за счет единого «гроссбуха».

С этим все понятно. А что же майнинг?

Снова возвращаемся к «атомам» Биткоинам или первоначальным структурным единицам — блокам. Есть еще и понятие «узлов» — это компьютеры, которые обрабатывают информацию о передаче Биткоинов. Узел — это любое устройство, где совершается операция. Децентрализованная система подразумевает полное равноправие.

А что, если кто-то платит блоком в одном месте, одновременно в другом? Эти два компьютеры не соединены друг с другом. Когда-то информация о нечестной сделке дойдет до всех, но на это потребуется время. Даже если всего несколько секунд — система-то анонимная! Никак не отыщешь мошенника!

Эту проблему решил еще загадочный автор Биткоина Сатоши Накамото. Он предложил алгоритм «доказательства работы» — Proof of Work или просто POW. Алгоритм гласит, что писать новые блоки в цепочку — блокчейн, — имеют право те узлы, которые сделают вычислительную работу первой. Причем, криптографические задачи непростые — они требуют даже от очень мощного компьютера несколько секунд. Этого вполне достаточно, чтобы остальные узлы проверили информацию по тратам, а мошенника остановили бы «на входе»: данные уже разошлись. Так что «доказательство работы» в некотором роде искусственная задержка операции, созданная, чтобы валидацию подтверждали все узлы.

Как происходит майнинг

Технически задача — это добавление дополнительного хэш-кода в уже сформированный блок. Нужно подбирать множество параметров (nonce), на что требуются значительные ресурсы. А вот проверить можно очень быстро — всего-то 256 символов в системе SHA-256.

Пример на основе классического стихотворения:

• (нет заголовка) Зима недаром злится,
• aefb749e7c2bc23c998d34f8e21cf49ef65aeed635c63caa889ab75c637e9b45 Прошла её пора —
• 594e187c9de25dff08076dbda9e7fdfefbe4e1f81d3524f0eb707e1b2b86cc7a Весна в окно стучится
• 6f2f3ef2e36a8283dbe9e10570eb76483d728c0fffa201349f6b674d962d45b7 И гонит со двора.

В заголовках нет нулей. А теперь попробуем добавить параметр nonce. Нужно подобрать его так, чтобы хэш начинался с четырех нулей.

• 0000e48f43701b1a1f94b38f1dfca26c236e63f75f6e4f7a3f0c5d2e7d37cc85 — нет заголовка
• 0000d95332c5b0c2ee30f96f9b8f4c2f6438ce02e29c2b1d8c3b558c75f32b1f — Зима недаром злится,
• 0000a0b038c2bc2b1ebdd0a3a3e5c1a7d21c728352617998f33cb5decc62c1f5 Прошла её пора —
• 00009e136a89f5d7b8b34ff8f7b42f9b48a14016343e8f347b174c6d72b77f1b Весна в окно стучится
• 0000b11e51a5df47c35431a4a8fbb8b62491670093c6a93e3d654cd53ea38957 И гонит со двора.

В блоке есть параметр nonce, хэш предыдущего блока, третья строка же представляет собой текст стихотворения — полезная информация. Если вы попробуете дать задачу компьютеру, он «задумается» на некоторое время. Причем, здесь-то речь всего о нескольких строчках. А в информации о Биткоине количество данных может измеряться гигабайтами. Неудивительно, что хэширование транзакций требует некоторого времени. Или увеличение мощности. Тогда как проверить придется всего 256 символов — с этим справится даже старый калькулятор.

Иногда несколько майнеров все-таки дают параметр nonce одновременно. Тогда получается несколько блоков блокчейна — ситуация обозначается словом «вилка». Когда потом «зубцы» вилок соединятся, победит самая длинная. Остальные просто отсекут.

Вот этот процесс — поиск nonce, вычисление и сверка хэша, получение хэша с нулями обозначается понятием «майнинг».

Плата за работу

Если транзакция списывается с одного кошелька и переводится в другой — это всегда подсоединение еще одного блока. От компьютеров требуется «усилие», поэтому какая бы ни была децентрализованная сеть, а за работу нужно награждать. Поэтому формирование каждого нового блока награждается определенной суммой в Биткоинах. Как мы помним, самих монет в кошельках нет — только информация о том, что они достались кому-то, которая вписывается в «гроссбух» блокчейна.

Криптографические задачи бывают очень сложны. Простые компьютеры с ними уже не справляются — вернее, не выдерживают конкуренции, ведь награду за первое решение криптозадачи получает только победитель. Отсюда и появляются эти невероятные «фермы» на десятки и даже сотни мощнейших видеокарт с процессорами. Отсюда претензии экологов — ведь такая «махина» пожирает огромное количество электроэнергии. Цель майнера заключается в том, чтобы каждая операция занимала не более 10 минут.

Награды выдаются нечасто: каждые 2016 блоков.

Самоподдерживающаяся система

Майнинг и его принцип — это ответ на вопрос «а как это будет работать». Хорошо, когда процесс централизован. Есть банк, который использует свои сервера, протоколы. На банк работает множество людей — от операторов поддержки до сисадминов. Они получают деньги за свои услуги.

Но если нет центра… кто работать будет? Забесплатно? Разумеется, никто. Майнинг — это награда тем, кто поддерживает функционирование криптовалюты. Вы отдаете свой компьютер или целую ферму под «виртуальные сервера» Биткоина. Помогаете пользователям по всему миру совершать транзакции, проводить операции с криптовалютой.

А за это получаете награду. В настоящее время (2024 год) награда за майнинг одного блока биткоина составляет 3.125 биткоинов. Сумма выдается майнерам каждый раз, когда они успешно находят новый блок в сети биткоина. Так как новый блок обычно появляется примерно каждые 10 минут, награды за майнинг также выдаются в зависимости от того, как часто майнеры могут находить эти блоки.

Правда, работать могут миллионы устройств, а награду получит одно или несколько. Несправедливо? Но тут уж как в жизни: кто первый успел, тот и съел.

Вознаграждение за майнинг уменьшается каждые четыре года или каждые 210 000 блоков. Количество Биткоинов конечно. А что получится, когда нельзя станет добыть новый? Рухнет ли сеть Биткоина, ведь уже не будет никакого смысла в майнинге и поддержке децентрализованной системы?

Такой риск имеется. Но останется комиссионное вознаграждение с транзакций. Хотя, вероятно, мощность майнинговых ферм уменьшится в десятки раз. Либо же владельцы перекинутся на новую криптовалюту — собственно, такое уже случилось с Эфириумом. Тем не менее, проблема существует: есть риск, что платежи будут проходить несколько дней.

«Атака 51%»

«А если кто-то захватит все майнерские ресурсы и заберет Биткоины? Как же тогда децентрализация?»

Этот вопрос задавался. Даже появился термин: «атака 51%» — ситуация, когда более половины всей мощности принадлежат одному человеку либо группе майнеров. Если бы такая атака оказалась успешной, можно было бы:

• Создавать конфликтующие транзакции и оставаться «главным»
• Контролировать чужие транзакции;
• Тратить несколько раз одни и те же Биткоины;
• Мешать другим находить новые блоки.

На практике такая атака практически невозможна. Мощность для подобного захвата сдвинула бы Луну с орбиты! Ни у кого нет таких ресурсов.

Так что майнеры — не только враги экологов и «делатели денег из воздуха», из-за которых безбожно дорожают процессоры с видеокартами. Это та самая техподдержка, которая обеспечивает функциональность всей криптосети. Без них никак. И без затраты ресурсов — тоже.

Итоги

• Майнинг записывает новый блок транзакций в блокчейн;
• Помогает выпускать новые Биткоины (совершать эмиссию);
• Майнеры поддерживают систему — и получают за это награду в виде новых Биткоинов;
• Невозможно, чтобы кто-то захватил более половины всех ресурсов майнинга — слишком огромная потребовалась бы мощность;
• За счет мощности майнеров поддерживается актуальность блокчейна и ускоряется процесс транзакций.

Подписывайтесь на наш новый Telegram, который посвящен только сфере криптовалют. Ссылку на канал можно найти ниже в разделе «Об авторе». Если вам интересно, то там же найдете ссылку на выгодную биржу, где сам торгую и пользуюсь P2P.