Możliwe, że słyszysz zwrot „wydobywanie bitcoinów”, a twój umysł zaczyna wędrować do zachodniej fantazji o kilofach, ziemi i bogactwie. Jak się okazuje, ta analogia nie jest zbyt odległa.
O wiele mniej efektowne, ale równie niepewne, wydobywanie bitcoinów jest wykonywane przez komputery o dużej mocy, które rozwiązują złożone problemy matematyczne obliczeniowe (czyli tak złożone, że nie można ich rozwiązać ręcznie, a nawet wystarczająco skomplikowane, aby opodatkować nawet niewiarygodnie potężne komputery). Szczęście i praca wymagana przez komputer, aby rozwiązać jeden z tych problemów, jest odpowiednikiem kopacza uderzającego w ziemię złotem - podczas kopania w piaskownicy. W chwili pisania tego tekstu szansa, że komputer rozwiąże jeden z tych problemów, wynosi około 1 na 13 trylionów, ale więcej na ten temat później.
Wynik „wydobywania bitcoinów” jest dwojaki. Po pierwsze, gdy komputery rozwiązują te złożone problemy matematyczne w sieci Bitcoin, wytwarzają nowe bitcoiny (w odniesieniu do samych monet, „bitcoin” zwykle pojawia się bez wielkich liter), podobnie jak w przypadku wydobywania złota z ziemi. Po drugie, rozwiązując problemy matematyczne obliczeniowe, górnicy bitcoinów sprawiają, że sieć płatności Bitcoin jest godna zaufania i bezpieczna, poprzez weryfikację informacji o transakcji.
Jest spora szansa, że wszystko to miało tylko tyle sensu. Aby bardziej szczegółowo wyjaśnić, jak działa wydobywanie bitcoinów, zacznijmy od procesu nieco bliższego domu: regulacji drukowanej waluty.
Podstawy Bitcoin: Jak Bitcoin różni się od tradycyjnych walut
Konsumenci zwykle ufają drukowanym walutom, przynajmniej w Stanach Zjednoczonych. To dlatego, że dolar amerykański jest wspierany przez bank centralny o nazwie Rezerwa Federalna. Oprócz wielu innych obowiązków, Rezerwa Federalna reguluje produkcję nowych pieniędzy, a rząd federalny ściga stosowanie fałszywych pieniędzy.
Nawet płatności cyfrowe przy użyciu dolara amerykańskiego są wspierane przez organ centralny. Gdy dokonujesz zakupu online przy użyciu karty debetowej lub kredytowej, na przykład transakcja ta jest przetwarzana przez firmę przetwarzającą płatności, taką jak Mastercard lub Visa. Oprócz rejestrowania historii transakcji firmy te weryfikują, czy transakcje nie są nieuczciwe, co jest jednym z powodów zawieszenia karty debetowej lub kredytowej na czas podróży.
Z drugiej strony Bitcoin nie jest regulowany przez organ centralny. Zamiast tego Bitcoin jest wspierany przez miliony komputerów na całym świecie zwanych „węzłami”. Ta sieć komputerów pełni tę samą funkcję co Rezerwa Federalna, Visa i Mastercard, ale z kilkoma kluczowymi różnicami. Węzły przechowują informacje o wcześniejszych transakcjach i pomagają zweryfikować ich autentyczność. Jednak w przeciwieństwie do tych organów centralnych, węzły Bitcoin są rozproszone po całym świecie i zapisują dane transakcji na publicznej liście, do której dostęp może uzyskać każdy, nawet ty.
Podstawy Bitcoin: Co to jest wydobywanie kryptowalut?
Gdy ktoś dokonuje zakupu lub sprzedaży za pomocą bitcoinów, nazywamy to „transakcją”. Transakcje dokonywane w sklepie i w Internecie są dokumentowane przez banki, systemy sprzedaży i fizyczne potwierdzenia. Górnicy Bitcoin osiągają ten sam efekt bez tych instytucji, łącząc transakcje w „bloki” i dodając je do publicznego rekordu zwanego „blockchain”. Węzły następnie utrzymują zapisy tych bloków, aby można je było zweryfikować w przyszłości.
Kiedy górnicy bitcoinów dodają nowy blok transakcji do łańcucha bloków, ich zadaniem jest upewnienie się, że transakcje są dokładne. (Więcej na temat magii tego, jak to się dzieje w ciągu sekundy.) W szczególności górnicy bitcoinów upewniają się, że bitcoiny nie są duplikowane, unikalne dziwactwo cyfrowych walut zwane „podwójnym wydatkowaniem”. W przypadku walut drukowanych duplikowanie pieniędzy nie jest problem. Po wydaniu 20 USD w sklepie rachunek ten jest w rękach urzędnika. W przypadku cyfrowej waluty jest to jednak inna historia.
Informacje cyfrowe można powielać stosunkowo łatwo, więc dzięki Bitcoinowi i innym walutom cyfrowym istnieje ryzyko, że osoba wydająca może wykonać kopię swojego bitcoina i wysłać go do innej osoby, jednocześnie trzymając oryginał. Wróćmy na chwilę do drukowanej waluty i powiedzmy, że ktoś próbował zduplikować swój rachunek za 20 USD, aby wydać zarówno oryginał, jak i podróbkę w sklepie spożywczym. Gdyby urzędnik wiedział, że klienci duplikują pieniądze, musieliby tylko sprawdzić numery seryjne rachunków. Gdyby liczby były identyczne, urzędnik wiedziałby, że pieniądze zostały zduplikowane. Ta analogia jest podobna do tego, co robi górnik bitcoin, gdy weryfikuje nowe transakcje.
Nagradzanie górników
Jednak przy 500 000 zakupów i sprzedaży dokonywanych w ciągu jednego dnia weryfikacja każdej z tych transakcji może być bardzo pracochłonna dla górników, co ma jeszcze jedną kluczową różnicę między górnikami bitcoinowymi a Rezerwą Federalną, Mastercard lub Visa. W ramach rekompensaty za ich wysiłek górnicy otrzymują bitcoiny za każdym razem, gdy dodają nowy blok transakcji do blockchain. Ilość nowego bitcoina uwalnianego przy każdym wydobytym bloku nazywa się „nagrodą za blok”. Nagroda za blok jest zmniejszana o połowę co 210 000 bloków lub mniej więcej co 4 lata. W 2009 r. Było 50. W 2013 r. Było 25, w 2018 r. Było to 12, 5, a kiedyś w połowie 2020 r. Zmniejszy się o połowę do 6, 25.
Przy takim tempie zmniejszania o połowę łączna liczba bitcoinów w obiegu zbliży się do limitu 21 milionów, co sprawi, że waluta stanie się z czasem coraz rzadsza i bardziej wartościowa, ale także droższa dla górników.
Jak działa wydobywanie bitcoinów?
Oto haczyk. Aby górnicy bitcoinów faktycznie zarabiali bitcoiny na weryfikacji transakcji, muszą wystąpić dwie rzeczy. Najpierw muszą zweryfikować transakcje o wartości 1 megabajta (MB), które teoretycznie mogą być tak małe jak 1 transakcja, ale częściej są to kilka tysięcy, w zależności od ilości danych przechowywanych w każdej transakcji. To jest łatwa część.
Po drugie, aby dodać blok transakcji do łańcucha bloków, górnicy muszą rozwiązać złożony matematyczny problem obliczeniowy, zwany także „dowodem pracy”. W rzeczywistości próbują wymyślić 64-cyfrową liczbę szesnastkową, zwaną „skrótem”, która jest mniejsza lub równa wartości skrótu docelowego. Zasadniczo komputer górnika wyrzuca skróty z szybkością megahash na sekundę (MH / s), gigahash na sekundę (GH / s), a nawet terahash na sekundę (TH / s) w zależności od jednostki, zgadując wszystkie możliwe 64- cyfry, dopóki nie znajdą rozwiązania. Innymi słowy, jest to hazard.
Poziom trudności najnowszego bloku w momencie pisania wynosi ponad 13 trylionów. To znaczy, że komputer produkujący skrót poniżej celu wynosi 1 na 13 trylionów. Mówiąc inaczej, masz około 44 500 razy większe szanse na wygranie jackpota Powerball za pomocą jednego losu na loterię niż wybranie poprawnego skrótu za jednym razem. Na szczęście górnicze systemy komputerowe wypluwają o wiele, wiele więcej możliwości mieszania. Niemniej wydobycie bitcoinów wymaga ogromnych ilości energii i wyrafinowanych urządzeń komputerowych, ale o tym później.
Poziom trudności jest dostosowywany co 2016 bloków lub mniej więcej co 2 tygodnie, w celu utrzymania stałej szybkości wydobycia. Oznacza to, że im więcej górników walczy o rozwiązanie, tym trudniejszy staje się problem. Prawda jest również odwrotna. Jeśli moc obliczeniowa zostanie zdjęta z sieci, trudność dostosuje się w dół, aby ułatwić wydobycie.
Wyjaśnij to, jak jestem pięć (ELI5)
Oto przydatna analogia do rozważenia:
„Powiedz, że mówię trzem znajomym, że myślę o liczbie od 1 do 100, i piszę ten numer na kartce papieru i zamykam go w kopercie. Moi znajomi nie muszą zgadywać dokładnej liczby, po prostu muszę być pierwszą osobą, która zgadnie dowolną liczbę, która jest mniejsza lub równa liczbie, o której myślę. I nie ma ograniczenia co do liczby zgadnięć.
„Powiedzmy, że myślę o liczbie 19. Jeśli Przyjaciel A zgaduje 21, przegrywa, ponieważ 21> 19. Jeśli Przyjaciel B zgaduje 16, a Przyjaciel C zgaduje 12, to oboje teoretycznie doszli do realnych odpowiedzi, ponieważ 16 < 19 i 12 <19. Nie ma „dodatkowego kredytu” dla Przyjaciela B, mimo że odpowiedź B była bliższa odpowiedzi docelowej 19.
„Teraz wyobraź sobie, że stawiam pytanie„ zgadnij, o której liczbie myślę ”, ale nie pytam tylko trzech przyjaciół i nie myślę o liczbie od 1 do 100. Raczej pytam miliony niedoszłych górników i myślę o 64-cyfrowej liczbie szesnastkowej. Teraz widzisz, że bardzo trudno będzie odgadnąć właściwą odpowiedź ”.
Jak możesz konkurować z milionami górników?
Jeśli 1 na 13 trylionów nie wydaje się wystarczająco trudny, oto haczyk na haczyk. Nie tylko górnicy bitcoinowi muszą wymyślić odpowiedni skrót, ale także pierwsi.
Ponieważ wydobywanie bitcoinów jest w zasadzie zgadywaniem, znalezienie właściwej odpowiedzi, zanim inny górnik będzie miał prawie wszystko do czynienia z tym, jak szybko komputer może generować skróty. Jeszcze dziesięć lat temu wydobywanie bitcoinów mogło być wykonywane na konkurencyjnych komputerach stacjonarnych. Z czasem jednak górnicy zdali sobie sprawę, że karty graficzne powszechnie używane do gier wideo są bardziej wydajne w wydobywaniu niż komputery stacjonarne i jednostki graficzne (GPU) zaczęły dominować w grze. W 2013 roku górnicy bitcoinów zaczęli używać komputerów zaprojektowanych specjalnie do wydobywania kryptowaluty tak wydajnie, jak to możliwe, zwanych specyficznymi dla aplikacji układami scalonymi (ASIC). Mogą one wynosić od kilkuset dolarów do dziesiątek tysięcy. Z drugiej strony, biorąc pod uwagę, że obecna cena bitcoinów w chwili pisania tego tekstu wynosi około 9330 USD, a nagroda za ukończenie bloku wynosi 12, 5 monety, czyli blisko 117 000 USD, inwestycja z góry w drogie ASIC może ostatecznie być opłacalna.
Obecnie wydobywanie bitcoinów jest tak konkurencyjne, że można to zrobić tylko z zyskiem przy użyciu najnowocześniejszych układów ASIC. Podczas korzystania z komputerów stacjonarnych, układów GPU lub starszych modeli układów ASIC koszt zużycia energii faktycznie przekracza generowane przychody. Nawet mając do dyspozycji najnowszą jednostkę, jeden komputer rzadko wystarcza, aby konkurować z tym, co górnicy nazywają „basenami wydobywczymi”.
Pula wydobywcza to grupa górników, którzy łączą swoją moc obliczeniową i dzielą wydobyte bitcoiny między uczestników. Nieproporcjonalnie duża liczba bloków jest wydobywana przez pule, a nie przez poszczególnych górników. W niektórych momentach historii bitcoinów pule wydobywcze i firmy reprezentowały około 80% do 90% mocy obliczeniowej bitcoinów.
Czy wydobywanie bitcoinów jest zrównoważone?
Od 1 do 13 bilionów szans, poziomów trudności skalowania i ogromnej sieci użytkowników weryfikujących transakcje, jeden blok transakcji jest weryfikowany mniej więcej co 10 minut. Należy jednak pamiętać, że 10 minut jest celem, a nie regułą.
Sieć bitcoinów może przetwarzać około siedmiu transakcji na sekundę, przy czym transakcje są rejestrowane w łańcuchu bloków co 10 minut. Dla porównania Visa może przetwarzać około 24 000 transakcji na sekundę. Ponieważ sieć użytkowników bitcoinów stale się powiększa, liczba transakcji dokonanych w ciągu 10 minut ostatecznie przekroczy liczbę transakcji, które można przetworzyć w ciągu 10 minut. W tym momencie zaczną się czasy oczekiwania na transakcje i będą one coraz dłuższe, chyba że zostanie wprowadzona zmiana w protokole bitcoin.
Ten problem będący sednem protokołu bitcoin jest znany jako „skalowanie”. Podczas gdy górnicy bitcoinów ogólnie zgadzają się, że należy coś zrobić, aby rozwiązać problem skalowania, istnieje mniej zgody co do tego, jak to zrobić. Zaproponowano dwa główne rozwiązania problemu skalowania. Programiści zasugerowali (1) zmniejszenie ilości danych potrzebnych do zweryfikowania każdego bloku lub (2) zwiększenie liczby transakcji, które każdy blok może przechowywać. Przy mniejszej ilości danych do weryfikacji na blok rozwiązanie 1 sprawiłoby, że transakcje byłyby szybsze i tańsze dla górników. Rozwiązanie 2 rozwiązałoby problem skalowania, umożliwiając przetwarzanie większej ilości informacji co 10 minut poprzez zwiększenie rozmiaru bloku.
W lipcu 2017 r. Górnicy bitcoinów i firmy wydobywcze reprezentujące około 80% do 90% mocy obliczeniowej sieci głosowały za wprowadzeniem programu, który zmniejszyłby ilość danych potrzebnych do weryfikacji każdego bloku. Oznacza to, że wybrali Rozwiązanie 1.
Program, który górnicy głosowali za dodaniem do protokołu bitcoin, nazywa się segregowanym świadkiem lub SegWit. Ten termin jest połączeniem Segregated, co oznacza „separować” i Witness, co odnosi się do „podpisów transakcji bitcoin”. Segregated Witness oznacza zatem oddzielenie podpisów transakcji od bloku - i dołączenie ich jako rozszerzonego bloku. Chociaż dodanie jednego programu do protokołu bitcoin może wydawać się mało na drodze rozwiązania, szacuje się, że dane podpisu stanowią do 65% danych przetwarzanych w każdym bloku transakcji.
Niecały miesiąc później w sierpniu 2017 r. Grupa górników i programistów zainicjowała twardy rozwidlenie, pozostawiając sieć bitcoinów w celu stworzenia nowej waluty przy użyciu tej samej bazy kodów, co bitcoin. Chociaż grupa ta zgodziła się z potrzebą rozwiązania skalowania, obawiali się, że przyjęcie technologii segregowanych świadków nie rozwiąże w pełni problemu skalowania.
Zamiast tego wybrali Rozwiązanie 2. Powstała waluta, zwana „gotówką bitcoin”, zwiększyła rozmiar bloku do 8 MB, aby przyspieszyć proces weryfikacji, umożliwiając wykonanie około 2 milionów transakcji dziennie. W dniu 6 listopada 2019 r. Bitcoin Cash został wyceniony na około 302 USD, a Bitcoin to około 9330 USD.
