Jak działa kopanie Bitcoina?

W tej sekcji przyjrzymy się bliżej dwóm bardzo ważnym częściom (i uczestnikom) sieci Bitcoin, które zostały po raz pierwszy przedstawione w Module 5:

• Węzły Bitcoina: Strażnicy weryfikacji, których głównym zadaniem jest przechowywanie kopii księgi Bitcoina oraz dbanie o to, by wszystkie transakcje były ważne i by wszyscy przestrzegali tych samych zasad. Dzięki rozproszeniu tego zadania pomiędzy wiele osób na całym świecie, Bitcoin pozostaje odporny na potencjalne oszustwa bez konieczności polegania na scentralizowanym organie. Węzły pomagają utrzymać system godnym zaufania i wiernym jego zdecentralizowanej naturze, gdzie żadna osoba ani grupa nie ma zbyt dużej władzy nad resztą.
• Górnicy Bitcoina: Architekci bezpieczeństwa, którzy rozwiązują zagadki kryptograficzne, używając do tego potężnych komputerów i energii elektrycznej. Sprawdzają i potwierdzają transakcje, dbając o bezpieczeństwo całego procesu. Ich praca obliczeniowa sprawia, że księga (czyli blockchain) jest odporna na działania osób o złych intencjach, ponieważ zmiana blockchaina staje się bardzo kosztowna energetycznie.

Węzły i górnicy Bitcoina współpracują, aby utrzymać zdecentralizowany, bezpieczny i silny system — prawdziwie nowatorski system monetarny, na którym ludzie na całym świecie mogą polegać. Przyjrzyjmy się tym rolom bliżej, aby zrozumieć, jak przyczyniają się do działania protokołu Bitcoina.

Węzły Bitcoin mogą brzmieć technicznie, ale to po prostu oprogramowanie, które przechowuje kopię łańcucha bloków Bitcoin na komputerze. Łańcuch bloków to wspólny rejestr wszystkich transakcji Bitcoin.

Gdy uruchamiasz własny węzeł, samodzielnie weryfikujesz transakcje Bitcoin, zamiast polegać na kimś innym. Daje Ci to większą niezależność i pomaga utrzymać zdecentralizowaną sieć Bitcoin.

Możesz myśleć o węźle Bitcoin jak o cyfrowym policjancie ruchu drogowego z kilkoma ważnymi zadaniami.

1. Przechowuje kopię łańcucha bloków, czyli historię wszystkich transakcji Bitcoin.
2. Węzły łączą się z innymi węzłami na całym świecie i wymieniają się informacjami. Przykładem jest lista nowych transakcji oczekujących na potwierdzenie, zwana mempoolem.
3. Węzły sprawdzają, czy każda transakcja spełnia zasady Bitcoin. Jeśli transakcja jest nieprawidłowa, węzeł ją odrzuca.

Węzły pomagają także nowym węzłom dołączyć do sieci, udostępniając im łańcuch bloków. Jednak każdy nowy węzeł i tak samodzielnie sprawdza wszystkie zasady.

Każdy może uruchomić węzeł, instalując oprogramowanie takie jak Bitcoin Core i pobierając łańcuch bloków. Po skonfigurowaniu węzeł otrzymuje nowe bloki mniej więcej co 10 minut i weryfikuje je, zanim doda je do swojej kopii łańcucha bloków.

Uruchomienie węzła pomaga zwiększyć bezpieczeństwo i decentralizację sieci Bitcoin, ponieważ więcej osób niezależnie weryfikuje system.

Czym jest węzeł Bitcoin?

Celem kopania nie jest tworzenie nowych bitcoinów; to jest system motywacyjny. Kopanie to mechanizm, dzięki któremu bezpieczeństwo Bitcoin jest zdecentralizowane.
Andreas M. Antonopoulos

Górnicy zbierają niepotwierdzone transakcje, tworzą blok i zużywają energię, aby znaleźć klucz, który doda i zabezpieczy blok.

Górnicy rywalizują o dodanie kolejnego bloku transakcji do łańcucha bloków. Aby to zrobić, muszą znaleźć specjalną liczbę, która tworzy prawidłowy skrót bloku. Możesz to sobie wyobrazić jak szukanie właściwego klucza wśród miliardów możliwości. Pierwszy górnik, który znajdzie poprawny skrót, wygrywa wyścig i zdobywa prawo do dodania swojego bloku do łańcucha bloków.

Gdy górnik znajdzie prawidłowy skrót, udostępnia swój blok sieci. Inni górnicy szybko weryfikują, czy rozwiązanie jest poprawne. Jeśli tak, blok zostaje dodany do łańcucha bloków, pomagając zabezpieczyć publiczny rejestr Bitcoin.

Górnicy zarabiają bitcoiny na dwa sposoby:

• Nagrody za blok: Nowe bitcoiny są tworzone i przekazywane górnikowi, który pomyślnie doda blok do łańcucha bloków.
• Opłaty transakcyjne: Gdy ludzie wysyłają bitcoiny, dołączają niewielką opłatę. Górnik, który doda blok, otrzymuje opłaty z transakcji zawartych w tym bloku.

Halvingi Bitcoina

Nagrody dla górników za ukończenie jednego bloku zmniejszają się o połowę co 210 000 bloków, czyli mniej więcej co cztery lata.

Bitcoin ma stałą maksymalną podaż wynoszącą 21 000 000 bitcoinów, ale nie wszystkie zostały stworzone na początku istnienia Bitcoin. Zamiast tego nowe bitcoiny są stopniowo wprowadzane do obiegu poprzez kopanie.

Gdy górnicy pomyślnie dodadzą nowy blok transakcji do sieci Bitcoin, otrzymują nagrodę za blok w bitcoinach. W początkowych latach Bitcoin nagroda ta wynosiła 50 bitcoinów za blok. Ta nagroda zachęcała ludzi do używania mocy obliczeniowej i energii elektrycznej, aby pomóc zabezpieczyć sieć.

Mniej więcej co 210 000 bloków (czyli co około 4 lata) nagroda za blok jest zmniejszana o połowę. To wydarzenie nazywa się halvingiem. Halving spowalnia tworzenie nowych bitcoinów i pomaga zapewnić, że całkowita podaż nigdy nie przekroczy 21 milionów. Z czasem sprawia to, że bitcoin staje się coraz bardziej rzadki.

Podaż w obiegu odnosi się do całkowitej dostępnej ilości danej waluty. W przypadku Bitcoina całkowita podaż w obiegu to liczba monet, które zostały wykopane i znajdują się w obiegu w danym momencie.

Harmonogram podaży Bitcoina to z góry ustalony i publiczny plan wprowadzania nowych bitcoinów do obiegu, zaprojektowany tak, aby utrzymać rzadkość Bitcoina w czasie.

Po każdym halvingu nagroda w bitcoinach, którą górnicy otrzymują za dodanie bloku, jest zmniejszana o połowę. To zmniejsza tempo tworzenia nowych bitcoinów.

Górnicy nadal zarabiają opłaty transakcyjne z transakcji zawartych w wydobytym przez nich bloku. Z czasem oczekuje się, że opłaty te staną się większą częścią dochodów górników.

Halvingi są wbudowane w protokół Bitcoina i odbywają się automatycznie mniej więcej co cztery lata. Dzięki temu harmonogram podaży Bitcoina jest przewidywalny i przejrzysty.

Tabela przedstawia nadchodzące halvingi, w tym przybliżoną datę, numer bloku, w którym nastąpią, nową nagrodę za blok oraz procent całkowitej podaży bitcoinów, który zostanie już wydobyty.

W miarę wydobywania kolejnych bitcoinów, ilość bitcoinów w obiegu stale rośnie, aż do osiągnięcia maksymalnej podaży 21 000 000 bitcoinów, co przewiduje się na około rok 2140. Ponieważ z czasem powstaje coraz mniej nowych bitcoinów, jeśli popyt wzrośnie, cena Bitcoina może wzrosnąć. To również zachęca górników do dalszego zabezpieczania sieci poprzez udostępnianie swojej mocy obliczeniowej.

Czym jest prawidłowy hash bloku w Bitcoinie?

W sieci Bitcoin górnicy rywalizują, aby znaleźć specjalny kod zwany hashem bloku. Ten kod identyfikuje blok transakcji i pozwala na jego dodanie do łańcucha bloków.

Każdy blok zawiera informacje o ostatnich transakcjach oraz hash poprzedniego bloku. Łączy to wszystkie bloki ze sobą, tworząc łańcuch od pierwszego bloku (Genesis Block) aż do najnowszego.

Hash działa jak cyfrowy odcisk palca dla danych w bloku. Jeśli jakakolwiek informacja w bloku zostałaby zmieniona, odcisk palca również by się zmienił. Dzięki temu każdy może łatwo zweryfikować, że historia transakcji w blockchainie nie została zmieniona, co pomaga utrzymać bezpieczeństwo sieci.

Satoshi Nakamoto, twórca Bitcoina, wydobył Genesis Block, który odblokował łącznie 50 bitcoinów.

Wyścig o wydobycie bloku

Górnicy rywalizują, aby znaleźć prawidłowy hash bloku. Pierwszy górnik, który go znajdzie, może dodać nowy blok do blockchaina i otrzymać nagrodę w bitcoinach.

Aby hash bloku był prawidłowy, musi być niższy od liczby ustalonej przez sieć, zwanej celem trudności. Ponieważ hashe są losowe, górnicy muszą próbować różnych danych wejściowych, aż znajdą odpowiedni wynik.

Jeśli zbyt wielu górników rywalizuje, bloki byłyby znajdowane zbyt szybko. Jeśli zbyt mało górników uczestniczy, znalezienie bloków trwałoby zbyt długo. Aby system działał płynnie, Bitcoin automatycznie dostosowuje poziom trudności co 2 016 bloków (czyli mniej więcej co dwa tygodnie).

To dostosowanie zapewnia, że średnio nowy blok jest dodawany do blockchaina co około 10 minut.

Poziom trudności w kopaniu Bitcoina mierzy, jak trudno jest znaleźć prawidłowy hash bloku. Sieć dostosowuje ten poziom trudności co 2 016 bloków (czyli mniej więcej co dwa tygodnie), aby nowe bloki były dodawane do blockchaina co około 10 minut. Im wyższy poziom trudności, tym trudniej górnikom znaleźć prawidłowy blok.

Znajdując prawidłowy hash bloku, górnik udowadnia, że wykonał pracę wymaganą do dodania nowego bloku do blockchaina. Ten proces nazywa się Proof of Work (PoW). To mechanizm bezpieczeństwa, który pozwala Bitcoinowi potwierdzać transakcje i dodawać nowe bloki do blockchaina. Górnik, który jako pierwszy znajdzie prawidłowy hash, otrzymuje nagrodę w bitcoinach, która obejmuje nagrodę za blok oraz opłaty transakcyjne z transakcji zawartych w tym bloku.

Proof of Work (PoW) pomaga utrzymać bezpieczeństwo Bitcoina, ponieważ sprawia, że próba oszukania lub przejęcia kontroli nad siecią jest niezwykle kosztowna. Zamiast tego znacznie bardziej opłaca się przestrzegać zasad.

Górnicy pełnią cztery główne role:

1. Zbierają transakcje: Górnicy wybierają transakcje przesłane do sieci i umieszczają je w kandydackim bloku.
2. Wykonują Proof of Work: Górnicy rywalizują, aby rozwiązać trudną zagadkę matematyczną, znajdując prawidłowy hash bloku.
3. Rozgłoś blok: Pierwszy górnik, który znajdzie poprawne rozwiązanie, udostępnia nowy blok w sieci.
4. Zarabiaj nagrody: Jeśli blok jest poprawny, zostaje dodany do łańcucha bloków, a górnik otrzymuje nowo utworzone bitcoiny oraz opłaty transakcyjne.

Wielu górników na całym świecie próbuje jednocześnie stworzyć kolejny blok. Gdy jeden z nich znajdzie poprawne rozwiązanie, sieć sprawdza blok. Jeśli wszystko się zgadza, blok zostaje dodany do łańcucha bloków. Inne konkurencyjne bloki są odrzucane. Ten proces utrzymuje zgodność sieci i zapobiega podwójnemu wydawaniu.

• Górnicy to komputery, które pomagają utrzymywać i aktualizować księgę Bitcoin.
• Zbierają transakcje i grupują je w blok. Następnie przepuszczają dane bloku przez algorytm haszujący, aby stworzyć unikalny kod zwany hashem.
• Górnicy powtarzają ten proces wiele razy, szukając hasha, który spełnia zasady Bitcoin. Pierwszy górnik, który znajdzie poprawny hash, otrzymuje nowo utworzone bitcoiny jako nagrodę, a jego blok zostaje dodany do łańcucha bloków.
• Hash każdego bloku łączy go także z poprzednim blokiem. Gdyby ktoś próbował zmienić wcześniejszą transakcję, hashe przestałyby się zgadzać i sieć odrzuciłaby zmieniony łańcuch. To właśnie zapewnia bezpieczeństwo księgi Bitcoin.

mempool, skrót od „memory pool” (pula pamięci), to coś w rodzaju poczekalni dla transakcji Bitcoin. Gdy wysyłasz bitcoiny, Twoja transakcja jest najpierw rozgłaszana w sieci i trafia do mempoola.

Możesz to sobie wyobrazić jak czekanie w kolejce do restauracji. Twoje imię trafia na listę i czekasz, aż zwolni się stolik. W ten sam sposób Twoja transakcja czeka w mempoolu, aż górnik umieści ją w bloku.

Węzły Bitcoin sprawdzają każdą nową transakcję, aby upewnić się, że jest ważna i że bitcoiny, które są wydawane, nie zostały już wcześniej użyte. Jeśli transakcja jest poprawna, pozostaje w mempoolu do momentu potwierdzenia.

Górnicy wybierają transakcje z mempoola i umieszczają je w nowych blokach. Zazwyczaj najpierw wybierane są transakcje z wyższymi opłatami.

Gdy transakcja zostanie umieszczona w bloku, staje się potwierdzona i jest trwale zapisana w łańcuchu bloków Bitcoin.

Aktywność: Odkrywamy Mempool

To ćwiczenie pozwala uczniom zapoznać się z darmowym i otwartym narzędziem, które nie wymaga umiejętności technicznych. Jest przydatne dla wszystkich Bitcoinowców – od początkujących po zaawansowanych.

Najważniejsze informacje

1. Mempool odnosi się do listy niepotwierdzonych transakcji utrzymywanej przez każdy węzeł Bitcoin, a nie do konkretnej usługi czy platformy.
2. Nie istnieje jeden, uniwersalny mempool. Mempool.space to tylko jedno z wielu narzędzi.
3. Mempool.space jest otwartoźródłowy i znany z łatwego w obsłudze, wizualnego eksploratora bloków. Udostępnia dane na żywo o niepotwierdzonych transakcjach, stawkach opłat i innych aktywnościach sieci.

Wskazówka dla ucznia

Mempool.space oferuje znacznie więcej niż tylko wizualizację bloków. Odkrywaj inne części ekosystemu Bitcoina: np. Lightning, kopanie, moc obliczeniową (hash rate), pule oraz „gogle” do analizy przestrzeni bloków.

Teraz, gdy rozumiesz klucze publiczne i prywatne, a także role węzłów i górników, oto jak przebiega transakcja Bitcoin od początku do końca.

1. Adam chce wysłać bitcoiny do Adama. Tworzy transakcję z adresem Adama, kwotą do wysłania oraz opłatą.
2. Adam podpisuje transakcję swoim kluczem prywatnym, aby udowodnić własność.
3. Następnie rozgłasza transakcję w sieci Bitcoin.
4. Węzły ją odbierają i sprawdzają, czy spełnia zasady, w tym weryfikują podpis oraz czy Adam ma wystarczającą ilość bitcoinów.
5. Jeśli jest poprawna, transakcja jest udostępniana w całej sieci i trafia do mempoola, gdzie oczekują niepotwierdzone transakcje.
6. Górnicy wybierają transakcje z mempoola i umieszczają je w bloku, który próbują wydobyć.
7. Gdy górnik pomyślnie wydobędzie blok, jest on udostępniany w sieci i sprawdzany przez inne węzły.
8. Jeśli blok jest poprawny, zostaje dodany do łańcucha bloków. Adam otrzymuje bitcoiny.
9. Wraz z dodawaniem kolejnych bloków, transakcja zyskuje potwierdzenia, co czyni ją bardziej bezpieczną.

Po włączeniu do bloku transakcja jest potwierdzona. Adam nie może ponownie wydać tych bitcoinów, a Adam może wydać to, co otrzymał, w nowej transakcji.

Materiały

How To Setup Bitcoin Core

Obejrzyj ten film o węzłach Bitcoina