Как работает майнинг биткоина?

В этом разделе мы подробнее рассмотрим две очень важные части (и участников) сети Bitcoin, которые впервые были представлены в Модуле 5:

• Узлы Bitcoin: Стражи проверки, чья основная задача — хранить копию реестра Bitcoin и следить за тем, чтобы все транзакции были действительными и чтобы все соблюдали одни и те же правила. Благодаря тому, что эта задача распределена между многими людьми по всему миру, Bitcoin остаётся устойчивым к возможному мошенничеству без необходимости полагаться на централизованный орган. Узлы помогают поддерживать доверие к системе и верность её децентрализованной природе, где ни один человек или группа не имеют слишком большой власти над остальными.
• Майнеры Bitcoin: Архитекторы безопасности, которые решают криптографические задачи с помощью мощных компьютеров и электроэнергии. Они проверяют и подтверждают транзакции, обеспечивая безопасность системы. Их вычислительная работа помогает сделать реестр (или блокчейн) устойчивым к злоумышленникам, поскольку изменение блокчейна становится очень затратным с точки зрения энергии.

Вместе узлы и майнеры Bitcoin работают как команда, поддерживая децентрализованную, безопасную и надёжную систему — по-настоящему новую денежную систему, на которую люди по всему миру могут положиться. Давайте подробнее рассмотрим эти роли, чтобы понять, как они способствуют работе протокола Bitcoin.

Узлы Bitcoin могут звучать технически сложно, но на самом деле это просто программное обеспечение, которое хранит копию блокчейна Bitcoin на компьютере. Блокчейн — это общий реестр всех транзакций Bitcoin.

Когда вы запускаете свой собственный узел, вы самостоятельно проверяете транзакции Bitcoin, а не доверяете это кому-то другому. Это дает вам больше независимости и помогает сохранять децентрализованность сети Bitcoin.

Вы можете представить себе узел Bitcoin как цифрового регулировщика движения с несколькими важными задачами.

1. Он хранит копию блокчейна, который является историей всех транзакций Bitcoin.
2. Узлы соединяются с другими узлами по всему миру и обмениваются информацией. Например, они делятся списком новых транзакций, ожидающих подтверждения, который называется мемпулом.
3. Узлы проверяют, что каждая транзакция соответствует правилам Bitcoin. Если транзакция недействительна, узел ее отклоняет.

Узлы также помогают новым узлам присоединиться к сети, делясь с ними блокчейном. Однако каждый новый узел все равно самостоятельно проверяет все правила.

Любой человек может запустить узел, установив программное обеспечение, такое как Bitcoin Core, и скачав блокчейн. После настройки узел продолжает получать новые блоки примерно каждые 10 минут и проверяет их перед добавлением в свою копию блокчейна.

Запуск узла помогает сделать сеть Bitcoin более безопасной и децентрализованной, потому что больше людей независимо проверяют систему.

Что такое узел Bitcoin?

Цель майнинга — не создание новых bitcoin; это лишь система поощрения. Майнинг — это механизм, с помощью которого обеспечивается децентрализация безопасности Bitcoin.
Андреас М. Антонопулос

Майнеры собирают неподтвержденные транзакции, формируют блок и используют энергию, чтобы найти ключ, который добавляет и защищает блок.

Майнеры соревнуются за право добавить следующий блок транзакций в блокчейн. Для этого им нужно найти особое число, которое создаёт допустимый хеш блока. Это можно представить как поиск правильного ключа среди миллиардов вариантов. Первый майнер, который находит правильный хеш, выигрывает гонку и получает право добавить свой блок в блокчейн.

Когда майнер находит допустимый хеш, он делится своим блоком с сетью. Другие майнеры быстро проверяют, верно ли решение. Если да, блок добавляется в блокчейн, помогая защищать публичный реестр Bitcoin.

Майнеры зарабатывают bitcoin двумя способами:

• Награды за блок: Новые bitcoin создаются и выдаются майнеру, который успешно добавил блок в блокчейн.
• Комиссии за транзакции: Когда люди отправляют bitcoin, они включают небольшую комиссию. Майнер, который добавляет блок, получает комиссии с транзакций, включённых в этот блок.

Халвинг Bitcoin

Награды майнеров за завершение одного блока уменьшаются вдвое каждые 210 000 блоков, примерно раз в четыре года.

У Bitcoin есть фиксированный максимальный объём — 21 000 000 bitcoin, но все они не были созданы при запуске Bitcoin. Вместо этого новые bitcoin постепенно вводятся в обращение через майнинг.

Когда майнеры успешно добавляют новый блок транзакций в сеть Bitcoin, они получают награду за блок в bitcoin. В первые годы существования Bitcoin эта награда составляла 50 bitcoin за блок. Эта награда стимулировала людей использовать вычислительную мощность и электричество для защиты сети.

Примерно каждые 210 000 блоков (примерно каждые 4 года) награда за блок уменьшается вдвое. Это событие называется халвингом. Халвинг замедляет создание новых bitcoin и помогает гарантировать, что общее предложение никогда не превысит 21 миллион. Со временем это делает bitcoin всё более дефицитным.

Оборотное предложение означает общее доступное количество валюты. В случае Bitcoin общее оборотное предложение — это количество монет, которые были добыты и находятся в обращении в любой момент времени.

График предложения Bitcoin — это заранее определённый и публичный план выпуска новых bitcoin в обращение, созданный для поддержания дефицитности Bitcoin со временем.

После каждого события халвинга награда в bitcoin, которую майнеры получают за добавление блока, уменьшается вдвое. Это снижает скорость создания новых bitcoin.

Майнеры по-прежнему получают комиссии за транзакции, включённые в добытый ими блок. Со временем ожидается, что комиссии станут большей частью дохода майнеров.

Халвинги заложены в протокол Bitcoin и происходят автоматически примерно каждые четыре года. Благодаря этому график эмиссии Bitcoin предсказуем и прозрачен.

В таблице показаны предстоящие халвинги, включая приблизительную дату, номер блока, когда они происходят, новое вознаграждение за блок и процент от общего объёма биткоинов, который уже будет добыт.

По мере добычи новых биткоинов их обращение увеличивается, пока не будет достигнут максимальный объём в 21 000 000 биткоинов, что ожидается примерно к 2140 году. Поскольку со временем создаётся всё меньше новых биткоинов, при росте спроса цена Bitcoin может увеличиваться. Это также стимулирует майнеров продолжать обеспечивать безопасность сети, предоставляя свои вычислительные мощности.

Что такое допустимый хэш блока в Bitcoin?

В Bitcoin майнеры соревнуются, чтобы найти специальный код, называемый хэш блока. Этот код идентифицирует блок транзакций и позволяет добавить его в блокчейн.

Каждый блок содержит информацию о последних транзакциях, а также включает хэш предыдущего блока. Это связывает все блоки между собой, формируя цепочку от самого первого блока (Генезис-блока) до самого последнего.

Хэш работает как цифровой отпечаток пальца для данных в блоке. Если какая-либо информация в блоке изменится, отпечаток тоже изменится. Это позволяет любому легко проверить, что история транзакций в блокчейне не была изменена, и помогает поддерживать безопасность сети.

Сатоси Накамото, создатель Bitcoin, добыл Генезис-блок, который открыл в общей сложности 50 биткоинов.

Гонка за добычу блока

Майнеры соревнуются, чтобы найти допустимый хэш блока. Первый майнер, который его найдёт, получает право добавить новый блок в блокчейн и получить награду в биткоинах.

Чтобы быть допустимым, хэш блока должен быть меньше числа, установленного сетью, которое называется целевым уровнем сложности. Поскольку хэши случайны, майнеры должны постоянно пробовать разные входные данные, пока не найдут подходящий.

Если слишком много майнеров участвует, блоки будут находиться слишком быстро. Если майнеров слишком мало, на поиск блоков будет уходить слишком много времени. Чтобы система работала стабильно, Bitcoin автоматически корректирует сложность каждые 2 016 блоков (примерно каждые две недели).

Эта корректировка обеспечивает добавление нового блока в блокчейн в среднем каждые 10 минут.

уровень сложности в майнинге Bitcoin измеряет, насколько сложно найти допустимый хэш блока. Сеть корректирует этот уровень сложности каждые 2 016 блоков (примерно каждые две недели), чтобы новые блоки добавлялись в блокчейн примерно каждые 10 минут. Чем выше сложность, тем труднее майнерам найти допустимый блок.

Находя допустимый хэш блока, майнер доказывает, что выполнил необходимую работу для добавления нового блока в блокчейн. Этот процесс называется Доказательство работы (Proof of Work, PoW). Это механизм безопасности, который позволяет Bitcoin подтверждать транзакции и добавлять новые блоки в блокчейн. Майнер, который первым найдёт допустимый хэш, получает награду в биткоинах, которая включает вознаграждение за блок и комиссии за транзакции, включённые в этот блок.

Доказательство работы (PoW) помогает поддерживать безопасность Bitcoin, делая попытки обмана или захвата сети чрезвычайно дорогими. Вместо этого гораздо выгоднее следовать правилам.

Майнеры выполняют четыре основные роли:

1. Собирают транзакции: Майнеры выбирают транзакции, отправленные в сеть, и помещают их в кандидатный блок.
2. Выполняют доказательство работы: Майнеры соревнуются в решении сложной математической задачи, находя допустимый хэш блока.
3. Передать блок: Первый майнер, который находит правильное решение, делится новым блоком с сетью.
4. Получить вознаграждение: Если блок действителен, он добавляется в блокчейн, а майнер получает вновь созданные биткоины и комиссию за транзакции.

Многие майнеры по всему миру одновременно пытаются создать следующий блок. Когда один из майнеров находит правильное решение, сеть проверяет блок. Если всё верно, он добавляется в блокчейн. Другие конкурирующие блоки отклоняются. Этот процесс поддерживает согласие в сети и предотвращает двойные траты.

• Майнеры — это компьютеры, которые помогают поддерживать и обновлять реестр Bitcoin.
• Они собирают транзакции и группируют их в блок. Затем они пропускают данные блока через алгоритм хеширования, чтобы создать уникальный код, называемый хешем.
• Майнеры многократно повторяют этот процесс, в поисках хеша, который соответствует правилам Bitcoin. Первый майнер, который находит подходящий хеш, получает вновь созданные биткоины в качестве награды, и его блок добавляется в блокчейн.
• Хеш каждого блока также связывает его с предыдущим блоком. Если кто-то попытается изменить прошлую транзакцию, хеши больше не будут совпадать, и сеть отклонит изменённую цепочку. Именно это обеспечивает безопасность реестра Bitcoin.

мемпул, сокращённо от «memory pool» (пул памяти), похож на зал ожидания для транзакций в сети Биткоин. Когда вы отправляете биткоины, ваша транзакция сначала транслируется в сеть и помещается в мемпул.

Можно представить это как очередь в ресторане. Ваше имя вносится в список, и вы ждёте, пока освободится столик. Точно так же ваша транзакция ожидает в мемпуле, пока майнер не включит её в блок.

Узлы Биткоина проверяют каждую новую транзакцию, чтобы убедиться, что она действительна и что биткоины, которые тратятся, ещё не были использованы. Если транзакция действительна, она остаётся в мемпуле до подтверждения.

Майнеры выбирают транзакции из мемпула и включают их в новые блоки. Обычно в первую очередь выбираются транзакции с более высокой комиссией.

Как только транзакция включена в блок, она считается подтверждённой и навсегда записывается в блокчейн Биткоина.

Задание: Изучаем мемпул

Это задание знакомит студентов с бесплатным и открытым инструментом, для использования которого не требуются технические навыки. Он полезен для биткоинеров любого уровня — от новичков до опытных пользователей.

Ключевые моменты

1. Мемпул — это список неподтверждённых транзакций, который поддерживается каждым узлом Биткоина, а не какой-то отдельной службой или платформой.
2. Не существует единого, универсального мемпула. Mempool.space — лишь один из многих.
3. Mempool.space — это открытый и хорошо известный визуальный блок-эксплорер, которым легко пользоваться. Он предоставляет данные в реальном времени о неподтверждённых транзакциях, комиссиях и другой активности сети.

Совет студенту

Mempool.space умеет не только визуализировать блоки. Изучите и другие части экосистемы Биткоина: например, Lightning, майнинг, хешрейт, пулы и «очки» для просмотра блоков.

Теперь, когда вы понимаете, что такое публичные и приватные ключи, а также роли узлов и майнеров, вот как проходит транзакция в сети Биткоин от начала до конца.

1. Адам хочет отправить биткоины Герману. Он создаёт транзакцию с адресом Германа, суммой для отправки и комиссией.
2. Адам подписывает транзакцию своим приватным ключом, чтобы доказать право собственности.
3. Он отправляет транзакцию в сеть Биткоин.
4. Узлы принимают её и проверяют, соответствует ли она правилам, включая проверку подписи и наличие у Адама достаточного количества биткоинов.
5. Если всё верно, транзакция распространяется по сети и добавляется в мемпул, где ожидают неподтверждённые транзакции.
6. Майнеры выбирают транзакции из мемпула и включают их в блок, который пытаются добыть.
7. Когда майнер успешно добывает блок, он распространяется по сети и проверяется другими узлами.
8. Если блок действителен, он добавляется в блокчейн. Герман получает биткоины.
9. По мере добавления новых блоков транзакция получает подтверждения, что делает её более защищённой.

После включения в блок транзакция считается подтверждённой. Адам больше не может потратить эти биткоины, а Герман может использовать полученные средства в новой транзакции.

Ресурсы

How To Setup Bitcoin Core

Посмотрите это видео о Биткоин-узлах