Hur fungerar Bitcoin-mining?

I det här avsnittet ska vi titta närmare på två mycket viktiga delar (och deltagare) i Bitcoin-nätverket som först introducerades i Modul 5:

• Bitcoin-noder: Grindvakter för validering vars huvudsakliga uppgift är att hålla en kopia av Bitcoin-huvudboken och att se till att alla transaktioner är giltiga och att alla följer samma regler. Genom att sprida detta ansvar över många människor världen över, förblir Bitcoin starkt mot potentiellt bedrägeri utan att förlita sig på en centraliserad myndighet. Noder hjälper till att hålla systemet pålitligt och troget sitt decentraliserade ideal, där ingen enskild person eller grupp har för mycket makt över resten.
• Bitcoin-grävare: Säkerhetsarkitekter som löser kryptografiska pussel med hjälp av kraftfulla datorer och elektricitet. De kontrollerar och bekräftar transaktioner och ser till att allt är säkert. Deras beräkningsarbete hjälper till att göra huvudboken (eller blockkedjan) motståndskraftig mot illvilliga handlingar genom att göra det dyrt i energitermer att ändra blockkedjan.

Tillsammans arbetar Bitcoin-noder och grävare som ett team för att upprätthålla ett decentraliserat, säkert och starkt system — ett verkligt nytt monetärt system som människor över hela världen kan lita på. Låt oss utforska dessa roller mer i detalj för att förstå hur de bidrar till Bitcoin-protokollet.

Bitcoin-noder kan låta tekniskt, men de är helt enkelt programvara som håller en kopia av Bitcoin-blockkedjan på en dator. Blockkedjan är en gemensam redovisning av alla Bitcoin-transaktioner.

När du kör din egen nod verifierar du Bitcoin-transaktioner själv istället för att lita på någon annan. Det ger dig mer självständighet och hjälper till att hålla Bitcoin-nätverket decentraliserat.

Du kan tänka på en Bitcoin-nod som en digital trafikpolis med några viktiga uppgifter.

1. Den håller en kopia av blockkedjan, vilket är historiken över alla Bitcoin-transaktioner.
2. Noder kopplar upp sig mot andra noder runt om i världen och delar information. Ett exempel är listan över nya transaktioner som väntar på att bekräftas, vilket kallas mempoolen.
3. Noder kontrollerar att varje transaktion följer Bitcoins regler. Om en transaktion är ogiltig, avvisar noden den.

Noder hjälper också nya noder att ansluta till nätverket genom att dela blockkedjan med dem. Men varje ny nod kontrollerar ändå alla regler självständigt.

Vem som helst kan köra en nod genom att installera programvara som Bitcoin Core och ladda ner blockkedjan. När den är igång fortsätter noden att ta emot nya block ungefär var tionde minut och verifierar dem innan de läggs till i dess kopia av blockkedjan.

Att köra en nod hjälper till att göra Bitcoin-nätverket säkrare och mer decentraliserat, eftersom fler personer självständigt verifierar systemet.

Vad är en Bitcoin-nod?

Syftet med mining är inte att skapa nya bitcoin; det är incitamentssystemet. Mining är mekanismen som gör Bitcoins säkerhet decentraliserad.
Andreas M. Antonopoulos

Miners samlar in obekräftade transaktioner, bildar ett block och använder energi för att hitta en nyckel som lägger till och säkrar blocket.

Miners tävlar om att lägga till nästa block av transaktioner till blockkedjan. För att göra detta måste de hitta ett speciellt nummer som skapar en giltig blockhash. Du kan föreställa dig det som att leta efter rätt nyckel bland miljarder möjligheter. Den första minern som hittar rätt hash vinner loppet och får rätten att lägga till sitt block i blockkedjan.

När en miner hittar en giltig hash delar de sitt block med nätverket. Andra miners verifierar snabbt att lösningen är korrekt. Om den är det läggs blocket till i blockkedjan, vilket hjälper till att hålla Bitcoins offentliga huvudbok säker.

Miners tjänar bitcoin på två sätt:

• Blockbelöningar: Nya bitcoin skapas och ges till den miner som lyckas lägga till ett block i blockkedjan.
• Transaktionsavgifter: När folk skickar bitcoin inkluderar de en liten avgift. Den miner som lägger till blocket får avgifterna från transaktionerna som ingår i det blocket.

Bitcoin-halveringar

Miners belöningar för att slutföra ett block halveras var 210 000:e block, ungefär vart fjärde år.

Bitcoin har ett fast maximalt utbud på 21 000 000 bitcoin, men alla skapades inte när Bitcoin startade. Istället introduceras nya bitcoin gradvis i omlopp genom mining.

När miners framgångsrikt lägger till ett nytt block av transaktioner till Bitcoin-nätverket får de en blockbelöning i bitcoin. I Bitcoins tidiga dagar var denna belöning 50 bitcoin per block. Denna belöning uppmuntrade folk att använda datorkraft och elektricitet för att hjälpa till att säkra nätverket.

Ungefär var 210 000:e block (ungefär vart fjärde år) halveras blockbelöningen. Denna händelse kallas halvering. Halveringen saktar ner skapandet av nya bitcoin och hjälper till att säkerställa att det totala utbudet aldrig överstiger 21 miljoner. Med tiden gör detta bitcoin allt mer sällsynt.

Cirkulerande utbud avser den totala tillgängliga mängden av en valuta. För Bitcoin är det totala cirkulerande utbudet det antal mynt som har minerats och är i omlopp vid en given tidpunkt.

Bitcoins utbudsschema är den förutbestämda och offentliga planen för hur nya bitcoin släpps ut i omlopp, utformad för att bevara Bitcoins knapphet över tid.

Efter varje halvering halveras den bitcoin-belöning som miners får för att lägga till ett block. Detta minskar takten på skapandet av nya bitcoin.

Miners tjänar fortfarande transaktionsavgifter från de transaktioner som ingår i blocket de miner. Med tiden förväntas dessa avgifter bli en större del av miners inkomster.

Halveringar är inbyggda i Bitcoin-protokollet och sker automatiskt ungefär vart fjärde år. Tack vare detta är Bitcoins utgivningsschema förutsägbart och transparent.

Tabellen visar kommande halveringar, inklusive ungefärligt datum, blocknummer när de sker, den nya blockbelöningen och procentandelen av den totala bitcoinmängden som har blivit utvunnen.

När fler bitcoin utvinns ökar den cirkulerande mängden tills det maximala antalet på 21 000 000 bitcoin har nåtts, vilket förväntas ske runt år 2140. Eftersom färre nya bitcoin skapas över tid, kan priset på Bitcoin stiga om efterfrågan ökar. Detta uppmuntrar också gruvarbetare att fortsätta säkra nätverket genom att bidra med sin datorkraft.

Vad är en giltig blockhash i Bitcoin?

I Bitcoin tävlar gruvarbetare om att hitta en speciell kod som kallas en blockhash. Denna kod identifierar ett block med transaktioner och gör det möjligt att lägga till det i blockkedjan.

Varje block innehåller information om senaste transaktionerna och inkluderar även hashvärdet från föregående block. Detta länkar samman varje block och bildar en kedja från det allra första blocket (Genesis Block) till det senaste.

En hash fungerar som ett digitalt fingeravtryck för datan i blocket. Om någon information i blocket skulle ändras, skulle fingeravtrycket också ändras. Detta gör det enkelt för vem som helst att verifiera att blockkedjans transaktionshistorik inte har manipulerats och hjälper till att hålla nätverket säkert.

Satoshi Nakamoto, skaparen av Bitcoin, utvann Genesis Block, vilket låste upp totalt 50 bitcoin.

Kapplöpningen om att utvinna ett block

Gruvarbetare tävlar om att hitta en giltig blockhash. Den första gruvarbetaren som hittar en får lägga till det nya blocket i blockkedjan och ta emot en bitcoinbelöning.

För att vara giltig måste blockets hash vara lägre än ett tal som nätverket bestämmer, kallat svårighetsgränsen. Eftersom hashvärden är slumpmässiga måste gruvarbetarna fortsätta att prova olika indata tills de hittar en som fungerar.

Om för många gruvarbetare tävlar skulle block hittas för snabbt. Om för få deltar skulle det ta för lång tid att hitta block. För att hålla systemet igång smidigt justerar Bitcoin automatiskt svårighetsgraden var 2 016:e block (ungefär varannan vecka).

Denna justering säkerställer att det i genomsnitt läggs till ett nytt block i blockkedjan ungefär var tionde minut.

Svårighetsgradensvårighetsgrad i Bitcoin-mining mäter hur svårt det är att hitta en giltig blockhash. Nätverket justerar denna svårighetsgrad var 2 016:e block (ungefär varannan vecka) så att nya block läggs till i blockkedjan ungefär var tionde minut. Ju högre svårighetsgrad, desto svårare är det för gruvarbetare att hitta en giltig block.

Genom att hitta en giltig blockhash bevisar en gruvarbetare att de har utfört det arbete som krävs för att lägga till ett nytt block i blockkedjan. Denna process kallas Proof of Work (PoW). Det är säkerhetsmekanismen som gör det möjligt för Bitcoin att bekräfta transaktioner och lägga till nya block i blockkedjan. Den gruvarbetare som först hittar den giltiga hashen får en belöning i bitcoin, vilket inkluderar blockbelöningen och transaktionsavgifterna från de transaktioner som ingår i blocket.

Proof of Work (PoW) hjälper till att hålla Bitcoin säkert genom att göra det extremt dyrt för någon att försöka fuska eller ta kontroll över nätverket. Istället är det mycket mer lönsamt att följa reglerna.

Gruvarbetare har fyra huvudroller:

1. Samla in transaktioner: Gruvarbetare väljer transaktioner som har skickats till nätverket och placerar dem i ett kandidatblock.
2. Utföra Proof of Work: Gruvarbetare tävlar om att lösa ett svårt matematiskt problem genom att hitta en giltig blockhash.
3. Sänd ut blocket: Den första minern som hittar en giltig lösning delar det nya blocket med nätverket.
4. Tjäna belöningar: Om blocket är giltigt läggs det till i blockkedjan och minern får nyskapade bitcoin samt transaktionsavgifter.

Många miners runt om i världen försöker skapa nästa block samtidigt. När en miner hittar en giltig lösning kontrollerar nätverket blocket. Om allt är korrekt läggs det till i blockkedjan. Andra konkurrerande block kasseras. Denna process håller nätverket överens och förhindrar dubbelspendering.

• Miners är datorer som hjälper till att underhålla och uppdatera Bitcoins huvudbok.
• De samlar in transaktioner och grupperar dem i ett block. Sedan kör de blockets data genom en hash-algoritm för att skapa en unik kod som kallas en hash.
• Miners upprepar denna process många gånger och letar efter en hash som uppfyller Bitcoins regler. Den första minern som hittar en giltig hash får nyskapade bitcoin som belöning, och deras block läggs till i blockkedjan.
• Varje blocks hash kopplar också ihop det med föregående block. Om någon försökte ändra en tidigare transaktion skulle hasharna inte längre stämma, och nätverket skulle avvisa den ändrade kedjan. Det är detta som håller Bitcoins huvudbok säker.

Den mempoolen, en förkortning av “memory pool”, är som ett väntrum för Bitcoin-transaktioner. När du skickar bitcoin sänds din transaktion först ut till nätverket och placeras i mempoolen.

Du kan tänka på det som att vänta i kö på en restaurang. Ditt namn hamnar på en lista, och du väntar tills ett bord blir ledigt. På samma sätt väntar din transaktion i mempoolen tills en miner inkluderar den i ett block.

Bitcoin-noder kontrollerar varje ny transaktion för att säkerställa att den är giltig och att de bitcoin som spenderas inte redan har använts. Om transaktionen är giltig stannar den i mempoolen tills den bekräftas.

Miners väljer transaktioner från mempoolen och inkluderar dem i nya block. Vanligtvis väljs transaktioner med högre avgifter först.

När en transaktion har inkluderats i ett block blir den bekräftad och registreras permanent på Bitcoin-blockkedjan.

Aktivitet: Utforska mempoolen

Denna aktivitet introducerar elever till ett gratis och öppen källkods-verktyg som inte kräver tekniska kunskaper. Det är användbart för Bitcoin-användare på alla nivåer, från nybörjare till erfarna.

Viktiga punkter

1. Mempoolen syftar på listan över obekräftade transaktioner som varje Bitcoin-nod underhåller, inte en specifik tjänst eller plattform.
2. Det finns ingen enskild, universell mempool. Mempool.space är en av många.
3. Mempool.space är öppen källkod och välkänd för att vara en lättanvänd visuell blockutforskare. Den ger realtidsdata om obekräftade transaktioner, avgiftsnivåer och annan nätverksaktivitet.

Tips till elever

Mempool.space gör mycket mer än att visualisera block. Utforska andra delar av Bitcoin-ekosystemet: t.ex. Lightning, mining, hash rate, pooler och blockutrymmets "glasögon".

Nu när du förstår publika och privata nycklar, samt rollerna för noder och miners, så här fungerar en Bitcoin-transaktion från början till slut.

1. Adam vill skicka bitcoin till Gustav. Han skapar en transaktion med Gustavs adress, beloppet som ska skickas och en avgift.
2. Adam signerar transaktionen med sin privata nyckel för att bevisa ägarskap.
3. Han sänder ut transaktionen till Bitcoin-nätverket.
4. Noder tar emot den och kontrollerar att den följer reglerna, inklusive att verifiera signaturen och att Adam har tillräckligt med bitcoin.
5. Om den är giltig delas transaktionen över nätverket och läggs till i mempoolen, där väntande transaktioner ligger.
6. Miners väljer transaktioner från mempoolen och inkluderar dem i ett block de försöker mina.
7. När en miner lyckas mina ett block delas det med nätverket och kontrolleras av andra noder.
8. Om det är giltigt läggs blocket till i blockkedjan. Gustav tar emot bitcoinen.
9. När fler block läggs till får transaktionen fler bekräftelser, vilket gör den säkrare.

När transaktionen har inkluderats i ett block är den bekräftad. Adam kan inte spendera den bitcoinen igen, och Gustav kan använda det han fått i en ny transaktion.

Resurser

How To Setup Bitcoin Core

Titta på den här videon om Bitcoin-noder