Майнеры как работают в биткоин
Как работает майнинг Bitcoin: самое простое объяснение
13 мая курс ВТС обвалился, когда Илон Маск объявил, что Tesla больше не принимает Bitcoin: мол, майнинг неэкологичен. Почему майнинг Bitcoin потребляет столько энергии — и как он вообще работает? Объясняем простым языком.
Каждые 10 минут — по загадке
Возможно, вы удивитесь, но в основе процесса майнинга биткоина лежит разгадывание загадок. Задачи задает система, а решают их майнеры — вернее, мощные вычислительные устройства.
Мы не будем вдаваться в подробности того, как устроены эти загадки: скажем лишь, что майнерам нужно найти число, удовлетворяющее определенным требованиям. Причем просто решить задачу, как уравнение, нельзя: нужно перебрать миллионы потенциальных решений и транслировать их другим майнерам, чтобы они проверили их на правильность.
Загадочный создатель Bitcoin Сатоши Накамото наладил систему таким образом, что решение криптографической задачи требует огромных вычислительных усилий, зато проверка на правильность совершается очень просто. Когда все майнеры в сети согласятся, что найденное число — правильное, новый блок присоединяется к сети — а система тут же выдает новую загадку. В среднем это происходит каждые 10 минут.
Данный алгоритм называется Proof-of-Work (PoW), то есть «доказательство работы». Понимать это можно так: транслируя потенциальные решения в сеть, майнер доказывает, что совершил вычислительную работу.
Тот, кто первым найдет заветное число — вернее, тот, чье решение первым признают правильным остальные, — получает в награду биткоины. В 2021 г. награда за блок составляет 6,25 ВТС.
Три загадочных слова: хешрейт, сложность и асики
Заработок майнера во многом зависит от производительности оборудования. Чем больше решений в секунду выдает машина, тем больше вероятность, что одно из них окажется правильным. Это количество потенциальных решений (хешей) за единицу времени называется хешрейт и отражает вычислительную мощность устройства. А хешрейт сети — это суммарная мощность всех одновременно работающих майнеров (кстати, майнер — это и машина, и человек, занимающийся майнингом).
На протяжении последних 10 лет хешрейт сети Bitcoin постепенно рос. Казалось бы: если все майнеры трудятся над одной и той же задачей, то с ростом их числа (т. е. суммарного хешрейта) нужно будет все меньше времени, чтобы найти решение. А вот и нет: сложность задач тоже повышается, так что в среднем на решение нужны все те же 10 минут. И наоборот: если много майнеров вдруг покинут сеть, сложность вскоре автоматически упадет.
На заре развития Bitcoin сложность была такой низкой, что майнить ВТС можно было на обычном компьютере. Теперь же для этого используются специальные устройства: ASIC, или Application Specific Integrated Circuit, что означает «интегральная схема особого назначения». Это микрочип, способный выполнять только один вид вычислений — зато крайне эффективно.
Проблема энергопотребления
Хешрейт современных «асиков» исчисляется в терахешах в секунду, то есть в триллионах хешей (решений). Для такой мощности эти устройства очень эффективны: один ASIC потребляет в разы меньше электричества, чем набор видеокарт (GPU) с таким же суммарным хешрейтом.
Проблему можно обозначить так: сеть Bitcoin хорошо защищена от атак и манипуляций потому, что все майнеры должны прийти к консенсусу и совершить работу. Однако тот факт, что все они соревнуются в решении одной задачи, приводит к гигантской затрате ресурсов.
В этом парадокс алгоритма Proof-of-Work, и майнинг Bitcoin останется затратным до тех пор, пока не будет намайнена последняя монета — предположительно в 2140 г.
Стоит ли игра свеч?
Напоследок затронем интереснейшую тему доходности майнинга. С точки зрения обычных пользователей, главная функция майнеров — подтверждать транзакции (за что они получают комиссию), объединять их в блоки и присоединять к цепочке.
11 месяцев, чтобы отбить первоначальную инвестицию — это много. Пожалуй, самый ценный вывод для обычного пользователя заключается в том, что майнинг — вовсе не легкий способ разбогатеть, каким его часто изображают. Напротив, это очень затратный вид деятельности, в котором профит никогда не гарантирован.
В качестве альтернативы майнингу ВТС на асиках часто предлагается майнинг других PoW-криптовалют на GPU (видеокартах). Действительно, сложность добычи таких монет, как Monero (XMR) или Ravencoin (RVN), во много раз ниже, чем у Bitcoin. Но не все так радужно с GPU-майнингом:
Информация о криптовалютах в интернете зачастую некорректна или слишком запутана. Чтобы пользователям было легче сделать первые шаги, портал MyFin и регулируемая криптобиржа FREE2EX запустили данную серию статей, которые помогут новичкам разобраться, где в криптоиндустрии правда, а где — просто громкие заявления. Не пропустите следующую публикацию!
Деятельность, связанная со сделками (операциями) с токенами, связана с высоким уровнем риска полной потери денежных средств и иных объектов гражданских прав (инвестиций), переданных в обмен на токены. Правовое регулирование сделок с токенами не имеет единообразного подхода, и последствия совершения таких сделок могут иметь разную правовую оценку в различных государствах.
Данная статья не является консультацией или руководством, а создана в качестве информационно-просветительского материала.
*Партнерский материал. ООО «Пиксель Интернет» УНП: 590995582
Процесс майнинга Биткоинов: как это работает?
Добыча цифровых денег имеет децентрализованный характер, то есть не контролируется единым центром, что гарантирует безопасность и надёжность системы. В чём особенности майнинга? Как это работает? Какую функцию выполняют майнеры, и для чего это необходимо? Рассмотрим эти нюансы подробнее.
Суть процесса майнинга Биткоинов — общие положения
Виртуальная монета Bitcoin отличается децентрализацией, анонимностью и высокой скоростью транзакций (переводов). Для столь сложной системы требуются большие ресурсы в виде вычислительных мощностей, участвующих в создании новых блоков и обеспечивающих ее развитие. Их источник — простые пользователи, которые подключают оборудование к Биткоин-сети и участвуют в процессе майнинга криптовалюты.
Операции с Bitcoin фиксируются в так называемом логе транзакций, который доступен каждому участнику сети. Майнеры с помощью имеющегося оборудования из миллиона вариантов выбирают один хэш, позволяющий сформировать новый элемент криптовалютной цепи. Как только цель достигнута, и блок готов, участник получает премию в 12,5 BTC (на 2018 год). Если над поиском хэша трудился один майнер, добыча достается только ему. При нахождении ключа пулом (группой участников), вознаграждение делится с учетом переданной в сеть мощности.
Суть процесса майнинга Биткоинов сводится к получению упомянутой премии. В 2009 году, когда был выпущен первый BTC, размер выплат составлял 50 Bitcoin. В 2012-м этот параметр уменьшился двое (25 BTC), в 2016-м — ещё в два раза (12 BTC) и так далее. Создателем криптовалюты (Сатоши Накамото) заложено, что снижение премии происходит раз в 4 года, и следующее изменение произойдет в 2020 году, когда за 1 блок будет начисляться только 6,25 монет.
При этом задача майнера неизменна — поиск единого ключа, который формируется из следующих элементов:
Майнеры обеспечивают проверку валидности проводимых транзакций. Именно они поддерживают работоспособность сети путем вычисления хэшей блоков. Такие ключи не позволяют менять информацию в элементе цепи, что исключает его подделку в будущем. Хэш блока имеет конкретные функции, а его поиск занимает определенное время (около 10 минут). Применяемое оборудование перебирает миллионы комбинаций, прежде чем найти подходящее значение. Далее происходит верификация ключа (подтверждение), в котором участвуют все майнеры. Такая работа необходима — именно в ней заключается смысл добычи Биткоина и других виртуальных монет.
Рассмотренный процесс майнинга называется Proof-To-Work, что в переводе с английского означает «подтвержденная работа». Применение этого алгоритма приводит к росту сложности виртуальной сети (об этом упоминалось выше). В борьбе за вознаграждение майнеры покупают более мощное оборудование и тратят больше электроэнергии для добычи очередного блока. Получается, что каждый Биткоин имеет под собой материальную основу (затраты майнера).
Чем больше ресурсов расходуется, тем быстрее добывается монета, и тем активнее растёт сложность её майнинга. На 15 мая 2018 года этот показатель составляет 4,14 ТХ/с. Для сравнения 1 января 2017 года она был равен 317,6 ГХ/с. Это значит, что менее чем за 1,5 года, сложность увеличилась в 13 раз.
Как работает майнинг Биткоинов?
Добыча криптовалюты (майнинг) подразумевает подтверждение проведённых транзакций путём их включения в цепочку блокчейн. Благодаря такому процессу обеспечивается правильный порядок транзакций в сети. Майнеры, по сути, выступают в роли аудиторов. Они проверяют проведенные операции на валидность путем создания новых блоков. В результате их действий система развивается и исключается риск двойного расходования криптовалюты, когда одни и те же монеты тратятся несколько раз.
К примеру, в обычной жизни человек отдаёт 100 рублей и получает взамен мороженое. Он передает купюру и получает за неё товар. В случае с виртуальными деньгами ситуация обстоит иным образом. Существует риск, что владелец сумел подделать деньги и отправить их другому человеку, оставив при себе настоящую валюту. Майнеры проверяют валидность транзакций, чтобы исключить двойное расходование средств, за что получают деньги (премию).
Рассмотрим, как работает майнинг Биткоинов. Для получения вознаграждения требуется выполнение таких условий:
Структура хэша
Из сказанного ясно, что майнинг Биткоинов — работа, направленная на поиск ключа и выпуск нового блока. Но в чем сущность хэша? Допустим ситуацию, когда перед группой людей ставится задача отгадать число от одного до ста. Каждый участник опроса поочередно высказывает свое мнение. Выигрывает тот, кто правильно указал задуманную цифру и сделал это первым.
Похожий принцип работает и в майнинге. Если необходимое число одновременно угадывает два или более участников сети (такое также бывает), вознаграждение получает все равно один — тот, который принес больше пользы, то есть подтвердил большее число переводов в криптовалютной сети.
В отличие от приведенного примера, майнеры угадывают 64-значное число, которое зашифрована в 16-тиричной системе исчисления. Это значит, что для поиска варианта потребуется большие вычислительные мощности — специальное оборудование, а именно процессоры, видеокарты, асики и другие устройства.
Что используется для майнинга?
Первые 1–1,5 года после создания криптовалюта BTC не пользовалась спросом, а сложность сети позволяла добывать виртуальные деньги с помощью центральных процессоров CPU. Значительный рост сложности произошел в 2010 году, появился интерес к криптовалюте, и началась «гонка» майнеров в вопросе применяемого оборудования.
В конце 2010 года все больше участников сети переходило на видеокарты (GPU), что привело к постепенному вытеснению центральных процессоров. Их применение стало нерентабельным. Простая видеокарта выдавала в десятки раз большую мощность, чем несколько дорогих процессоров. Главным недостатком GPU была высокая цена, что слегка задержало эпоху CPU до 2011 года.
Осенью 2010 года появился первый пул (сегодня известен, как Slush Pool). В начале января его мощность составляла 10 ГХ/с, что на тот период было огромным показателем. В феврале 2011-го курс Биткоина совершил очередной скачок, что привело к новому всплеску популярности майнинга среди участников сети. Добыча BTC приносила большую прибыль, что привело к более частому применению GPU и активизации производителей. На этом фоне возрастала и сложность добычи криптовалюты, которая к 2011 году достигла отметки в 16,3 КХ/с.
До 2012 года видеокарты были наиболее популярным оборудованием, применяемым для майнинга криптовалюты, но после снижения премии за блок (до 25 монет) доходы участников сети также упали. Какой-то период применялись FPGA-чипы, которые отличались неплохой производительностью, но из-за высокой цены быстро вышли из обихода. Их сменили фермы на видеокартах, которые комплектовались от 4 и более GPU, а с 2014 года началась эпоха асиков, которая продолжается и сегодня. Преимущество таких устройств заключается в лучшей производительности, надежности и быстрее окупить расходы (в среднем за 6–8 месяцев).
Вывод прост. Единственное оборудование, которое гарантирует окупаемость майнинга в 2018 году — ASIC-майнеры. Такие устройства имеют мощность до 18 ТХ/с, чего достаточно для быстрого поиска хэша. В составе аппарата лежат специальные чипы, обеспечивающие высокую скорость подбора вариантов ключа. Первый майнер (пул), который генерирует необходимый ключ, получает вознаграждение в виде криптовалюты.
Чтобы увеличить шансы на поиск хэша, можно воспользоваться одним из следующих путей:
Как происходит процесс майнинга Биткоинов — начало заработка
Добыча Bitcoin доступна каждому человеку, годовому инвестировать от 2–3 тысяч долларов и больше на покупку оборудования и запуск собственной фермы. Но знания, как это работает, недостаточно — важно представлять процесс майнинга Биткоинов. Здесь майнеру придется пройти следующие шаги.
Важно понимать, что с ростом популярности криптовалюты, активизируются и производители асиков. На рынке появляется все более мощное оборудование, что делает майнинг затруднительным без серьёзных инвестиций и вносит элемент риска в работу участника сети. Купленная техника быстро устаревает и теряет эффективность. Это значит, что расчёт окупаемости важно осуществлять с оглядкой на тенденции в криптовалютной сети, а также возможность будущей оптимизации применяемого оборудования.
Как работает майнинг Биткоина, смотрите в видео ниже:
Bitcoin: основные принципы майнинга
(источник)
Про Bitcoin (BTC) на Хабре писали много (в последнее время даже чересчур много). Как он работает, об интересе к нему со стороны правительства и спецслужб. Биткойн не раз пытались похоронить и затем откопать назад. Даже проводили экскурсии на страусиную ферму. Но как-то, глядя на это, не складывалось целостной картины.
Я постараюсь отчасти восполнить этот пробел и изложить в нескольких постах основные принципы и историю того, как добывались и добываются биткойны. Преимущественно внимание будет уделяться технологической стороне вопроса, а не громким скандалам в мире медиа и политики. Также, я постараюсь избежать повторения того, о чем уже писалось не раз.
В этот раз речь пойдет об общих принципах майнинга.
UPD: с матчастью как работает сам биткоин можно ознакомиться тут.
Bitcoin mining: «кто все эти люди?»
Для начала попробуем ответить на вопрос, а кто, собственно, занимается добычей биткоинов. Ниже перечислены основные категории людей, добывавших или добывающих биткоины, с учетом хронологии их появления на сцене.
1) Школьники и студенты, имеющие доступ к дешевому (или вовсе бесплатному) электричеству и hardware, за счет своих родителей и университетов.
2) Геймеры, использующие свои игровые ПК для добычи биткоинов в перерывах между компьютерными баталиями.
3) Гики, покупающие несколько ПК для майнинга, и которых обычно останавливает только исчерпание ресурсов электроснабжения/охлаждения/свободного места (ну или терпения родных и соседей)
4) Хакеры, развертывающие ботнеты и использующие для майнинга украденные вычислительные мощности.
5) Сообщества, организующиеся для совместной покупки оборудования и добычи биткоинов, с последующим разделением полученной выгоды.
6) Компании, которым удалось получить финансирование от энтузиастов, через аналог IPO на онлайн-биржах, ведущих торги за bitcoin. Такие компании разрабатывают специализированное hardware (ASIC) для последующей добычи bitcoin и распределяют дивиденды.
Как видно, довольно разношерстная компания.
Добыча Bitcoin
55% всех BTC уже добыто и, по прогнозам, эта цифра достигнет 99% к 2032 году.
Периодически, через каждые 2016 добытых блоков, происходит корректировка сложности их добычи. Корректировка основывается на скорости добычи в последний период и нужна для сохранения среднего интервала добычи блоков у отметки в 10 минут.
Если количество компьютеров, занятых одновременной добычей биткоинов, в целом растет, то ежедневная награда (равная 24*6*25 = 3600 BTC) остается неизменной. А значит, на каждый компьютер приходится всё меньшая доля общего «пирога».
Добыча биткоинов имеет смысл только до тех пор, пока стоимость добытых BTC превосходит затраты на оборудование и электроэнергию. Т.к. сложность добычи BTC неуклонно увеличивается, да и курс USD/BTC подвержен колебаниям, наименее энергоэффективные средства добычи BTC постепенно исключаются из процесса. Хотя, резкий рост курса USD/BTC может сделать рентабельным их возвращение в строй.
(В этот раз совсем) немного истории
Курс USD/BTC
Рисунок 1. Динамика курса USD/BTC и сложности майнинга (источник данных)
Сложность майнинга BTC
На рисунке 1 также показано как менялась сложность майнинга биткоинов с течением времени. За неполные 4 года сложность возросла в 50млн. раз. Если в начале сложность соответствовала 4-8 процессорным ядрам общего назначения, способным перебрать примерно 7 млн. хэшей в секунду (MH/s), то сейчас скорость совместных усилий по брутфорсу превосходит 7 петахэшей в секунду (PH/s).Такому росту способствовали 2 фактора. Первое – рост курса USD/BTC позволяет покрыть расходы на эксплуатацию большего количества оборудования для майнинга. Второе – за это время произошли значительные изменения как в программном, так и в аппаратном обеспечении для майнинга биткоинов. Опять-таки, точки падения сложности добычи BTC соответствуют местам обвала курса USD/BTC.
Инновации в hardware и software для майнинга
Прогресс шел невероятно быстро, изменения следовали одно за другим.
В сентябре 2010 появляется первый общедоступный CUDA miner. Уже в октябре 2010 за ним последовал первый майнер для OpenCL.
Практически сразу после этого, в ноябре 2010, возникло такое явление как pooled mining, когда группа компьютеров выполняет распределенный перебор хэшей, а, при добыче блока биткоинов, делит награду между участниками пропорционально их вкладу в общее дело. Подобные пулы очень быстро выросли до размера тысяч участников, позволив последним получать небольшие суммы каждый день, а не большие (50 или 25 BTC) каждые несколько месяцев.
На тот момент сложность добычи блока биткоинов равнялась примерно месяцу работы одного Hi-End GPU. Одной из ключевых инноваций, сделавшей возможным существование mining pool’ов, стала возможность убедиться, что компьютер действительно провел работу по перебору хэшей, которую он заявил как выполненную, и исключение возможности того, что пользователь «сбежит», когда его компьютеру в ходе перебора посчастливится наткнуться на ответ.
К сожалению, mining pools служат своего рода «концентраторами», что противоречит распределенной природе bitcoin и потенциально ставит под угрозу процесс подтверждения транзакций.
В июне 2011 появился первый open source miner для FPGA. А затем в январе 2013 появляется первый ASIC майнер и множество улучшений последовавших за этим. На графике сложности добычи BTC показаны даты появления этих технологий.
производительность и энергоэффективность
Рисунок 2. Установка для майнинга биткоинов на основе FPGA (источник)
Стратегия майнинга
Важным вопросом для тех, кто занимается добычей биткоинов, является: когда инвестирование денег в «железо» для добычи биткоинов принесет больше прибыли, чем просто их покупка через биржу. Многая специализированная аппаратура для майнинга BTC (или доли в компаниях, эксплуатирующих такую аппаратуру за вас) имеет цену, указанную в BTC. Согласитесь, было бы глупо купить такую аппаратуру и так никогда и не вернуть свои вложения, особенно с учетом обслуживания и счетов за электричество.
Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо оценить возврат средств за счет майнинга в биткоинах. В условиях экспоненциального роста сложности добычи новых биткоинов, способность железа к добыче биткоинов падает также экспоненциально. При росте сложности примерно в 1.2 раза каждые две недели, 66% биткоинов, которые «железо» способно добыть за время своей эксплуатации, приходится на первый квартал работы. 22% на второй квартал, 7% на третий, а на всё оставшееся время приходится лишь 4%. При этом в первый день работы будет добыто
1/80 всех биткоинов, что можно добыть на этом девайсе за время его эксплуатации.
Прибыль от использования аппаратуры для майнинга биткоинов получается суммированием экспоненциально убывающих сумм добываемых биткоинов в единицу времени, минус расходы на эксплуатацию и приобретение, плюс цена, по которой аппаратура может быть продана после завершения её жизненного цикла в качестве майнера биткоинов.
Некоторые из этих параметров известны в момент покупки; например, цена аппаратуры, курс USD/BTC на этот момент и расходы на эксплуатацию. Также легко оценить количество биткоинов, добываемых за первый день работы, т.к. сроки поставки аппаратуры легко оценить (только не надо тут вспоминать про Почту России), а производительность тех же GPU в GH/s – первое, чем пользователи начинают меряться на соответствующих форумах. Расходы на обслуживание напрямую вытекают из спецификации оборудования и счетов за электричество. Оценка того, за какую сумму в будущем удастся продать железо, делается (хоть и приблизительно) изучая сайты вроде e-bay.
Основной риск кроется в динамике курса USD/BTC. Если курс растет – растет и прибыль от добываемых биткоинов, а также имеет смысл оставить оборудование в строю на больший срок. Если курс перестает расти или обваливается, добыча биткоинов становится менее привлекательной, а также для максимизации прибыли имеет смысл отключить оборудование и попытаться продать его раньше.
Изменение цены оборудования со временем ведет себя различным образом для разных типов устройств. Цена на GPU от AMD за год эксплуатации снижается весьма незначительно. В то время, как ситуация со специализированным оборудованием прямо противоположная, т.к. единственное его назначение – майнинг. Специализированные решения на основе FPGA или ASIC имеют гораздо более высокие риски, связанные с датой поставок оборудования – цена, за которую их готовы купить, и то, сколько на них можно заработать, напрямую зависит о даты их ввода в процесс майнинга. Управление этим риском – важная часть майнинга биткоинов.
Для начала необходимо оценить, поставки какого из конкурирующих решений начнутся раньше. Затем, надо оказаться как можно ближе к началу списка заказов на поставку. Иначе, даже если выбор в пользу того или иного решения был сделан верно, сложность добычи биткоинов успеет подскочить к тому моменту, как оборудование доберется до вас, и вы упустите все сливки от появления новой технологии. За полгода прибыль, которую можно получить на одном и том же оборудовании, падает в 15-20 раз.
Отключение оборудования
Рисунок 3. Дневная прибыль от добычи биткоинов и соответствующие расходы на электроэнергию. (источник данных)
Рисунок 3 показывает дневную прибыль на 1 GH/s, которую приносил майнинг биткоинов с 2010го года. Данный график комбинирует исторические данные о сложности майнинга и курсе USD/BTC. Резкий обвал в районе ноября 2012 года соответствует уменьшению награды за блок с 50 BTC до 25 BTC. Горизонтальные линии показывают расходы на электроэнергию на 1 GH/s за день для: CPU (Core i5), GPU (AMD 7970), FPGA (Bitforce SHA256) и 110nm ASIC (AvalonBatch 1). Когда прибыль на 1 GH/s опускается ниже этой линии, майнинг становится убыточным и соответствующее оборудование выключается.