Что такое майнинг? (Майнинг для новичков и подробная информация)

Что такое майнинг?

Процесс появления новых биткойнов – один из важнейших аспектов криптовалютной отрасли. Почему же он называется майнингом?

Многие люди привыкли к тому, что «цифровое» и «виртуальное» ничего не стоит. Ведь файлики можно просто скопировать и пользоваться. Именно Bitcoin стал первой технологией, которая способна сломать этот стереотип не только для обывателей, но и для самых убежденных сторонников свободного распространения ПО и контента.

В Bitcoin «защита от копирования» встроена концептуально и обойти ее гораздо сложнее, чем взломать защиту программы. Сколько бы вы ни копировали кошелек или базу данных блоков – вы получите копию одних и тех же биткойнов, которые можно потратить только один раз.

Несмотря на то, что код клиента и протокола Bitcoin полностью открыт, создание новых монет – сложный и дорогой процесс. Нельзя сгенерировать больше биткойнов, чем запланировано создателем технологии. И чтобы получить новые монеты – необходимы существенные вложения в оборудование, помещения, охлаждение и электроэнергию. Именно поэтому Биткойн называют «цифровым золотом» и изображают в виде золотых монет.

Слово «майнинг» происходит от английского «mining», что значит «добыча полезных ископаемых» и вошло в употребление именно от аналогии с добычей золота. Чем больше в сети устройств, которые занимаются майнингом, тем лучше сеть Биткойн защищёна от атак. Владельцы или операторы таких устройств называются «майнерами». Также нередко «майнером» называют само вычислительное устройство, необходимое для вычислений в сети Биткойна.

Каждый новый блок включает в себя криптографическую подпись, сформированную на основе предыдущего. Так блоки сцепляются между собой, образуя «цепочку блоков», «блокчейн» (blockchain). Цепочка блоков может разветвляться, но в конце концов подтверждение получает та ветвь блокчейна, над которой работает большинство майнеров. Так осуществляется саморегуляция сети.

Майнинг представляет собой процесс вычисления криптографической подписи блока. Блоком (block) в сети Bitcoin называется массив данных, в который записана информация о транзакциях, которые попали в сеть после создания предыдущего блока (примерно за последние 10 минут). В Bitcoin применяется широко распространенный в Интернет алгоритм хэширования SHA256. Участник сети, обеспечивший расчет криптографической подписи блока, получает вознаграждение в Bitcoin. При этом, для получения «золотого слитка» в виде драгоценной «генерирующей транзакции» ему нужно перелопатить тонны пустой породы - не подходящих к блоку хэшей.

Благодаря математической теореме из области криптографии, которая называется «доказательство работы» (Proof-of-Work, PoW) , вычисление блока зависит от такого запрограммированного параметра, как сложность (difficulty) . Сложность вычислений в сети Bitcoin изменяется через каждые 2016 блоков (около 2 недель при 10 минутах на блок) и устанавливается в зависимости от среднего времени, за которое были найдены все блоки после предыдущего пересчета.

Но сложность - еще не самое главное препятствие на пути к богатству. Каждые четыре года вознаграждение за блок уменьшается вдвое. На старте системы в 2009 году за каждый созданный блок майнеры получали 50 BTC, а сейчас награда составляет 12.5 BTC. Следующее уменьшение награды ожидается в первой половине 2020 года. Точная дата не может быть вычислена, так как зависит от динамики изменения сложности добычи.

Для чего Биткойну нужны майнеры

Майнинг – основа целостности и надежности системы Bitcoin или любой другой криптовалюты. Работа майнеров обеспечивает все основные функции сети

Транзакция между двумя участниками сети Биткойн обязательно должна быть подтверждена участием в блоке. Если создавший блок майнер принял её и включил в блок, содержащиеся в транзакции монеты становятся доступными для дальнейшего использования. Злоумышленник, который попытается скормить сети поддельную транзакцию, будет отброшен на этапе формирования блока.

Подсунуть сети целый блок? Для этого нужно иметь подпись, сформированную на основе предыдущего блока. Если подписи нет, то её надо вычислить — а значит, повторить весь ряд вычислений, которые были нужны для предыдущего предыдущему блока, и так далее, вплоть до самого первого блока, созданного 3 января 2009 года. То есть, чтобы грубо взломать сеть и устанавливать в ней свои порядки, нужно заново пересчитать весь блокчейн.

Абсурдно большая работа — фактически, злоумышленнику проще не пересчитывать весь объём вычислений в сети Биткойна заново ради всего лишь одного блока — а влиться со своими вычислительными мощностями в честную работу.

Разветвить цепочку блоков? Это возможно, но такое ответвление обречено остаться в одиночестве, сиротой - orphaned, если не поддерживать его всё нарастающей вычислительной мощностью, большей, чем суммарная мощность всех «честных» майнеров, что также требует огромных затрат и лишено практического смысла.

Вложив в оборудование всего лишь несколько сотен миллионов долларов, можно получить мощность в 51% или более вычислительных возможностей сети Биткойна. Эта атака так и называется —«атака 51%». Но и в этом случае торжество окажется, скорее, Пирровой победой. Злоумышленник сможет только «замораживать» транзакции в сети или произвольно изменять оплаты с собственного кошелька, что особого богатства не принесёт.

Децентрализация, то есть независимость от единого управляющего центра – одно из ключевых преимуществ Bitcoin над традиционными валютами, и она обеспечивается именно майнерами, которые рассредоточены по всему миру. Отключение части вычислительных мощностей не приведет к остановке транзакций в сети – для этого нужно отключить всех майнеров до единого.

Концентрация мощностей в руках крупных пулов и датацентров создает определенную угрозу децентрализации. Но майнинг распространяется все шире и сейчас уже нет одного пула, который мог бы получить более 50% сети. А датацентры рассредоточены по нескольким континентам – от Норвегии и Гренландии до Австралии.

Блиц-история майнинга

Первые подписи блоков при наличии свободного времени и отсутствии конкуренции можно было подсчитать даже вручную, обычным карандашом на бумаге. В 2009 году для расчётов блока вполне хватало программируемого калькулятора.

Конечно же, на практике никто так не делал, и майнинг вели энтузиасты на CPU - процессорах обычных домашних компьютеров. Эра расчётов на процессорах была достаточно долгой – почти два года. Когда майнеры запускали программу, использующую для расчёта подписи блока центральный процессор, Bitcoin стоил не больше нескольких центов и о сверхприбылях тогда никто не задумывался.

В 2011 году была разработана программа для майнинга на GPU (графический процессор видеокарты). Он справляется с этими расчётами гораздо лучше, так как топовые видеокарты имеют в своем распоряжении от десятков до сотен небольших шейдерных процессоров, каждый из которых может рассчитывать хэши отдельно. Таким образом, стало возможно «распараллелить» вычисления и ускорить их на несколько порядков.

Возникли компьютеры с несколькими видеокартами, которые называли «rig» (буровая вышка), а затем и целые фермы с десятками и сотнями карт, которые занимались исключительно вычислениями для сети Bitcoin. Именно тогда появились так называемые "пулы" - сайты для коллективного майнинга, а одиночный, или "соло-майнинг", полезный для децентрализации сети, стал рискованным и непрактичным. Эта эпоха продолжалась еще два года. Следующим шагом стало использование модулей FPGA, а затем и разработка специализированных чипов ASIC, которые могут заниматься только майнингом, но зато гораздо быстрее и экономичнее любой видеокарты.

С появлением ASIC майнинг необратимо изменился и началась "гонка хэшрейтов", которая продолжается до сих пор. С начала 2013 года производители майнингового оборудования ускоренным маршем прошли весь путь развития микроэлектроники - от 130 нм Avalon I до 16 нм чипов с трехмерной схемой от KnCMiner, которые еще не пошли в массовое производство.

Что и как майнить сейчас

Легкие деньги

Прибыльность добычи Bitcoin падает в той же прогрессии, что и растёт сложность вычислений. Поэтому, доход от майнинга сейчас можно получить, только имея очень дешевое электричество плюс огромное количество вычислительных устройств, снабжённых самыми современными чипами и системами охлаждения. На разных форумах майнерами-любителями предлагаются разнообразные промышленные и самодельные устройства для тех, кто хочет заняться майнингом дома, а несколько производителей предлагают свои последние разработки. О прибыльности этого занятия говорить сложно, так как она уже давно балансирует около нуля и зависит от малейших движений курса и сложности.

Ещё более сомнителен так называемый «облачный майнинг», который подразумевает аренду вычислительных мощностей для расчётов в «облаке», а точнее – в датацентре оператора сервиса. В большинстве случаев вы платите за электричество и амортизацию техники, к тому же на вас ложатся все остальные риски. Сервисы облачного майнинга, которые не берут плату за электричество, часто оказываются финансовыми пирамидами.

Тем не менее, хорошо изучив рынок, можно найти достаточно выгодные предложения для домашнего майнинга, которые смогут принести доход, сравнимый с зарплатой среднего сотрудника офиса.

Если же вы хотите заниматься майнингом Биткойна в промышленном масштабе, вам потребуется помещение бывшей военной базы или туннель в Арктике, снабжённый металлическими дверями толщиной в метр и интеллектуальными системами конденсирующего охлаждения, которые обслуживают сотни тысяч плат с миллионами чипов. Именно так описывает свои датацентры один из ведущих производителей майнеров и владелец крупного облачного сервиса – KnCMiner. Так вы сможете, по крайней мере, не отставать от конкурентов.

Заработать майнингом Биткойна без больших вложений? Это время ушло несколько лет назад. Сейчас получить прибыль на добыче с использованием процессоров и видеокарт возможно только на альтернативных криптовалютах, то есть форках или альткойнах.

Альтернативы

После появления ASIC-майнеров многочисленные форки начали использовать устройства, уже не нужные Биткойну. Один из самых распространенных альтернативных алгоритмов хэширования - Scrypt - очень долго оставался убежищем для владельцев ферм из видеокарт. Но в 2014 году и для него появились чипы ASIC. К этому времени подоспел целый "зоопарк" новых алгоритмов - Scrypt-N, Scrypt-Jane, X11, X13, X15, Cryptonote, Groestl, Quark и другие. Многие альткойны и сейчас вполне прибыльно майнить на процессорах ПК или видеокартах.

Существуют цифровые валюты, использующие другую теорему, она называется «доказательство хранения», (Proof-of-Stake, PoS). В отличие от «доказательства работы» (Proof-of-Work), которое использует сеть Биткойн, валюты на основе PoS не требуют постоянно растущей вычислительной мощности. Им для функционирования блокчейна нужны только программы-кошельки, постоянно запущённые на компьютерах пользователей, а майнинг происходит за счёт длительности хранения монет. Некоторые форки представляют собой различные гибриды технологий PoW и PoS.

Есть и более экзотические варианты. Например, набирает популярность новый вид майнинга, при котором криптовалюта (Burst и аналоги) начисляется за использование места на жёстком диске или другом носителе. Эта технология называется "доказательством вместимости" (Proof-of-Capacity, PoC). Носители данных сейчас бурно развиваются и этот бизнес тоже имеет перспективы. Такие децентрализованные хранилища могут быть полезны, например, для дешевого распределенного хостинга сайтов или больших массивов не очень ценных данных – таких, как коллекции изображений, фотографий, музыки или видео.

Будущее майнинга

При создании новых, более быстрых чипов будут использоваться такие технологии, как оптроника, фотоника, сверхпроводимость и квантовые вычисления. Экономически, майнинг Биткойна более всего оправдан в Исландии, где можно получать энергию за счёт геотермальных источников, а охлаждение рядом с Полярным кругом предоставляет сама природа. Может быть, возникнут майнинговые фермы в Сахаре и на Тибете, где для вычислений и охлаждения будет использоваться утилизация энергии Солнца. В далёкой перспективе, хорошим регионом для майнинга станет побережье Северного Ледовитого Океана и Антарктида. Энергию для расчётов там можно получать за счёт приливных электростанций, охлаждая чипы наружным воздухом.

А возможно, уже через несколько лет возьмут верх более экономичные виды майнинга, такие как Proof-of-stake и Proof-of-Capacity или будут изобретены новые. Тогда огромные фермы, пожирающие мегаватты электроэнергии, уйдут в прошлое. Но сама идея децентрализованных финансовых систем уже заслужила доверие и будет развиваться независимо от того, каким образом будет обеспечиваться их надежность.