Введение в майнинг криптовалют

Слово “Майнинг” (англ. mining) означает добычу полезных ископаемых. В криптовалютный мир термин пришел как метафора процесса генерации массы криптоактива по аналогии с добычей золотой руды или других металлов.

Майнинг криптовалют представляет собой комплекс из сложных технических операций, завязанных на ряде концептов и правил, ранее широко не встречающихся нигде кроме мира криптографии; поэтому майнинг требует понимания базовой криптографической терминологии и основных процессов. В то же время, с течением времени, майнинг криптовалют становится все более и более доступен конечному пользователю, что делает его привлекательным способом инвестиций.

Это сложная математическая операция, требующая большого количества вычислительных мощей и высоких затрат на энергию. Тем не менее, многие энтузиасты криптосреды видят майнинг как один из лучших способов заработать криптовалюлту, ведь спрос на майнинг есть всегда, а со временем многократно окупается и оборудование, и затраты на энергию. При этом стать майнером может любой желающий.

Майнеры играют ключевую роль в жизни каждого блокчейна — именно на них строится вся сеть. Майнеры поддерживают жизнедеятельность сети, добавляют новые блоки и проверяют имеющиеся, а также в реальном времени подтверждают и/или отклоняют проводимые транзакции, выступая валидаторами. Валидация транзакций также позволяет избежать двойных затрат (double spending) — копирования и повторного использования блоков криптовалют. Благодаря этому майнинг можно также назвать формой аудита в реальном времени.

Как и вся криптовалютная активность, майнинг происходит на блокчейне - распределенной децентрализованной сети, выполняющей функцию публичной учетной книги.

Когда пользователь совершает какую-либо транзакцию с участием криптовалют, эта транзакция моментально записывается на блокчейн и тут же становится видна всем без исключений другим пользователям сети (при этом все транзакции анонимны).

Однако, чтобы эту транзакцию совершить, сначала нужно, чтобы на блокчейне и криптовалютном кошельке пользователя находилось некоторое количество криптовалюты. К тому же, чтобы транзакция прошла, её должны подтвердить другие участники сети. Для этих целей и существует майнинг - процесс ввода криптовалюты в циркуляцию и подтверждения транзакций на блокчейне.

Так как блокчейн (block + chain) - это буквально цепочка блоков данных, то для поддержания этой цепочки нужно, чтобы её элементы были связаны друг с другом. Каждый блок - это условная единица данных, содержащая в себе информацию о состоянии сети и её активности (транзакции, пользователи, количество криптовалюты, и прочее) в отдельно взятый момент. В сети Bitcoin каждый блок имеет фиксированный размер в 1 мегабайт.

Майнинг - это процесс добавления в сеть блокчейн новых блоков путем вычисления их хэшей.

Хэш (hash) – это уникальный шестнадцатеричный код из 64 букв и чисел, служащий идентификационным номером блока.

Пример хэша:

7906687914988522a9dd32b6b1bd9461115b340c74195facf36bbd083a83c981

Кроме собственного хэша, каждый блок также содержит информацию о хэше предыдущего блока, благодаря чему он неразрывно связан со всей сетью. Если информация в блоке конфликтует с информацией других блоков, это может привести либо к отказу сети размещать этот блок, либо к серьезным перебоям. Именно сочетание собственного хэша и хэша предыдущего блока и обеспечивает надежность и устойчивость блокчейна, делая практически невозможной фальсификацию блоков и данных внутри них.

В реальности блокчейн представляет собой децентрализованную сеть из взаимосвязанных компьютеров и других устройств, предоставляющих свои вычислительные мощи блокчейну. Каждый элемент сети называется “Узел” или “Нода” (node).

Блоки должны быть подтверждены сетью через процесс консенсуса (consensus), прежде чем блокчейн сможет продолжать транзакции и создавать новые блоки. Консенсус - это совместное согласие всех активных узлов сети о том, что представленная в блоке информация является верной.

На данный момент распространены два ключевых механизма консенсуса: Proof of Work (PoW) и Proof of Stake (PoS).

Разные блокчейны используют различные механизмы консенсуса, но самый популярный на данный момент - это криптографический консенсус Proof of Work (PoW/доказательство выполненной работы), разработанный в начале 90-х и популяризированный блокчейном Bitcoin в 2009-м году. Механизм PoW используется практически во всех крупнейших блокчейнах и койнах, таких, как Ethereum*, Dogecoin, Litecoin, Monero, Zcash, Dash, и других.

*Ethereum планируют переход на механизм консенсуса Proof of Stake, о нем ниже.

Майнинг в Proof-of-Work-сетях заключается в том, что отдельные узлы сети пытаются вычислить целевой хэш очередного блока.

Есть расхожее убеждение, что майнеры пытаються математически “вычислить” или “рассчитать” необходимый хеш. На самом деле это не совсем так: майнеры пытаются просто его угадать. Блокчейну уже известен целевой (target) хэш нового блока, и он предлагает майнерам угадать его путем проб и ошибок. Узлы соревнуются в скорости вычисления, чтобы найти верный ответ. Узел, первым определивший хеш, является “победителем”: ему предоставляется возможность решить, какие именно из ожидающих подтверждения транзакций будут записаны в новый блок.

Каждый целевой хэш начинается с ряда нулей и выглядит примерно так:

0000000000000000000Cc4f715276dbedbd6979f3adca4319394dab5d8fe1f8b

Задача майнера — определить хеш, который имеет хотя бы минимальное количество вводных нулей.

Узел, который первым угадывает таргет (или ближайшее к нему меньшее значение), и становится валидатором этого блока, за что награждается некоторым количеством криптовалюты сети, а также комиссиями с транзакций, попавших в блок. После того, как блок подтверждается, сеть выставляет запрос на новый целевой хэш, и весь процесс повторяется.

Несложно представить, что для 64-значного шестидесятеричного кода общее количество возможных предположений для каждой такой задачи исчисляется триллионами; это невероятно трудоемкий и энергоемкий процесс. К тому же, сеть Proof-of-Work устроена так, что количество возможных решений (также называемых уровнем сложности майнинга) только увеличивается с каждым новым майнером в сети.

Чем больше общая вычислительная мощь сети (т.е. чем больше активных майнеров в ней), тем сложнее хеши. Чтобы решить задачу первым, майнеру требуется много вычислительной мощности для того, чтобы обеспечить высокую «скорость хеширования» (hash rate).

Блокчейн-системы Proof-of-Work децентрализованы и безопасны по сравнению с другими методами консенсуса в сети, но, как правило, с трудом достигают масштабируемости сети, необходимой для широкого глобального внедрения на предприятиях. Proof of Work также подвергается критике за высокую энергоемкость.

В последние годы набирает популярность альтернативный механизм консенсуса Proof of Stake (доказательство доли владения). Его принцип работы в том, что вместо затрат на электричество для майнинга новых блоков, узлы сети должны заложить в стейкинг некоторое количество уже имеющейся нативной криптовалюты.

Все ноды при этом участвуют в “лотерее”, где наградой является право подтверждать транзакции и добавлять блоки; при выборе «победителя» учитывается ряд факторов, таких, как:

• Количество застейканных монет

• Продолжительность стейкинга

• Рандомизированный выбор — для исключения возможности монополизации сети

Так как для валидации новых блоков не тратится много электроэнергии, механизм Proof-of-Stake считается на 95% более экологичным, чем PoW.

Крупнейшими блокчейнами с механизмом Proof of Stake в 2021 году были Cardano, Avalanche, Polkadot и Solana. Другие известные платформы с PoS включают Tron, EOS, Algorand и Tezos.

Ethereum в 2022 году находится на стадии к подготовке к переходу с PoW на механизм PoS.

Первый блок биткойна был добыт с помощью обычного центрального процессора (CPU). Спустя некоторое майнеры обнаружили, что для этих целей намного лучше подходят графические процессоры (GPU). С тех пор, сложность и энергоемкость майнинга возросла до неизмеримых величин, и сейчас для конкурентоспособного майнинга нужно вкладываться в мощное, конкурентоспособное оборудование: топовые графические процессоры или, что еще более актуально, специализированная интегральная схема (ASIC), также известная как “асик”.

Видеокарты долгое время были лидерами криптовалютного майнинга, но в последние годы их все чаще заменяют асики, имеющие многократно больший хешрейт при значительно меньших ценах.

К тому же, асики каждые несколько месяцев увеличивают мощность хеширования и энергоэффективность по мере разработки и выпуска новых микросхем. Единственный “минус” ASIC-ов в том, что их, в отличие от видеокарт, нельзя использовать ни для чего кроме майнинга криптовалют — они созданы только для этой цели. Некоторые продвинутые майнеры также используют программируемые пользователем вентильные матрицы (FPGA).

Комплексы аппаратуры для майнинга называются майнеры, майнинг-фермы или майнинг-риги (rig). Майнинг-фермы могут достигать размеров от целой квартиры до промышленного склада, в то время как rig чаще применимо к установкам средних и малых размеров. При подборе оборудования для майнинга стоит учитывать такие параметры, как цена, энергопотребление, адаптивность и скорость хеширования (hash rate).

В условиях современного рынка необязательно собирать собственную ферму с нуля — есть большое количество компаний, продающих предзаготовленные фермы, и оказывающие помощь в обучении и запуске оборудования. По большому счету, майнинг становится все более и более доступен для начинающих, и для него требуется все меньше начальных технических знаний благодаря таким компаниям.

Некоторые майнеры объединяют свои вычислительные мощи, чтобы работать вместе и разделять вознаграждение. Такие объединения называют майнинг-пулами (mining pool). Их цель - увеличить скорость и снизить сложность майнинга, повышая прибыльность для людей, которые не могут (или не хотят) тратиться на собственную майнинг-ферму.

По мере роста сложности и стоимости майнинга все больше и больше отдельных начинающих майнеров предпочитают участвовать в пулах. Хотя общее вознаграждение уменьшается, потому что оно распределяется между несколькими участниками, объединенная вычислительная мощность означает, что у майнинг-пула гораздо больше шансов фактически решить проблему хэширования первыми и получить вознаграждение раньше остальных.

При выборе майнинга как способа инвестиций стоит учитывать ряд параметров, из которых складывается прибыльность. Они включают:

• Хешрейт — фактическая вычислительная мощь фермы; измеряется в мегахешах в секунду (MH/s), гигахешах в секунду (GH/s), терахешах в секунду (TH/s), и петахешах в секунду (PH/s);
• Вознаграждение сети — измеряется в единицах нативной криптовалюты и уполовинивается примерно каждые четыре года;
• Сложность — чем больше активных майнеров, тем она выше, т.е., тем больше вычислительной мощи потребуется новым узлам;
• Стоимость электричества — майнинг биткоинов потребляет огромное количество электроэнергии, ее стоимость также нужно брать в расчет; измеряется в стоимости киловатта в час (KWh)
• Потребление питания фермы — измеряется в Ваттах (W);
• Комиссия пула (при участии в пуле);
• Цена криптовалюты — майнеры должны четко понимать, куда движется цена криптовалюты выбранной сети, чтобы вложения впоследствии оправдались.

Все эти параметры, а также ряд других, можно комплексно рассчитать в специальных сервисах — майнинг-калькуляторах.

Самые популярные майнинг-калькуляторы включают CryptoCompare, Nicehash, Coinwarz, и WhatToMine.

Помимо майнинга криптовалют в сетях Proof-of-Work, существуют другие, менее распространенные и менее прибыльные формы майнинга:

• Облачный (Cloud) майнинг — некоторые сайты предлагают пользователям платить небольшую комиссию за то, чтобы майнить “за них”. Нередко такие сайты оказываются мошенническими схемами.

• Мобильный майнинг — в теории майнить криптовалюты можно с любого компьютера, даже с мобильного телефона. Некоторые сервисы предлагают возможность майнить прямо со смартфона. Однако, на практике вознаграждение за такой майнинг настолько мало, что зачастую не оправдывает даже затрат на электричество, необходимое для зарядки телефона.

• Веб-майнинг — процесс, при котором веб-сайт или сервис получает доступ к вычислительным элементам компьютера посетителя, и использует их для майнинга. Помимо очевидной мошеннической подоплёки, этот способ может также использоваться в позитивном ключе: например, для монетизации сайтов без необходимости в рекламе.

Вышеперечисленные способы майнинга как правило являются менее надежными и менее прибыльными, чем “реальный” майнинг, и их стоит использовать с большой осторожностью.

Риски майнинга по большей части носят финансовый и нормативный характер. Майнинг криптовалют представляет собой финансовый риск, потому что можно потратить сотни или тысячи долларов на оборудование, но не получить ожидаемого результата. Этот риск можно снизить, присоединившись к майнинг-пулу.

Также, криптовалютный майнинг имеет “плавающий” легальный статус во многих странах, в том числе и в РФ. При выборе майнинга в качестве способа инвестирования стоит подробно изучить регуляторный климат вокруг майнинга в интересующей стране.

Еще один более глобальный риск, связанный с ростом майнинга биткойнов (а также других систем PoW), заключается в неконтролируемом росте энергопотребления. Хотя эффективность микросхем ASIC резко возросла, рост самой сети опережает технологический прогресс. В результате возникают опасения по поводу воздействия майнинга на окружающую среду и увеличения углеродного следа.

Однако, предпринимаются усилия по смягчению этого эффекта путем поиска более экономичных и экологически чистых источников энергии для майнинга криптовалют, а также использования углеродных кредитов (carbon credits) для компенсации выбросов углерода. Другой стратегией является переход на менее энергоемкие механизмы консенсуса, такие как доказательство доли (PoS), на которые переходит Ethereum; однако PoS имеет свой собственный набор недостатков, таких как стимулирование накопления вместо использования монет и риск централизации контроля консенсуса.

Майнинг - сложный технический процесс, фактически дающий жизнь криптовалютам и связанным с ними блокчейнам. Многие рассматривают майнинг как прибыльный способ инвестиций. Однако, доходы от майнинга криптовалют всегда пропорциональны размерам вложений и компетенции самого майнера. При этом приобщиться к миру майнинга может любой желающий с помощью менее затратных способов.