Пояснення складності майнінгу Bitcoin

Ключові моменти

Регулювання складності кожні 2,016 блоків допомагає підтримувати консистентний 10-хвилинний інтервал між блоками, запобігаючи швидкій інфляції та перевантаженням мережі.
У жовтні 2024 року складність майнінгу Bitcoin досягла рекордного рівня 95,7 трильйона, що спричинило зростання споживання енергії та тиск на прибутковість майнерів, якщо вони не адаптувалися до ефективнішого обладнання або нижчих витрат на енергію.
Зміни у хешрейті мережі, викликані збільшенням числа майнерів або вдосконаленням обладнання, безпосередньо впливають на складність майнінгу Bitcoin для підтримання часу між блоками.
Проблеми зі споживанням енергії в Bitcoin спонукали майнерів досліджувати використання відновлюваної енергії та інших рішень для збереження конкурентоспроможності та стійкості.

Майнінг Bitcoin – це процес вирішення складних математичних задач для захисту мережі та створення нових монет. Щоб гарантувати стабільність додавання нових блоків, складність завдань регулярно змінюється.

Простіше кажучи, коли до мережі приєднується більше майнерів, майнінг Bitcoin стає складнішим, щоб забезпечити передбачувану пропозицію монет і безпеку системи.

У цій статті розглянуто, що таке складність майнінгу Bitcoin, як вона змінюється з часом для підтримки безпеки та стабільності мережі, як вона обчислюється та які фактори впливають на прибутковість майнінгу.

Розуміння складності майнінгу Bitcoin

Складність майнінгу Bitcoin забезпечує додавання блоків до мережі у стабільному 10-хвилинному інтервалі, запобігаючи швидкій інфляції та перевантаженню мережі. Майнерам потрібно знайти хеш із певною кількістю провідних нулів, змінюючи значення «nonce». Ця складність регулюється кожні 2,016 блоків, щоб підтримувати стабільність і безпеку мережі.

Насправді майнінг Bitcoin зовсім не обов’язково має бути складним. По суті, майнер просто кодує наступну інформацію:

Заголовок попереднього блоку: З’єднує новий блок із попереднім, підтримуючи цілісність ланцюжка.
Кореневий хеш Merkle: Хеш, який представляє всі транзакції в блоці, дозволяє ефективно перевіряти цілісність даних.
Позначка часу: Час створення блоку, використовується для хронологічного впорядкування.
Версія: Визначає версію блоку та правила протоколу, які вона слідує.

Для сучасного майнера обчислення хеша нового блоку має бути миттєвим. То чому ж це не так?

По-перше, блокчейн був би перевантажений блоками, які додаються безконтрольно. Це призвело б до викиду великої кількості нових біткоїнів на ринок, викликавши гіперінфляцію. Вартість Bitcoin обвалилася б через те, що нові монети створювались би значно швидше, ніж це передбачалося графіком пропозиції, порушивши делікатний баланс дефіциту.

По-друге, швидке додавання блоків перевантажило б мережу, що ускладнило б синхронізацію вузлів. Повні вузли, які перевіряють та зберігають увесь блокчейн, не встигали б завантажувати та перевіряти надмірну кількість блоків, що призвело б до фрагментації мережі. Це створило б ризик для вразливості безпеки, наприклад, сприяючи виконанню атаки 51%, оскільки швидкість створення блоків заважала б належній перевірці та досягненню консенсусу між вузлами.

Нарешті, обробка транзакцій стала б хаотичною. Відсутність регулювання складності означала б відсутність структурованого інтервалу для підтвердження транзакцій, що підриває надійність мережі. Прогнозований 10-хвилинний інтервал для створення блоків є життєво важливим для забезпечення своєчасної, але впорядкованої обробки транзакцій. Без цього користувачі зіткнулися б із непередбачуваним часом на проведення транзакцій та нестабільними структурами комісій, що знижувало б довіру до мережі.

Природним розв’язанням цієї проблеми є підвищення складності кодування цієї інформації.

Bitcoin та інші ланцюги з доказом роботи (proof-of-work), такі як Monero та Litecoin, вирішують це, вимагаючи, щоб майнер кодував інформацію не просто в будь-який хеш, а в хеш, що відповідає певному розміру.

Наприклад, якщо ви закодуєте фразу «I love CryptoAcademy» у 256-бітовий шістнадцятковий хеш через алгоритм SHA-256, ви отримаєте:

148530ee91a00571250b58ea69c9947b10a702cf135b3f56cdad39f74450d145

Це доволі велике число. Що можна зробити, щоб його скоротити?

Додавши інформацію, яка змінює вихідні дані (це називається nonce), вам потрібно пройти метод проб і помилок приблизно 16 разів, щоб отримати один провідний нуль:

I love CryptoAcademy 64

04dc36a0b5a40cba5524cd80064bcb5d21dfd28ecd811684f520a73e38362abf

Можливо, цього недостатньо. Щоб отримати два провідні нулі, потрібно близько 256 спроб. Змінимо nonce на 98 і подивимось результат:

I love CryptoAcademy 98

00ddde1a51e44602a4397cb80f51dc218e6bbc3b50ac4dc4b612e7d62016ca02

Успіх! Теперь уявіть, скільки спроб потрібно для отримання трьох провідних нулів – близько 4000 спроб. А для двадцяти провідних нулів? Імовірно, це число досягло б септильйонів.

Дійсно, саме так і працює складність майнінгу: хеш має починатися з встановленої кількості нулів. Це, своєю чергою, вимагає, чтобы майнер додав до хеша значення “nonce” від 0 до 4,000,000.

Залежно від швидкості дотримання таких вимог, складність автоматично регулюється кожні два тижні (точніше, кожні 2,016 блоків), щоб забезпечити середній інтервал створення блоку близько 10 хвилин.

Ось приклад заголовка блоку, який успішно відповідав вимогам складності майнінгу у листопаді 2024 року:

00000000000000000000a497c6b1be95b76a9e25a797f8fe49953d40c06a027e