Як забезпечується безпека блокчейну: роль видобувачів у мережі

Основні аспекти:

• Видобування криптовалют – це механізм, через який учасники мережі упорядковують та перевіряють операції в розподіленому реєстрі
• Процес забезпечує створення нових одиниць цифрового активу й одночасно захищає мережу від несанкціонованих змін
• Видобувачі збирають очікуючі операції в групи (блоки) й розв’язують обчислювальні завдання для їх підтвердження
• Прибутковість залежить від потужності обладнання, витрат енергоресурсів, коливань ринкових цін та змін у протоколах

Суть криптовалютного видобування

Уявіть глобальну систему, де кожна фінансова операція записується в незмінний журнал. Видобування криптовалют гарантує цілісність цього журналу й не дозволяє нікому фальсифікувати записи. Учасники мережі використовують спеціалізовані комп’ютери для виконання складних математичних операцій – по суті, пошуку певного числового значення, яке задовольняє конкретні умови.

Той, хто першим знайде правильне рішення, отримує винагороду в цифровому активі. Видобування криптовалют – це фундаментальний процес, який забезпечує надійність систем на кшталт Bitcoin (BTC). Він дозволяє перевіряти користувацькі операції й додавати їх до відкритого реєстру.

Видобування – це критичний елемент децентралізації: мережа функціонує без центрального контролера, беручи на себе розподілену відповідальність. Одночасно цей процес генерує нові монети відповідно до заздалегідь встановлених правил, закодованих в базовому протоколі. На відміну від фіатного друку грошей, емісія криптовалюти повністю прозора й підконтрольна автоматичним механізмам.

Видобувачі спрямовують обчислювальні ресурси на розв’язання криптографічних рівнянь. Перший учасник, котрий знайде розв’язок, отримує право додати новий пакет операцій до ланцюга блоків та поширити його мережею.

Механіка процесу видобування

Скорочена схема:

1. Групування операцій – коли користувачі відправляють чи отримують активи, очікуючі операції накопичуються в єдину групу, готову до верифікації.

2. Розв’язання математичної головоломки – видобувачі використовують обчислювальні пристрої для пошуку спеціального числа (так зване число без практичного використання), яке в поєднанні з даними групи видає результат нижче цільового порогу. Це подібно до цифрового жеребкування.

3. Додавання до реєстру – видобувач, що першим розгадав головоломку, отримує право внести свою групу до ланцюга. Інші учасники перевіряють коректність цієї групи.

4. Отримання компенсації – переможець отримує винагороду: новостворені монети плюс комісії з усіх операцій у видобутій групі.

Детальний розбір:

Коли в ланцюзі з’являються нові операції, вони потрапляють до спеціального сховища (пулу пам’яті). Учасники мережі, які виконують функції перевіряння, підтверджують легітимність кожної операції. Видобувачи беруть ці очікуючі операції, об’єднують їх у групи й намагаються їх затвердити.

Группа подібна до сторінки реєстру, на якій записано кілька операцій разом з додатковою інформацією. Видобувна вузлина відповідає за збір неперевірених операцій і формування групи-кандидата. Далі видобувач пробує перетворити цей чорновик на затверджену групу, розв’язавши складне завдання, що вимагає значних обчислювальних витрат.

За кожну успішно видобуту групу учасник отримує компенсацію – поєднання новостворених цифрових активів та комісій.

Крок 1: Гешування операцій

Першим етапом є взяття очікуючих операцій та послідовне пропускання їх через спеціальну функцію, яка генерує унікальний код фіксованого розміру. Кожна операція перетворюється на цей код – своєрідний відбиток, що представляє всю інформацію цієї операції.

Крім того, видобувач додає спеціальну операцію, у якій призначає собі винагороду. Ця операція першою записується в новий блок, а далі йдуть усі незавершені операції.

Крок 2: Побудова ієрархічної структури гешів

Після кодування всіх операцій їхні коди організуються в ієрархічну структуру. Коди розміщуються парами й повторно кодуються. Нові коди знову поєднуються в пари й кодуються, допоки не залишиться один єдиний код – корінь цієї структури. Цей кореневий код представляє всі попередні коди.

Крок 3: Пошук дійсного коду групи

Кожна група має унікальний ідентифікатор – код групи. При створенні нової групи видобувач поєднує код попередньої групи з коренем своєї групи-кандидата й додає випадкове число. Усе це пропускається через кодуючу функцію.

Мета – отримати код групи, який буде меншим за встановлений протоколом поріг. Оскільки перші два компоненти змінити неможливо, видобувач багато разів змінює випадкове число, поки не досягне результату. На мережі Bitcoin код повинен починатися з визначеної кількості нулів – це й називається складністю видобування.

Крок 4: Поширення видобутої групи

Коли видобувач нарешті знаходить коректний код, він поширює групу всією мережею. Всі вузлини-перевіряльники аналізують групу, й якщо вона валідна, додають її до своєї копії ланцюга. Видобувачи, що не встигли, скидають свої чорновики й розпочинають змаганння заново.

Сценарій одночасного видобування двох груп

Іноді двоє видобувачів одночасно знаходять розв’язок й поширюють дві конкуруючі групи. Мережа тимчасово розділяється, й видобувачі починають працювати над наступною групою на основі тієї, яку отримали першою. Конкуренція продовжується, поки новий блок не буде виданий поверх однієї з конкуруючих груп. Та, над якою з’явився новий блок, стає переможцем. Відкинута група називається сирітським блоком, й видобувачі, що вибрали її, повинні повернутися до роботи з основним ланцюгом.

Регулювання складності видобування

Мережа регулярно налаштовує складність завдань, щоб видобування нових груп відбувалось із постійною швидкістю. Цей механізм пропорційний загальній обчислювальній потужності учасників.

Коли до мережі приходять нові видобувачі й конкуренція посилюється, складність зростає, що запобігає прискоренню темпу створення блоків. Якщо видобувачі покидають мережу, складність знижується, спрощуючи видобування. Ці коригування забезпечують стабільність середнього часу між групами.

Різноманіття методів видобування

Видобування на центральному процесорі (CPU)

На ранніх етапах розвитку Bitcoin видобування було доступним на звичайних комп’ютерах. Однак із зростанням популярності й мережевої потужності конкуренція насилила, й CPU виявилося недостатньо потужним. Спеціалізоване обладнання витіснило процесори. Сьогодні CPU-видобування – архаїчний метод.

Видобування на графічних процесорах (GPU)

Графічні процесори універсальніші й дешевші за вузькоспеціалізоване обладнання, хоча й менш ефективні. GPU можна застосувати для видобування деяких альтернативних цифрових активів, але продуктивність залежить від алгоритму й складності.

ASIC-видобування

Спеціалізовані інтегральні схеми – це обладнання, розроблене виключно для видобування. ASIC-видобування – найефективніший метод, але й найдорожчий. Обладнання швидко застарівається, потребуючи постійного оновлення. За то воно приносить найвищий дохід при промисловому масштабуванні.

Видобувальні об’єднання

Оскільки винагорода дістається лише першому видобувачу, вірогідність успіху для одиниці надзвичайно низька. Видобувальні об’єднання – це коаліції учасників, що об’єднують свої ресурси. Коли об’єднання знаходить групу, винагорода розподіляється пропорційно внеску кожного. Однак домінування об’єднань викликає побоювання щодо централізації й ризику монопольної атаки.

Хмарне видобування

Замість придбання обладнання, учасники орендують обчислювальну потужність у постачальника. Це простіший вхід, але пов’язаний із ризиками шахрайства й нижчою рентабельністю. Важливо вибирати надійних постачальників.

Видобування Bitcoin як окремий випадок

Bitcoin – найпопулярніший видобуваний актив. Його механіка ґрунтується на алгоритмі консенсусу Proof of Work (PoW), запропонованому Сатоші Накамото у whitepaper 2008 року.

PoW визначає, як розподілена мережа досягає узгодження без посередників. Безпека забезпечується тим, що атаки видаються економічно нецільовими через огромні витрати енергії й обчислень.

У мережі PoW видобувачі організують операції й конкурують у розв’язанні головоломок. Переможець може поширити свою групу; якщо вузлини схвалять її, видобувач отримує винагороду.

Поточна винагорода за групу в Bitcoin становить 3,125 BTC (станом на грудень 2024 року). Завдяки механізму халвінгу, яка відбувається кожні 210 000 блоків (близько 4 років), винагорода поступово зменшується вдвічі.

Чи варто займатися видобуванням?

Видобування може бути прибутковим, але потребує ретельного аналізу й управління ризиками. Затрати на обладнання, хвилястість цін та зміни в протоколах – це лише деякі з факторів.

Основні детермінанти рентабельності:

Ціна активу – при зростанні фіатної вартості криптовалюти винагорода видобувача також зростає. При падінні ціни прибуток зменшується.

Ефективність обладнання – дорогістю вимірюється, тому видобувач повинен зважити вартість проти потенційного доходу.

Вартість електроенергії – висока вартість енергоресурсів може знівелювати весь прибуток.

Оновлення обладнання – видобувне обладнання швидко застарівається;新 моделі перевершують старі. Без модернізації складно залишатись конкурентоспроможним.

Зміни протоколу – халвінг Bitcoin вдвічі скорочує винагороду за блок. В інших випадках видобування взагалі можна замінити альтернативними механізмами валідації.

Висновок

Видобування криптовалют залишається стрижневим елементом блокчейнів на основі PoW. Воно забезпечує безпеку мережі й контролює емісію нових монет. Потенційна винагорода привабива, але ідеалізація небезпечна. Прежде ніж розпочати, проведіть власне дослідження й оцініть усі ризики.

Дивіться також

• Як функціонує ланцюг блоків?
• З чого почати видобування?
• Що таке стейкінг цифрових активів?

Відмова від відповідальності: Цей контент надається в освітніх цілях. Його не слід розглядати як фінансову чи інвестиційну пораду. Криптовалютні ринки волатильні; вартість інвестицій може впасти. Ви несете повну відповідальність за свої рішення.