Зачем блокчейну нужны майнеры, а майнерам блокчейн?

Майнинг — единственный способ добычи криптовалют, чей блокчейн поддерживает алгоритм консенсуса PoW (Proof-of-Work) или доказательство выполнения работы. В данных сетях майнеры отвечают за подтверждение транзакций и добавление новых блоков в блокчейн, за что получают вознаграждение во внутренней криптовалюте сети. Так, например, в сети Bitcoin майнинг — это единственный способ добыть новую монету и добавить ее в оборот.

Ключевые принципы майнинга
Основная суть майнинга сводится к решению сложных вычислительных задач методом подбора единственного правильного хэша, который является криптографическим шифром. Для этого майнеры используют ноды со специальным программным обеспечением, цель которых — подобрать правильный хэш.

Хэш всегда уникальный, поэтому он находится подбором чисел, а это очень сложный и долгий процесс, который намеренно сделан ресурсоемким, чтобы количество блоков, найденных майнерами, оставалось постоянным. Конечно, разные криптовалюты используют разные модели вычислений, однако все они достаточно длительны по времени и сложны в решении.

Майнеры проверяют транзакции, закрывая блоки и открывая новые, за что получают награду в виде внутренней валюты блокчейна. Вдобавок к вознаграждению майнеры также получают сумму всех комиссий, которые пользователи сети платят им за подтверждение транзакций. Майнеры конкурируют друг с другом за этот приз. Чем больше у майнера вычислительной мощности, тем выше вероятность того, что именно ему или ей достанется возможность закрыть блок и получить за это награду.

Например, в блокчейне Bitcoin в самом начале работы сети за каждый новый блок майнеры получали 50 биткоинов. Но при запуске сети Bitcoin Сатоши Накамото задал такие условия, чтобы каждые 210,000 блоков награда уменьшалась в два раза. Более того, через каждые 2016 блоков меняется и сложность майнинга. Сеть Bitcoin устроена таким образом, чтобы уровень сложности майнинга соответствовал вычислительной мощности оборудования, позволяя майнерам находить верный хэш в течение 10 минут. Учитывая, что в сети Bitcoin новый блок генерируется каждые 10 минут, то в день добавляется 144 новых блока, а это значит, что каждые четыре года сеть генерирует те самые 210,000 блоков и награда майнеров уменьшается. Если с начала 2009 и до конца 2012 года майнеры получали 50 биткоинов, то с 2013 по 2016 год включительно размер вознаграждения составлял 25 биткоинов, а с 2016 и до 2020 года он будет равен 12.5 биткоина за закрытие блока. Данный процесс искусственного уменьшения добываемых монет позволяет исключить инфляцию и создать дефицит криптовалюты, что приводит к пропорциональному увеличению цены биткоина.

Способы майнинга
Поскольку вероятность получения награды равна соотношению вычислительной мощности майнера к вычислительной мощности всего блокчейна, то соло-майнинг в сетях популярных криптовалют в последние годы стал невыгодным. Так, если несколько лет назад для майнинга биткоина хватало мощности обычного ноутбука, то сегодня, для того чтобы получить существенную прибыль, необходимы вложения в покупку мощного оборудования. В связи с чем майнеры выбирают либо соло-майнинг посредством запуска майнинг-ферм, либо же участие в майнинг-пулах или облачном майнинге вместе с другими пользователями.

Майнинг-ферма
Майнинг-ферма — это высокопроизводительная нода или несколько нод, которые постоянно выполняют вычисления по подбору хеша. Данный вид майнинга имеет ключевое преимущество в виде стопроцентного вознаграждения. Однако для того, чтобы запустить ферму, приносящую реальный доход, необходимо приобрести дорогостоящее оборудование, цена которого растет вместе с популярностью криптовалют. А для поддержания его работоспособности нужно постоянное энергоснабжение.

Также стоит иметь в виду, что процесс майнинга со временем усложняется и на рынок постоянно выходят новые участники. Так, по данным Blockchain.info, декабрьский взлет цены биткоина увеличил майнинговый рынок на 40%, что привело к тому, что находить новый блок в сети Bitcoin стало на 51% сложнее.

Майнинг-пул
Чаще всего майнинг-пул представлен в виде сервера, который распределяет вычислительные задачи между участниками, чтобы разные майнеры не выполняли одни и те же вычисления. Майнинг-пулы позволяют майнерам объединять свои усилия для увеличения фактора удачи и более предсказуемого получения вознаграждения. Если пул находит верное решение, то выплаты майнерам рассчитываются исходя из объема отправленных пулу стандартных вариантов — блоков с хэшем. Таким образом, участники майнинг-пула получают лишь процент от суммы вознаграждения, часть которого также уходит владельцам пула. Но шансы получить вознаграждение у майнинг-пулов намного выше, чем у соло-майнеров.

В связи с этим сегодня 74.3% всей майнинговой энергии в сети Bitcoin сосредоточено в руках всего пяти пулов: BTC.com, AntPool, SlushPool, ViaBTC и BTC.top. Более того, по мнению многих экспертов, большая часть вычислительных мощностей в данной сети, порядка 80%, сконцентрировано в Китае, что потенциально может угрожать децентрализации крупных криптовалют, таких как биткоин.


Облачный майнинг
Поскольку для успешного майнинга необходимо мощное и дорогостоящее оборудование, которое также является крайне энергозатратным, на рынке представлено альтернативное решение в виде облачного майнинга. Компании, обладающие мощными data-центрами, предоставляют оборудование, ресурсы которого даются в аренду конечному потребителю. В данном случае майнеру не нужно покупать оборудование, настройку и подключение которого обеспечит компания удаленно. Такие компании, как Hashflare, Genesis Mining, Bit Miner и OxBtc, предоставляют доступ к майнингу ряда криптовалют сразу после заключения контракта и оплаты услуг.

Облачный майнинг является доступным, надежным и удобным способом получить криптовалюты, не требующим покупки дорогостоящего оборудования, а доход майнера пропорционален мощности взятого в аренду оборудования.

Уязвимость майнинга
Несмотря на то, что майнинг стал крайне популярным способом пассивного заработка криптовалют, данный процесс несет в себе определенные риски как для пользователей, так и для блокчейнов, поддерживающих алгоритм консенсуса PoW.

Повышение сложности майнинга
Прибыльность майнинга для каждого блокчейна разная и, как правило, по мере роста популярности криптовалюты сети она снижается, при этом сам процесс майнинга усложняется. Данная закономерность позволяет блокчейнам контролировать скорость эмиссии новых монет, выпускаемых в ходе майнинга.

Для того чтобы определить, насколько выгодно майнить ту или иную криптовалюту, в первую очередь необходимо просчитать сложность майнинга — степень сложности поиска хэша и создания нового блока в данном блокчейне. Для вычисления сложности используется хэшрейт — количество хэшей, которое может подобрать нода в секунду с единицей измерения H/s (hashes per second). Чем выше хэшрейт, тем выше сложность майнинга и тем меньше криптовалют получает майнер за каждую потраченную единицу энергии. На уровень сложности также влияет количество майнеров, выполняющих работу. Другими словами, чем больше в сети майнеров, использующих мощное оборудование, тем выше сложность майнинга.

В сети Bitcoin сложность майнинга пересчитывается каждые 2016 блоков, то есть каждые две недели. Так, за последние три месяца сложность майнинга биткоина выросла на 37.79% — с 3,007,383,866,429 H/s до 4,940,704,885,521.83000000 H/s.

Волатильность криптовалют
Как показало резкое снижение цены биткоина в феврале этого года, прибыльность майнинга напрямую зависит от котировок добываемых криптовалют. Более того, прошлогодний взлет котировок биткоина увеличил майнинговый рынок на 40%, что привело к тому, что выросла как сложность вычислений, так и количество потребляемой энергии. В связи с чем при февральском ценовом уровне, опустившемся до минимума в $6048, только крупнейшие майнеры смогли остаться на плаву. Так, по данным аналитиков Morgan Stanley, даже при условии использования очень дешевой электроэнергии ($0.03 кВт/ч), майнинг биткоина окупается только при стоимости криптовалюты в $8600 и выше.

Энергетическая неэффективность
Майнинг — чрезвычайно ресурсоемкий процесс. По данным сервиса Power Compare, совокупная энергия, затрачиваемая на добычу биткоина в 2017 году, превысила уровень энергопотребления 159 стран по всему миру. Более того, если бы биткоин был отдельной страной, то он бы занял 41 место по потреблению электроэнергии, использовав 67.91 ТВт за прошлый год.

Что касается 2018 года, то по оценке нидерландского экономиста Алекса де Вриса, до конца года на майнинг одних только биткоинов уйдет порядка 0.5% мирового производства электроэнергии.

Угроза централизации вычислительных мощностей
Другая проблема майнинга, относящаяся к работе блокчейна, — это угроза централизации вычислительных мощностей в одних руках, или угроза атаки 51%. Это происходит, когда у атакующей стороны, в роли которой может выступать сравнительно небольшое количество майнеров, находится «контрольный пакет» хэшрейта, то есть вычислительных мощностей.

Причиной данной угрозы служит тот факт, что майнеры могут находить верные хэши одновременно, в случае чего в блокчейне происходит разветвление. Алгоритм PoW предполагает, что майнеры признают верной ту ветвь, что имеет наибольшее количество блоков, и проголосуют за окончательное включение такой ветви в блокчейн. Таким образом, если майнер или пул майнеров контролирует больше половины хэшрейта, то у них появляется возможность добавлять свои версии блокчейна. Более того, в случае атаки 51% нападающая сторона может добавлять новые блоки, манипулировать двусторонним операциями и не подтверждать новые транзакции. Также атака 51% может привести к тому, что недобросовестные майнеры смогут использовать одну и ту же монету несколько раз, отзывая совершенные с ней транзакции, что называется double-spending, или двойной тратой. При этом атакующая сторона не может менять информацию в уже добавленных блоках и генерировать новые криптовалюты.