Kryptowaluty Slajder 6 września 2023
Kopanie bitcoinów (bitcoin mining) to nic innego jak proces walidacji nowych transakcji w sieci Bitcoin przed dodaniem ich do łańcucha bloków (blockchain). Polega to na energochłonnej aktywności w znajdowaniu rozwiązań algorytmicznych problemów, co – w perspektywie długofalowej – zapewnia bezpieczeństwo i integralność całej sieci.
Mówiąc prościej – w trakcie „kopania”, poszczególne jednostki (walidatorzy, górnicy) rywalizują ze sobą o rozwiązanie pewnego problemu. Ten, kto jako pierwszy osiągnie sukces, otrzymuje nagrodę w postaci pewnej ilości nowo uwolnionych bitcoinów.
Jeśli nadal nie jesteś pewien, jak to dokładnie działa, przeczytaj ten artykuł. Znajdziesz tu szczegółowe informacje na temat procesu kopania bitcoinów oraz zasady działania sieci największej kryptowaluty świata. To fascynujące zagadnienie, które warto zgłębić!
Diabeł tkwi… w zaufaniu
W przypadku tradycyjnych walut emitowanych w ramach systemów państwowych, takich jak złotówka czy dolar, użytkownicy muszą całkowicie zaufać scentralizowanemu organowi odpowiedzialnemu za zarządzanie. W takim scenariuszu to właśnie bank centralny ma pełną kontrolę nad kreacją i obiegiem tych walut.
W systemach fiducjarnych, informacje dotyczące kont i sald użytkowników są zarządzane prywatnie przez instytucje finansowe. Oznacza to, że żadna osoba nie ma możliwości dowiedzenia się, ile pieniędzy ma na koncie ktoś inny, ani na co je wydaje. Dostęp do pełnej księgi transakcji ma wyłącznie bank, co tworzy zamknięty i ściśle strzeżony system finansowy.
Z taką architekturą zarządzania wiążą się trzy główne problemy:
- Nieprzewidywalność: jako, że bank centralny ma wyłączne prawo do „drukowania” nowych pieniędzy, podaż waluty fiducjarnej stale się zmienia. To z kolei może prowadzić do problemów inflacyjnych i z czasem obniżyć siłę nabywczą danej waluty.
- Brak transparentności: tradycyjne rejestry finansowe są ściśle strzeżone, co utrudnia dostęp do informacji dla wszystkich zainteresowanych stron. Tworzy to nietransparentny system finansowy, który nie jest dostępny dla wszystkich.
- Ubezwłasnowolnienie: korzystanie z walut fiducjarnych oznacza, że użytkownicy są uzależnieni od decyzji podejmowanych przez bank centralny i rząd danego kraju. To stwarza pojedyncze punkty odpowiedzialności i potencjalne ryzyko awarii systemu.
Objaśnienie tych zagadnień pozwala lepiej zrozumieć wady tradycyjnych systemów finansowych i zasadność poszukiwania alternatywnych rozwiązań, takich jak kryptowaluty.
Nie ulega wątpliwości, że oferują one większą transparentność, niezależność od scentralizowanych instytucji i potencjał do rozwiązania niektórych problemów spotykanych w tradycyjnym systemie finansowym.
Blockchain Bitcoina
Bitcoin stał się pierwszą globalnie opłacalną, zdecentralizowaną walutą cyfrową. Funkcjonuje na podstawie precyzyjnego protokołu komputerowego i globalnej sieci ludzi, którzy zarządzają, emitują i zabezpieczają ten cyfrowy ekosystem.
To czysto cyfrowa forma pieniądza, gdzie wszystkie transakcje odbywają się elektronicznie za pośrednictwem sieci Bitcoin i są rejestrowane za pomocą technologii zwanej łańcuchem bloków (ang. blockchain). Łańcuch bloków Bitcoina to pełna historia transakcji, które użytkownicy dokonywali między sobą – regularnie aktualizowana o nowe bloki z bieżącymi transakcjami.
Jedną z charakterystycznych cech publicznych łańcuchów bloków, takich jak ten wykorzystywany przez Bitcoin, jest to, że każdy użytkownik może w czasie rzeczywistym przeglądać wszystkie transakcje w sieci oraz mieć dostęp do pełnego archiwum zakończonych transakcji – w tym informacji o adresach odbiorców i nadawców, a także ich indywidualnych sald.
Ale jak to wszystko działa w praktyce?
Polityka monetarna Bitcoina
W przeciwieństwie do uprawnień przyznanych przez rządy i banki centralne do drukowania nowej waluty w dowolnym momencie, system emisji bitcoinów jest zarządzany przez predefiniowany kod cyfrowy.
W protokole Bitcoina zapisane są trzy główne elementy polityki pieniężnej:
- 10-minutowy czas bloku: nowe bitcoiny wchodzą do obiegu mniej więcej co 10 minut. Jest to zarządzane autonomicznie poprzez algorytm trudności wydobycia (o tym za chwilę).
- Stała podaż: w obiegu znajdzie się maksymalnie 21 milionów bitcoinów (BTC). Podaż Bitcoina ma charakter twardej kapitalizacji. Oznacza to, że gdy liczba monet uwolnionych w ramach nagród blokowych osiągnie 21 milionów, protokół zaprzestanie bicia i dystrybucji nowych cyfrowych monet i dystrybuowania ich wśród górników.
- Halving: co 210 000 bloków (mniej więcej co cztery lata) liczba nowo wybitych bitcoinów uwalnianych dla górników jako nagrody za nowe bloki jest zmniejszana o połowę. Kiedy sieć Bitcoin została uruchomiona po raz pierwszy w 2009 roku, nagroda wynosiła 50 BTC. Od tego czasu nagrody za bloki przeszły trzy osobne wydarzenia związane z halvingiem (2012, 2016 i 2020). Obecnie nagrody wynoszą 6,25 bitcoina za blok.
Nagrody będą zmniejszane o połowę aż do wydobycia ostatniego bitcoina – co ma nastąpić około 2140 r.
System cyklicznego zmniejszania nagrody o połowę dodaje dodatkową warstwę przewidywalności do polityki pieniężnej sieci, umożliwiając użytkownikom dokładne mapowanie jego podaży.
Ze względu na wbudowaną stopę inflacji oraz skupienie się na długoterminowej stabilności i transparentności, zaufanie użytkowników do protokołu pozostaje wysokie. Co więcej, stała polityka pieniężna Bitcoina skłania coraz większą liczbę inwestorów w kierunku jego kryptowaluty jako wiodącego nośnika wartości.
Jak działa kopanie bitcoinów?
Aby zapewnić bezpieczeństwo sieci Bitcoin i regulować podaż nowych cyfrowych monet wchodzących do obiegu, Bitcoin wykorzystuje proces zwany kopaniem lub wydobywaniem (ang. mining).
Zanim zagłębimy się w mechanikę Bitcoina, ważne jest, aby zrozumieć powód, dla którego proces wydobycia jest w ogóle potrzebny.
Jak wspomnieliśmy wcześniej, siecią Bitcoin nie zarządza bank centralny ani żadna pośrednicząca instytucja finansowa. Zamiast tego jest zarządzany wspólnie przez ludzi (węzły, górnicy) rozsianych po całym świecie.
Taka decentralizacja stwarza jeden oczywisty problem; jeśli każdy może uczestniczyć w sieci i nie ma jednego organu sprawdzającego, kto się przyłącza, to w jaki sposób można uniemożliwić to węzłom o złych intencjach, którzy mogliby chcieć manipulować siecią?
Za rozwiązanie tego kłopotu odpowiada algorytm konsensusu.
Proof of Work Bitcoina
Mechanizm konsensusu to cyfrowo sterowany system, którego zadaniem jest wybór uczciwych uczestników sieci do pełnienia określonej roli – w tym przypadku ważnej roli polegającej na proponowaniu nowych bloków transakcji.
Ponieważ bloki i transakcje w nich zawarte stają się po dodaniu do łańcucha nieodwracalne istotne jest, aby transakcje były ważne i akceptowane przez wszystkich.
Chodzi o to, żeby móc rozstrzygnąć, czy Piotr ma wystarczające saldo, aby wysłać Ani określoną ilość bitcoinów? Czy Piotr próbował dwukrotnie wydać te same monety? Są to jedne z kluczowych zagadnień, które należy sprawdzić za każdym razem – aby upewnić się, że transakcje są ważne – zanim zostaną trwale dodane do blockchaina.
Z tego powodu uczestnicy pełniący tę konkretną rolę są powszechnie nazywani „walidatorami” (węzłami).
Istnieje wiele różnych mechanizmów konsensusu, które można zastosować w sieci opartej na blockchainie, każdy z własną specyficzną metodą filtrowania nieuczciwych użytkowników.
Bitcoin korzysta z mechanizmu konsensusu Proof-of-Work (PoW) – systemu, w którym walidatorzy (górnicy) używają specjalnie skonfigurowanego sprzętu komputerowego do tworzenia kodów o stałej długości zwanych „haszami” (ang. hash).
Proces kopania bitcoinów
Proces jest prosty. Górnicy konkurują ze sobą, używając swoich jednostek obliczeniowych (procesory – CPU lub karty graficzne -GPU) do generowania skrótów – zwykle w liczbie milionów na sekundę.
Aby zdobyć wyłączne prawo do zaproponowania kolejnego bloku i zdobyć nagrody za jego wykopanie (obejmujące nowo wybite bitcoiny oraz wszelkie opłaty związane z transakcjami), górnicy muszą utworzyć skrót o wartości równej lub niższej do celu wyznaczonego przez protokół zwany „hash docelowy”.
Docelowy skrót to wartość z określoną liczbą zer na początku, który wygląda mniej więcej tak:
00000000000000000000a8ba41fe240e0b375be097546189d04b6312085f06da
Docelowy skrót dla każdego nowego bloku transakcji jest najpierw transmitowany do sieci jako część poprzedniego bloku. Informacje te są przechowywane w nagłówku bloku, w którym znajduje się większość kluczowych informacji dotyczących bloku.
Wewnątrz nagłówka bloku znajduje się również wartość zwana „nonce”. Tworząc hash, który ma pokonać docelowy hash, wszyscy górnicy biorą nagłówek bloku poprzedniego bloku, zmieniają wartość jednorazową na nową liczbę i uruchamiają go przez algorytm Secure Hash Algorithm 256 (SHA-256). Za każdym razem, gdy wartość nonce zostanie zmieniona, powstaje zupełnie nowy skrót.
Jako, że skróty generowane są całkowicie losowo, utworzenie zwycięskiego hasha jest po prostu kwestią prób i błędów. Proces takiego „zgadywania” i sprawdzania trwa, dopóki jeden z górników nie utworzy skrótu, który ma na początku tyle samo lub więcej zer jak docelowy skrót.
Chociaż znalezienie tej wartości może wydawać się łatwe, w rzeczywistości jest niezwykle trudne. Dlatego też niektóre firmy zbudowały ogromne hale zapełnione sprzętem wydobywczym, aby mieć największe szanse na wygenerowanie zwycięskiego hasha szybciej niż ktokolwiek inny.
Co więcej, w poszukiwaniu optymalnych wyników górnicy angażują się w zakup lub wynajem wyspecjalizowanego sprzętu wydobywczego. Jednak nie tylko same maszyny są kosztowne, ale także ich konserwacja i eksploatacja.
Hash w kontekście kopania bitcoinów
Hashe utworzone na potrzeby wydobywania bitcoinów są generowane za pomocą algorytmu kryptograficznego SHA-256, który jest zasadniczo algorytmem matematycznym, który pobiera dane wejściowe o dowolnej długości i zamienia je w 64-cyfrowy kod szesnastkowy o stałej długości.
Pomyśl o haszowaniu kryptograficznym jako o specjalnej maszynie generującej hasła, która zamienia dowolne wprowadzone dane – niezależnie od tego, czy jest to pojedyncze słowo czy losowy ciąg znaków na klawiaturze – w unikalną kombinację 64 znaków.
Hashe mają kilka interesujących cech.
Jednokierunkowość: nie możesz wziąć skrótu i ustalić, jakie były jego pierwotne dane wejściowe.
Determinizm: jeśli uruchomisz te same dane wejściowe za pomocą tej samej kryptograficznej funkcji mieszania, dostaniesz zawsze ten sam kod o stałej długości.
Unikalność: każdy wygenerowany kod skrótu jest całkowicie unikalny dla odpowiadających mu danych wejściowych.
Przykładowo, jeśli miałbyś zmienić pojedynczą literę z jakiegokolwiek słowa z tego artykułu i poddać ją działaniu algorytmu SHA-256, ta pozornie nierozpoznawalna zmiana skutkowałaby natychmiast rozpoznawalnym i zupełnie innym kodem w systemie szesnastkowym.
Trudność wydobycia
Podkreślmy to raz jeszcze: nowo wybity bitcoin wchodzi do obiegu poprzez nagrody blokowe za każdym razem, gdy górnik znajdzie docelowy skrót i uzyska prawo dodania nowego bloku do łańcucha bloków.
Aby mieć pewność, że nowe monety nie zaleją rynku gdy sieć będzie zapełniać się coraz większą liczbą nowych górników, twórca Bitcoina zapisał w protokole algorytmiczny system dostosowywania trudności.
Algorytm trudności wydobywania bitcoinów działa w ten sposób, że po każdych 2016 blokach (mniej więcej co dwa tygodnie) protokół sprawdza, ile czasu zajęło górnikom odkrycie zwycięskiego skrótu dla każdego bloku.
Średni czas bloku Bitcoina wynosi 10 minut. Średnio co 10 minut jeden górnik w sieci powinien natknąć się na zwycięski skrót. Taki charmonogram na celu pomóc w regulowaniu przepływu nowych monet wchodzących do obiegu, zapewniając przewidywalny kurs emisji kryptowaluty.
Mówiąc dokładniej, algorytm sprawdza, ile czasu zajęło górnikom odkrycie 2016 bloków i porównuje ten czas z 20 160 minutami, jakie powinno to zająć (10 x 2016).
Jeśli bloki zostaną odkryte szybciej niż oczekiwano, algorytm automatycznie dostosuje stopień trudności, aby utrudnić górnikom znalezienie zwycięskiego skrótu i odwrotnie. Dokonuje tego poprzez dodanie lub usunięcie zer z przodu kolejnych docelowych skrótów w następnej partii 2016 bloków, co nazywa się epoką (ang. epoch).
Wraz ze wzrostem trudności rosną również koszty związane z wydobyciem. W niektórych przypadkach wzrosty trudności w wydobywaniu bitcoinów zmusiły do porzucenia działalności górników, którzy nie byli w stanie osiągnąć progu rentowności na kosztach operacyjnych energii elektrycznej i sprzętu.
Ponieważ górnicy posiadający niewielki procent mocy wydobywczej prawdopodobnie nie wykopią kolejnego bloku, a tym samym rzadko otrzymają nagrodę, łączą często swoje zasoby w tak zwanych pulach wydobywczych (ang. mining pools).
Obecnie większość wydobywania bitcoinów jest prowadzona właśnie przez takie grupy. Pule wydobywcze dzielą się swoją mocą obliczeniową i dzielą nagrody proporcjonalnie między swoich członków.
Aktualny stan i problemy miningu bitcoina
Rozwój sektora pul wydobywczych odegrał kluczową rolę w łagodzeniu wyzwań stojących przed górnikami indywidualnymi, oferując większą pewność i stabilność w generowaniu przychodów z nagród.
Doprowadziło to jednak do krytycznego problemu: centralizacji produkcji bloków.
Jeśli przyjrzymy się wymiarom udziału głównych grup wydobywczych odkryjemy, że tylko dwa podmioty rejestrują więcej niż połowę wszystkich bloków w Bitcoin: Foundry USA i AntPool.
Foundry była największą pulą wydobywczą BTC w Stanach Zjednoczonych, ale po wielkiej migracji hashrate’u spowodowanej chińskimi atakami na sektor miningowy, bardzo szybko stała się największą pulą na poziomie globalnym.
AntPool jest z kolei oddziałem firmy Bitmain, największego na świecie producenta specjalistycznego sprzętu do kopania kryptowalut.
Kopanie bitcoinów a zużycie energii
W ostatnich latach pojawiło się wiele kontrowersji dotyczących zużycia energii przez kryptowaluty. Wiele z nich dotyczyło w szczególności kopania bitcoinów.
Obawy dotyczące elektroodpadów pochodzących ze sprzętu górniczego oraz nadmiernego zużycia energii elektrycznej, a także paliw kopalnych wytwarzających tę energię, wywołały ogólnoświatową debatę.
W momencie pisania tego tekstu (wrzesień 2023) sieć Bitcoin zużywa nieco ponad 119 terawatogodzin (TWh) energii rocznie. Dla porównania, jest to mniej więcej tyle samo energii, ile potrzeba do zasilania wszystkich lodówek w Stanach Zjednoczonych. Poszerzmy nieco perspektywę faktem, że same urządzenia klimatyzacyjne zużywają rocznie 2199 TWh energii.
Zapotrzebowanie na większą moc obliczeniową oraz wysoka cena sprzętu i energii elektrycznej potrzebnej do prowadzenia tych procesów zaowocowały powstaniem innowacyjnych rozwiązań.
Przykładowo, wiele firm wydobywczych przeniosło swoją działalność do krajów dysponujących dużą ilością energii elektrycznej, takich jak Kanada i Islandia.
W kopanie bitcoinów zaangażował się przemysł naftowy i gazowy. Zakłady tego sektora dysponują często nadwyżkami energii, która w przeciwnym razie uległaby zmarnowaniu.
Wielu krytyków zadaje pytanie, dlaczego Bitcoin nie przejdzie po prostu na bardziej energooszczędny mechanizm konsensusu, taki jak chociażby Proof of Stake. To złożone pytanie, ale krótko mówiąc, Proof of Work ma pewną wyraźną przewagę nad Proof of Stake w odniesieniu do przeznaczenia bitcoina. Dlaczego?
BTC jest nośnikiem wartości, a część tego, co utrzymuje tę wartość, to trudność w uwalnianiu nowych bitcoinów z protokołu i wysoki poziom bezpieczeństwa chroniący system przed zmonopolizowaniem kontroli nad kryptowalutą.
Mechanizm konsensusu Proof of Work zapewnia w tym zakresie wyjątkowe korzyści, dzięki czemu jest optymalny dla kryptowaluty takiej jak bitcoin, która może stanowić długoterminowy magazyn wartości (store of value).
Przyszłość kopania bitcoinów
Co się stanie, gdy wydobędzie się wszystkie 21 milionów bitcoinów?
Powinniśmy pamiętać, że górnicy są odpowiedzialni za znacznie więcej niż tylko uwalnianie nowych bitcoinów. Po wykopaniu ostatniej cyfrowej monety nadal będą weryfikować transakcje i wspólnie zabezpieczać całą sieć Bitcoin.
Chociaż nie będą już otrzymywać nagród za bloki, nadal będą otrzymywać opłaty transakcyjne. Walidacja sieci będzie w dalszym ciągu niezwykle ważną funkcją ekosystemu.
Gdyby nie było górników, którzy na bieżąco sprawdzaliby nowe kopie rejestru transakcji, blockchain prawdopodobnie padłby ofiarą ataku, czyniąc bitcoina bezużytecznym jako nośnik wartości.
Nawet po wykopaniu wszystkich bitcoinów działalność górników pozostanie niezbędna, aby utrzymać wartość kryptowaluty i przetwarzać trwające transakcje w sieci.
Podsumowanie
Kopanie bitcoinów jest bardzo złożone i obejmuje kilka aspektów. Chociaż z każdą inwestycją lub technologią kryptowalutową zawsze wiąże się pewne ryzyko, zrozumienie podstawowych pojęć związanych z kopaniem BTC może pomóc inwestorom w podejmowaniu bardziej pewnych decyzji w przyszłości. Niezależnie od tego, czy chcesz zostać górnikiem, czy też jesteś zainteresowany inwestowaniem w kryptowaluty, zaznajomienie się z miningiem bitcoina może znacznie uprościć podejmowanie decyzji, a nawet przynieść zyski. Mamy głęboką nadzieję, że lektura tego artykułu poszerzyła Twoje horyzonty i zmotywowała Cię do samodzielnego zgłębienia tematu!
