Mineritul de bitcoin

 (O diagramă a unui transfer de bitcoin)

Rețeaua bitcoin este o rețea de plată peer-to-peer care funcționează pe un protocol criptografic. Utilizatorii trimit și primesc bitcoini, unitățile de monedă, prin difuzarea de mesaje semnate digital în rețea folosind software-ul de portofel pentru criptomonede bitcoin. Tranzacțiile sunt înregistrate într-o bază de date publică distribuită, replicată, cunoscută sub denumirea de blockchain, cu consensul atins printr-un sistem de verificare numit minerit. Satoshi Nakamoto, designerul bitcoin, a susținut că proiectarea și codificarea bitcoin a început în 2007. Proiectul a fost lansat în 2009 ca software open source.

Rețeaua necesită o structură minimă pentru a partaja tranzacțiile. Este suficientă o rețea ad-hoc descentralizată de voluntari. Mesajele sunt difuzate pe baza celui mai bun efort, iar nodurile pot părăsi și se pot alătura rețelei după bunul plac. La reconectare, un nod descarcă și verifică blocuri noi de la alte noduri pentru a finaliza copia locală a blockchain-ului.

Tranzacții

(O tranzacție reală cu bitcoin, inclusiv taxa de la un schimb de criptomonede bazat pe web la un portofel hardware. Credit: FlippyFlink, https://en.wikipedia.org/wiki/File:An_actual_Bitcoin_transaction_from_the_Kraken_cryptocurrency_exchange_to_a_hardware_LedgerWallet.jpg, licența CC BY-SA 4.0)

Un bitcoin este definit de o succesiune de tranzacții semnate digital care au început odată cu crearea bitcoinului, ca recompensă bloc. Proprietarul unui bitcoin îl transferă prin semnarea digitală către următorul proprietar utilizând o tranzacție bitcoin, la fel ca și în cazul în care aprobați un cec bancar tradițional. Un beneficiar poate examina fiecare tranzacție anterioară pentru a verifica lanțul de proprietate. Spre deosebire de aprobările tradiționale de cec, tranzacțiile cu bitcoin sunt ireversibile, ceea ce elimină riscul de fraudă de rambursare.

Deși este posibil să se gestioneze individual bitcoinii, ar fi dificil să se solicite o tranzacție separată pentru fiecare bitcoin dintr-o tranzacție. Prin urmare, tranzacțiile pot conține mai multe intrări și ieșiri, permițând divizarea și combinarea bitcoinilor. Tranzacțiile comune vor avea fie o singură intrare dintr-o tranzacție anterioară mai mare, fie intrări multiple care combină sume mai mici și una sau două ieșiri: una pentru plată și una care returnează schimbarea, dacă există, expeditorului. Orice diferență între sumele totale de intrare și de ieșire ale unei tranzacții se îndreaptă către mineri ca taxă de tranzacție.

Minerit

Pentru a forma un server de marcaj temporal distribuit ca o rețea peer-to-peer, bitcoin folosește un sistem de proof-of-work (dovadă a muncii). Această activitate este adesea numită minerit de bitcoin.

Solicitarea unei proof-of-work pentru a accepta un nou bloc în blockchain a fost inovația cheie a lui Satoshi Nakamoto. Procesul de exploatare presupune identificarea unui bloc care, atunci când se codifică de două ori cu SHA-256, dă un număr mai mic decât ținta de dificultate dată. În timp ce munca medie necesară crește în proporție inversă cu ținta de dificultate, o codificare poate fi întotdeauna verificată prin executarea unei singure runde de SHA-256 dublu.

Pentru rețeaua de marcaje temporale bitcoin, se găsește o proof-of-work validă de lucru prin incrementul unui nonce până când se găsește o valoare care oferă codificării blocului numărul necesar de biți zero înainte. Odată ce codificarea a produs un rezultat valid, blocul nu poate fi schimbat fără a relua munca. Deoarece blocurile ulterioare sunt înlănțuite după el, munca de schimbare a blocului ar include refacerea lucrării pentru fiecare bloc următor. Dacă există o abatere în consens, atunci poate apărea o bifurcație în blockchain.

Consensul majoritar în bitcoin este reprezentat de cel mai lung lanț, care a necesitat cel mai mare efort pentru a produce. Dacă majoritatea puterii de calcul este controlată de noduri oneste, lanțul corect va crește cel mai rapid și va depăși orice lanțuri concurente. Pentru a modifica un bloc trecut, un atacator ar trebui să refacă proof-of-work a blocului respectiv și a tuturor blocurilor de după acesta și apoi să depășească munca nodurilor corecte. Probabilitatea ca un atacator mai lent să ajungă din urmă scade exponențial pe măsură ce se adaugă blocurile ulterioare.

Pentru a compensa creșterea vitezei hardware și interesul variabil pentru rularea nodurilor în timp, dificultatea de a găsi o codificare validă este ajustată aproximativ la fiecare două săptămâni. Dacă blocurile sunt generate prea repede, dificultatea crește și sunt necesare mai multe codificări pentru a face un bloc și pentru a genera noi bitcoin.

Dificultate și bazine de minerit

Mineritul de bitcoin este un efort competitiv. O „cursă a înarmărilor” a fost observată prin diferitele tehnologii de codificare care au fost folosite pentru a extrage bitcoin: unități centrale de procesare (CPU-uri), unități de procesare grafică (GPU-uri) de vârf, matrice de porți programabile în câmp (FPGA) și circuite integrate cu minerit specifice (ASIC) au fost utilizate, fiecare reducând profitabilitatea tehnologiei mai puțin specializate. ASIC-urile specifice Bitcoin sunt acum metoda principală de extragere a bitcoinului și au depășit viteza GPU-ului de până la 300 de ori. Dificultatea în cadrul procesului de exploatare implică auto-ajustarea la puterea de exploatare acumulată a rețelei. Pe măsură ce bitcoinii au devenit mai dificil de extras, companiile producătoare de hardware pentru computere au înregistrat o creștere a vânzărilor de produse ASIC de ultimă generație.

Puterea de calcul este adesea grupată sau „pusă în comun” pentru a reduce variația veniturilor minerului. Instalațiile miniere individuale trebuie adesea să aștepte perioade lungi pentru a confirma un bloc de tranzacții și pentru a primi plata. Într-un bazin, toți minerii participanți sunt plătiți de fiecare dată când un server participant rezolvă un blocaj. Această plată depinde de volumul de muncă cu care un miner individual a contribuit pentru a ajuta la găsirea blocului respectiv.

Surse de energie și consum

În 2013, Mark Gimein a estimat consumul de energie electrică la aproximativ 40,9 megawați (982 megawați-oră pe zi). În 2014, Hass McCook a estimat 80,7 megawați (80.666 kW). Începând cu 2015, The Economist a estimat că, chiar dacă toți minerii ar folosi facilități moderne, consumul combinat de energie electrică ar fi de 166,7 megawați (1,46 terawați-oră pe an). Indicele consumului de energie electrică Cambridge Bitcoin estimează că consumul de energie al rețelei bitcoin a crescut de la 1,95 terawați-oră pe an la sfârșitul anului 2014, la 77,1 teravați-oră pe an până la sfârșitul lui 2019.

Căutând costuri mai mici cu energia electrică, unii mineri de bitcoin s-au instalat în locuri precum Islanda, unde energia geotermală este ieftină și răcirea aerului arctic este gratuită. Minerii chinezi de bitcoin sunt cunoscuți că folosesc energia hidroelectrică în Tibet pentru a reduce costurile cu electricitatea. Companiile nord-americane folosesc resursele de gaz ca sursă de energie rentabilă pentru minerit de bitcoin. În vestul Texasului, energia eoliană alimentează mineritul de bitcoin. În aprilie 2021, cel puțin o treime din mineritul Bitcoin era alimentat de cărbune în regiunea Xinjiang din China.

Un studiu din 2021 a constatat că emisiile de carbon din mineritul Bitcoin din China – unde majoritatea algoritmului de proof-of-work care a generat valoare economică a fost calculat înainte de jumătatea anului 2021 – s-au accelerat rapid la sfârșitul anilor 2010, sunt în mare parte alimentate de surse neregenerabile, și era de așteptat să depășească emisiile totale anuale ale unor țări precum Italia și Spania în 2016, interferând cu angajamentele internaționale de atenuare a schimbărilor climatice. O interdicție oficială chineză a operațiunilor de exploatare a criptomonedei în mai 2021 – reiterata atât în ​​septembrie, cât și în noiembrie – a dus la relocarea unei mari majorități a echipamentelor miniere departe de China. Cu toate acestea, până la 20 la sută din „toți minerii de bitcoin din lume rămân în China. Aceasta este cu mult peste vârful său de aproximativ 65% până la 75% din piața globală”.

Procesul

 (Mașină de minerit Avalon bazată pe ASIC)

O privire de ansamblu asupra procesului de extragere a bitcoinilor implică:

1. Tranzacțiile noi sunt difuzate către toate nodurile.
2. Fiecare nod miner colectează noi tranzacții într-un bloc.
3. Fiecare nod miner lucrează la găsirea unui cod de proof-of-work pentru blocul său.
4. Când un nod găsește o proof-of-work, acesta transmite blocul către toate nodurile.
5. Nodurile receptoare validează tranzacțiile pe care le deține și acceptă numai dacă toate sunt valide.
6. Nodurile își exprimă acceptarea trecând la lucru la următorul bloc, încorporând codificarea blocului acceptat.

Bitcoini minați

Prin convenție, prima tranzacție dintr-un bloc este o tranzacție specială care produce noi bitcoin deținute de creatorul blocului. Acesta este stimulentul pentru noduri să susțină rețeaua. Ea oferă modalitatea de a muta noi bitcoini în circulație. Recompensa pentru minerit se reduce la jumătate la fiecare 210.000 de blocuri. A început de la 50 de bitcoin, a scăzut la 25 la sfârșitul lui 2012 și la 12,5 bitcoini în 2016. Cea mai recentă înjumătățire, care a avut loc în mai 2020 (cu numărul blocului 630.000), a redus recompensa de bloc la 6,25 bitcoin. Acest proces de înjumătățire este programat să continue de maximum 64 de ori înainte de a înceta crearea de monede noi.

Traducere și adaptare din Wikipedia