Как работает PoW-блокчейн
Proof-of-Work — это первый алгоритм консенсуса. Его разработал Сатоши Накамото еще в 2008 году и на основе PoW построил работу биткоина.
Proof-of-Work — это механизм достижения консенсуса с доказательством проделанной работы. Под ней подразумевается майнинг — выполнение математических вычислений для создания новых блоков.
У блокчейна, в отличие от банков, нет централизованных серверов и отдела, которые бы проверяли транзакции. Эту функцию берут на себя майнеры, а точнее — их компьютеры. Они решают криптографические задачи, подтверждают переводы и записывают данные в блокчейн, создавая новый блок.
Для решения задач необходимы мощные майнинг-фермы, сборка которых стоит миллионы рублей.
Мощный асик для майнинга биткоина — Antminer S19 XP 140 Th/s продается минимум за 450 000 рублей. Одного такого устройства недостаточно даже для обеспечения хорошего дохода.
Особенность Proof-of-Work заключается в том, что сложность криптографической задачи растет вместе с хэшрейтом. Чем больше компьютеров подключено к сети, тем больше вычислений необходимо произвести. Это делает атаки на мощные блокчейны невозможными или как минимум невыгодными.
Цикл добавления транзакций в блокчейн
Подтверждение переводов и сохранение данных происходит за пять шагов:
- Пользователь переводит монеты из своего кошелька на другой.
- В Mempool (общий реестр) записывается информация о транзакции.
- Блокчейн создает алгоритмы проверки входных и выходных данных.
- Майнеры, подключенные к сети, решают криптографическую задачу. Кто первым подберет ключ, тот получит возможность проверить транзакцию и добавить ее в новый блок.
- Если все верно, то информация о транзакции записывается в блок, а пользователь получает вознаграждение.
Скорость решения задачи зависит от двух факторов: хэшрейта сети и самой фермы. Чем больше первый показатель, тем больше чисел необходимо перебрать. Из-за этого среди майнеров биткоина началась «гонка вооружений».
Как решают криптографические задачи
По своей сути такая задача — простой перебор чисел. Сначала алгоритм блокчейна создает хэш-сумму и устанавливает минимальную границу значения. Майнинг-фермы начинают пересчитывать каждую цифру в комбинации. Если полученная хэш-сумма сошлась, задача считается решенной. В противном случае техника продолжает перебор.
При этом подобрать комбинацию без помощи мощного оборудования нельзя. Не существует какой-то закономерности, позволяющей быстро определить правильную хэш-сумму. И единственный способ быстрее выполнять вычисления и получать вознаграждение за открытие блока — расширять ферму.
Обычно блоки добывают именно крупные фермы и пулы, так как им хватает мощности для быстрого решения задач, но иногда и соло-майнеры умудряются добыть целый блок. Такие случаи происходят крайне редко, поэтому ориентироваться на них не стоит.
Алгоритмы хэширования с PoW
Алгоритмы хэширования различаются механизмом шифрования входной информации и обеспечения безопасности. Сейчас в PoW-блокчейнах чаще всего встречаются пять алгоритмов:
- SHA-256 — создается уникальная 256-битная хэш-функция фиксированного размера для каждого блока. По словам создателя алгоритма, для взлома на домашнем ПК потребуется более 1 млн лет. SHA-256 используется в биткоине. Не рекомендуется майнить его на GPU или процессоре, так как такие сети практически полностью «захвачены» высокопроизводительными асиками;
- Scrypt — по сути не отличается от SHA-256, но в него разработчики снизили эффективность ASIC, чтобы майнить могли люди с GPU. Однако в 2023 году уже можно найти асики, заточенные под этот алгоритм, из-за чего рентабельность домашней добычи сильно зависит от хэшрейта и интереса промышленных майнеров;
- CryptoNight — это алгоритм с ASIC-резистентностью. CryptoNight используется для майнинга тех монет, которые поддерживают протокол CryptoNote, включая Monero. Он строго привязанная к памяти (memory hard hash), в данном случае к кэш-памяти третьего уровня процессоров, поскольку она ориентирована на задержку;
- Ethash — был создан как функция для выполнения проверки работы блокчейна Ethereum. Этот алгоритм сочетает в себе две стандартные криптографические функции, SHA-3 и Keccak. В результате получается функция с устойчивостью к ASIC, но в то же время быстрая в проверке и выполнении;
- X11 — преемник вариантов X13, X15 и X17. Представляет собой алгоритм проверки работоспособности, разработанный для обеспечения высокой эффективности как на CPU, так и на GPU. Он использует комбинацию из одиннадцати различных алгоритмов шифрования.
Если вы планируете майнить на видеокартах, то нужно выбирать блокчейны с ASIC-резистентностью. Так называют особенность алгоритма, когда хэшрейт искусственно снижается. Благодаря этому домашние фермы становятся конкурентоспособными.
Как майнят криптовалюту
Майнинг — добыча цифровых монет. Хотя оборудование постоянно выполняет сложные вычисления, пользователю почти ничего не нужно делать. Достаточно купить оборудование, подключить и настроить. Из-за этого майнинг часто называют пассивным источником дохода.
В действительности немного сложнее, так как это не банковский вклад, о котором можно забыть на пару лет, пока копятся проценты. Вам придется постоянно следить за состоянием фермы и искать новые цифровые активы.
За что майнеры получают деньги
Решая криптографические задачи и создавая блоки в цепи, майнер получает монеты, замороженные в системе. Их получает только один пользователь, который первым выполнил вычисления хэш-суммы.
Из-за этого среди майнеров началась гонка вооружений — постоянная покупка нового оборудования и расширение ферм.
В результате гонки большая всех видеокарт в мире стали бесполезны для добычи криптовалюты. Согласно Whattomine, только один GPU приносит доход больше доллара в сутки — NVIDIA GeForce RTX 4090. Хорошую прибыль обеспечивают только 20 асиков.
Стоит ли заниматься майнингом в 2023
И да, и нет. Все зависит от готовности инвестировать по-крупному. Для сборки фермы потребуется вложить от $6000 до $10 000. При этом технику нужно обновлять, так как видеокарты и асики быстро устаревают и становятся невыгодными.
Подсчитывая примерную прибыль, не забывайте учитывать стоимость электроэнергии. Большие расходы на электричество могут свести к нулю доход.
Если вас это не останавливает, тогда собирайте ферму и подключайтесь к майнинг-пулу. Так называют объединение пользователей, которые вместе добывают криптовалюту и делят вознаграждения. В 2023 году соло-майнинг — бессмысленной занятие, если нет ангара асиков, как у Bitriver.
А так ли безопасен PoW — атака 51%
Изначально блокчейн создавался в качестве аналога централизованных сетей банков — взломай ее и получи все деньги вкладчиков. Сначала так и было, но растущий хэшрейт вынудил майнеров собираться в пулы.
Это привело к централизации мощностей в руках нескольких людей — создателей пулов.
Суть атаки 51% заключается в том, что злоумышленники получают доступ к 51% хэшрейта. Это позволяет подделывать блоки и дважды тратить криптовалюту.
Ранее от нее пострадали:
- Monacoin;
- Bitcoin Gold;
- Litecoin Cash;
- ZenCash.
В случае с биткоином эта угроза потенциальная и имеет мало шансов на реализацию, так как для захвата такого объема хэшрейта потребуется невероятное количество оборудование. Чем больше будет расти блокчейн, тем меньше вероятность столкнуться с атакой 51%. Поэтому от нее страдали только небольшие блокчейны.
Резюме
Proof-of-Work — надежное, но неидеальное решение проблемы двойного расходования. Огромное потребление энергии и централизация заставляют разработчиков новых сетей придумывать новые варианты обеспечения безопасности системы.