Ключевые моменты
Корректировка сложности каждые 2016 блоков помогает поддерживать постоянное 10-минутное время блока, предотвращая быстрое увеличение и перегрузку сети.
В октябре 2024 года сложность майнинга биткойнов достигла рекордного уровня в 95,7 триллиона, что привело к увеличению потребления энергии и оказанию давления на прибыль майнеров, если они не адаптируют эффективное оборудование или не снизят затраты на электроэнергию.
Изменения хешрейта сети, вызванные такими факторами, как увеличение количества майнеров или улучшение оборудования, напрямую влияют на сложность майнинга биткоинов в поддержании времени блока.
Опасения по поводу энергопотребления биткоина побудили майнеров исследовать возобновляемые источники энергии и другие решения, позволяющие оставаться конкурентоспособными и устойчивыми.
Майнинг биткоинов — это процесс решения сложных математических задач для защиты сети и создания новых монет. Чтобы обеспечить постоянную скорость добавления новых блоков, сложность этих задач регулярно корректируется.
Проще говоря, чем больше майнеров присоединяется к сети, тем сложнее становится добывать биткоины, обеспечивая предсказуемое предложение и безопасную систему.
В этой статье объясняется, что такое сложность майнинга биткоинов, как она со временем корректируется для поддержания безопасности и стабильности сети, как она рассчитывается и какие факторы влияют на прибыльность майнинга.
Понимание сложности майнинга биткоинов
Сложность майнинга биткоинов гарантирует, что сеть добавляет блоки с постоянным 10-минутным циклом, предотвращая быструю инфляцию и перегрузку сети. Майнеры должны найти хэш с определенным количеством начальных нулей, отрегулировав «nonce». Эта сложность корректируется каждые 2016 блоков для поддержания стабильности и безопасности сети.
По правде говоря, майнить биткоины совсем несложно. По сути, все, что делает майнер, это шифрует следующую информацию:
Заголовок предыдущего блока: связывает новый блок с предыдущим блоком, сохраняя непрерывность цепочки.
Merkle Root: хэш, представляющий все транзакции в блоке, позволяющий эффективно проверять целостность данных.
Временная метка: время создания блока, используемое для хронологического упорядочивания.
Номер версии: указывает версию блока и правила протокола, которым он следует.
Для современного майнера биткоинов расчет хеша для нового блока должен происходить мгновенно. Так почему бы и нет?
Во-первых, блокчейн будет перегружен блоками, добавляемыми с неконтролируемой скоростью. Это приведет к новой волне наводнения рынка биткоинами, что приведет к гиперинфляции. Стоимость биткоина резко упадет, поскольку новые монеты будут создаваться гораздо быстрее запланированного графика поставок, что нарушит хрупкое равновесие, поддерживающее его дефицит.
Во-вторых, быстрое добавление блоков создает нагрузку на сеть, затрудняя синхронизацию узлов. Полные узлы, которые проверяют и хранят весь блокчейн, столкнутся с трудностями при загрузке и проверке чрезмерного количества блоков, что приведет к фрагментации сети. Это может облегчить злоумышленникам использование уязвимостей безопасности, например, проведение атаки 51%, поскольку скорость создания блоков будет препятствовать надлежащей проверке и достижению консенсуса между узлами.
В конечном итоге обработка транзакций станет хаотичной. Отсутствие корректировки сложности означает, что не будет структурированных временных рамок для подтверждения транзакций, что подрывает надежность сети. Предсказуемое время блока в 10 минут необходимо для обеспечения быстрой, но упорядоченной обработки транзакций. Без этого пользователи могут столкнуться с непредсказуемым временем транзакций и непоследовательной структурой комиссий, что снизит доверие к сети.
Естественным решением этой проблемы является простое увеличение сложности кодирования этой информации.
Биткоин и другие цепочки доказательств выполнения работы, такие как Monero и Litecoin, решают эту проблему, требуя от майнеров кодировать информацию не просто в любой хеш, а в хеш, который соответствует определенному требованию по размеру.
Например, если вы закодируете фразу «Я люблю Cointelegraph» как 256-битный шестнадцатеричный хеш с помощью алгоритма вроде SHA-256, вы получите:
148530ee91a00571250b58ea69c9947b10a702cf135b3f56cdad39f74450d145
Это довольно большое целое число. Итак, что можно сделать, чтобы сократить его?
Добавляя информацию, которая изменяет вывод (называемую nonce), вам придется попытаться получить начальный ноль и потерпеть неудачу около 16 раз:
Я люблю Cointelegraph 64
04dc36a0b5a40cba5524cd80064bcb5d21dfd28ecd811684f520a73e38362abf
Вероятно, недостаточно мал. Чтобы получить два ведущих нуля, вам понадобится около 256 попыток. Измените одноразовый номер на 98 и посмотрите результат:
Я люблю Cointelegraph 98
00ddde1a51e44602a4397cb80f51dc218e6bbc3b50ac4dc4b612e7d62016ca02
Успех! Итак, сколько попыток потребуется, чтобы получить первые три нуля? Около 4000 попыток. А что насчет первых двадцати нулей? Потенциально это число может достигнуть септиллионов.
На самом деле, именно так работает сложность майнинга: хеш должен начинаться с определенного количества нулей. В свою очередь, для этого майнеру необходимо добавить к хешу значение «nonce», обычно в диапазоне от 0 до примерно 4 000 000.
В зависимости от того, насколько быстро майнеры выполнят эти требования, сложность будет автоматически корректироваться каждые две недели (или, точнее, каждые 2016 блоков), чтобы гарантировать, что среднее время блока будет максимально приближено к 10 минутам.
Вот пример заголовка блока, который успешно соответствовал требованиям сложности майнинга в ноябре 2024 года:
000000000000000000000000a497c6b1be95b76a9e25a797f8fe49953d40c06a027e
Представьте себе класс учеников, у которых возникла математическая проблема. Если большинство учеников закончат слишком быстро, учитель усложнит следующую задачу.
Если они займут слишком много времени, то следующая задача будет проще. Аналогичным образом сеть Bitcoin отслеживает скорость добавления блоков и регулирует «сложность задачи», чтобы поддерживать постоянный 10-минутный интервал.
Этот баланс важен для поддержания предсказуемого предложения новых биткоинов и обеспечения безопасности сети.
Расчет сложности майнинга биткоинов: насколько сложно добыть блок?
Сложность майнинга биткоинов, или «nBits», состоит из показателя степени и коэффициента, определяющих цель майнинга. Более низкое целевое значение означает более высокую сложность.
Упомянутую «сложность» на самом деле правильнее было бы назвать «nBits». Это поле представляет собой сокращенное представление сложности майнинга, состоящее из двух основных частей:
Экспонента: Экспонента указывает количество бит, которое необходимо сдвинуть влево, чтобы правильно установить цель. По сути, он определяет общий «размер» цели, указывая количество позиций, на которое необходимо сместить коэффициент. Короче говоря, он не решает ничего.
Коэффициент (или мантисса): Коэффициент — это числовое значение, которое в сочетании с показателем степени определяет фактический порог. Это значение обеспечивает более подробную информацию, необходимую для точной настройки сложности. Короче говоря, он показывает значимые цифры после начального нуля.
Сочетание этих двух факторов создает общую цель сложности, которую майнеры должны достичь или опуститься ниже, чтобы успешно добыть блок.
Например, конкретное значение nBits 0x1b0404cb означает:
Экспонента равна 0x1b (или 27 в десятичной системе счисления), что указывает на то, что коэффициент сдвинут влево на 27 бит.
Коэффициент равен 0x0404cb (или 263755 в десятичной системе), что формирует базовое число для целевого порога.
Эти компоненты важны, поскольку они определяют, насколько сложно добыть новый блок. Чем ниже целевое значение, тем сложнее найти хеш-функцию, соответствующую критериям.
Вы знали? Термин nBits означает «сетевые биты». Это компактное представление, используемое в майнинге биткоинов для обозначения целевой сложности для майнеров.
Факторы, влияющие на сложность майнинга биткоинов
По мере увеличения скорости хеширования за счет увеличения числа майнеров или улучшения оборудования возрастает и сложность поддержания 10-минутного времени блока. Если хешрейт уменьшается, сложность уменьшается.
Как уже упоминалось, сложность майнинга биткоинов — это динамический параметр, который корректируется примерно каждые две недели (или каждые 2016 блоков). Состояние общей скорости хеширования сети является основной причиной изменения nBits. В конце концов, он представляет собой объединенную вычислительную мощность всех майнеров в сети Bitcoin.
Более высокая скорость хэширования указывает на то, что в сети задействовано больше майнеров или более мощное майнинговое оборудование. По мере увеличения скорости хеширования блоки добываются быстрее предполагаемого 10-минутного интервала. Чтобы компенсировать это, сеть увеличивает сложность майнинга, гарантируя, что блоки будут добавляться с постоянной скоростью. И наоборот, если скорость хеширования уменьшится, сложность уменьшится, чтобы сохранить время генерации блока.
Например, в октябре 2024 года семидневная скользящая средняя скорость хеширования биткоина достигла исторического максимума почти в 703 экзахеша в секунду (ЭХ/с), что привело к соответствующему увеличению сложности майнинга.
Может произойти и обратное. Если майнеры покидают сеть или их майнинговое оборудование устаревает или становится нерентабельным, общий хэшрейт снижается.
Подобный случай произошел в конце 2021 года, когда меры Китая по борьбе с майнингом криптовалют вынудили многие предприятия по добыче полезных ископаемых закрыться или переместиться. Это внезапное падение скорости хэширования привело к значительному снижению сложности майнинга. В июле 2021 года сложность сети Bitcoin резко возросла — примерно на 28%, что позволило майнерам продолжить добычу блоков с разумной скоростью, несмотря на снижение пропускной способности сети.
Вы знали? Переход от майнинга с использованием CPU и GPU к майнингу с использованием ASIC значительно увеличил хешрейт сети за последние годы, что потребовало частой корректировки сложности майнинга для поддержания целевого времени блока.
Сложность майнинга биткоинов – хронология
Число сложности майнинга показывает, насколько сложнее добыть новый блок по сравнению с базовой сложностью 1 (самый простой уровень на момент первого запуска Bitcoin). Например, если число сложности равно 10 000 000, это означает, что добыча блока в 10 миллионов раз сложнее, чем при значении сложности 1.
2009 – Рождение и ранние годы
Январь 2009 г.: сложность майнинга началась с 1, самого простого уровня, когда Сатоши Накамото добыл генезис-блок с помощью базового процессора. Это низкое число показывает уровень конкуренции и минимальную вычислительную мощность, необходимую для добычи блока.
Декабрь 2009 г.: уровень сложности остается на уровне 1, что отражает ограниченное количество участников сети.
2010 – Переход на майнинг на GPU
Июль 2010 г.: Появление майнинга на GPU привело к первому значительному увеличению сложности. К концу 2010 года сложность возросла примерно до 14, что представляет собой переход от случайного майнинга к более конкурентному участию с более совершенным оборудованием.
2013 – Эра майнинга с использованием ASIC
Январь 2013 г.: Появление майнеров ASIC привело к значительному увеличению сложности, поскольку они обеспечивали большую вычислительную мощность, чем графические процессоры. Сложность возросла примерно до 3 500 000.
Декабрь 2013 г.: к концу года сложность возросла примерно до 1 500 000 000, что отражает быстрое внедрение технологии ASIC и увеличение скорости хеширования сети.
2017 – Бычий рынок биткоинов
Январь 2017 г.: сложность майнинга составляет около 300 000 000 000, значительно увеличиваясь из-за совершенствования оборудования для майнинга и выхода на рынок большего количества майнеров из-за роста цены биткоина.
Декабрь 2017 г.: в конце периода роста сложность достигла приблизительно 1 590 000 000 000, что отражает возросшую конкуренцию и инвестиции в инфраструктуру майнинга, поскольку цена биткоина приблизилась к 20 000 долларов США.
2020 – Третий халвинг и его влияние
Май 2020 г.: непосредственно перед третьим халвингом сложность майнинга составляла около 16 100 000 000 000. В результате этого сокращения вознаграждение за блок сокращается с 12,5 до 6,25 BTC, что приводит к корректировке участия майнеров и прибыльности.
Декабрь 2020 г.: сложность майнинга возросла примерно до 18 600 000 000 000, поскольку майнеры адаптировались к новым экономическим условиям и продолжали инвестировать в более эффективное горнодобывающее оборудование.
2021 – Запрет на добычу полезных ископаемых в Китае
Май 2021 г.: меры по ограничению майнинга в Китае приводят к резкому падению хешрейта. В июле 2021 года сложность снизилась на 28%, составив примерно 14 400 000 000 000. Это падение является крупнейшей коррекцией в истории биткоина и показывает, как изменения политики в основных регионах майнинга могут повлиять на сеть.
Декабрь 2021 г.: по мере того, как майнеры переезжают на новые территории и возобновляют работу, уровень сложности восстановится примерно до 24 200 000 000 000.
2024 – Рекордно высокий показатель
Октябрь 2024 г.: сложность майнинга достигает рекордного уровня в 95 672 703 408 223, что отражает значительный рост глобальной скорости хэширования, прогресс в оборудовании для майнинга и более широкое внедрение.
Как сложность влияет на доход майнеров биткоинов
По мере того, как к сети присоединяется все больше майнеров или модернизируются их майнинговые установки, сложность будет повышаться, чтобы поддерживать стабильное время нахождения блока на уровне 10 минут. Это означает, что каждому майнеру приходится выполнять больше вычислений для решения блока, что увеличивает затраты на электроэнергию и снижает прибыль.
Как видите, в октябре 2024 года сложность достигла исторического максимума — около 95,7 трлн. Эта жесткая конкуренция вынуждает майнеров использовать больше энергии, а для многих это означает снижение прибыли, если они не могут покрыть свои затраты.
Однако горнодобывающие компании не сидят сложа руки, наблюдая рост цен. Вот несколько стратегий, которые они используют, чтобы оставаться впереди:
Модернизация оборудования: новые, более эффективные микросхемы ASIC помогают майнерам получать больше вычислительной мощности на ватт. Регулярно обновляя свое оборудование, они могут снизить расходы даже при возрастании сложности.
Сокращение расходов на электроэнергию: многие майнеры переезжают в районы с дешевой электроэнергией или возобновляемыми источниками энергии. Более низкие затраты на электроэнергию означают более высокую прибыль, а устойчивые источники могут обеспечить стабильные цены в долгосрочной перспективе.
Масштабирование: эксплуатация более крупных майнинговых ферм помогает распределить затраты. Крупные предприятия могут закупать оборудование и электроэнергию оптом и получать более выгодные предложения, что улучшает их итоговую прибыль.
Дополнительные источники дохода: некоторые майнеры предлагают услуги облачного майнинга или сдают в аренду пространство в своих центрах обработки данных, чтобы компенсировать расходы. Другие даже экспериментируют с услугами ИИ, чтобы получить новые источники дохода.
Слияния и расширение: слияние с другими майнинговыми компаниями позволяет компаниям объединять ресурсы и снижать конкуренцию, помогая им переносить взлеты и падения, связанные со сложностью биткоина и колебаниями цен.
Эти стратегии помогают майнерам преодолевать растущие уровни сложности и сохранять прибыльность в условиях жесткой конкуренции на рынке. Но с каждым увеличением сложности им приходится искать новые способы поддержания экономической жизнеспособности добычи полезных ископаемых.
Будущее сложности майнинга
Биткоин, похоже, устоялся, но его будущее пока не определено.
Политика правительства все больше влияет на корректировку добычи и сложности. В 2022 году налог на электроэнергию для майнинга в Казахстане привел к временному снижению скорости хэширования, поскольку майнеры столкнулись с более высокими затратами.
Сальвадор, с другой стороны, занялся майнингом, продвигая геотермальную энергию, которая помогает стабилизировать скорость хэширования и поддерживает более высокую сложность. Исландия и Норвегия также привлекают майнеров своими обильными возобновляемыми источниками энергии, обеспечивающими стабильные скорости хэширования при меньшем воздействии на окружающую среду.
Однако концепция сложности добычи подчеркивает экологические проблемы PoW. Огромное количество энергии, потребляемой при расчетах методом проб и ошибок, побудило такие страны, как Швеция, настаивать на введении ограничений, которые могут изменить будущие правила добычи полезных ископаемых. Переход Ethereum на протокол Proof-of-Stake (PoS) в 2022 году, который позволит сократить потребление энергии на 99%, показывает, как могут процветать устойчивые альтернативы, и оказывает дополнительное давление на Bitcoin, заставляя его внедрять инновации.
Однако PoW остается важным элементом модели безопасности Bitcoin. Огромные затраты энергии, необходимые для майнинга, затрудняют для злоумышленников возможность изменить блокчейн или осуществить атаки. Такой уровень безопасности и устойчивости сложно воспроизвести в других системах, и хотя PoS обеспечивает экологические преимущества, PoW зарекомендовал себя как надежный способ поддержания целостности сети.
Шахтеры адаптировались, обратившись к возобновляемым источникам энергии, таким как гидроэнергетика в Канаде и солнечная энергия в Соединенных Штатах. Некоторые даже повторно используют избыточное добытое тепло в промышленных целях для повышения устойчивости.
Квантовые компьютеры представляют собой еще одну потенциальную проблему, потенциально генерируя огромные объемы майнинговой мощности, которые могли бы генерировать приемлемые хэши гораздо быстрее, чем существующее оборудование, что может значительно повысить сложность. Хотя эксперты утверждают, что до появления практических квантовых компьютеров еще много лет, сообщество Bitcoin уже исследует квантово-устойчивые алгоритмы для защиты сети.
Будущее сложности майнинга биткоинов находится в равновесии между угрозами и решениями. Сможет ли механизм PoW продолжать развиваться, зависит от того, как он адаптируется к этим вызовам.
Вы знали? Эксперты прогнозируют, что к 2035 году могут появиться практичные, отказоустойчивые квантовые компьютеры, способные превзойти классические компьютеры в широком спектре задач. Это ознаменует собой серьезный сдвиг в вычислительной мощности и технологиях.
