Новые финансы: блокчейн, DeFi, Web3 и криптовалюты - Пётр Юрьевич Левашов

По мере развития и становления криптовалютной экосистемы постоянные технологические достижения и инновации, вероятно, продолжат формировать сферу майнинга, создавая новые возможности и проблемы для майнеров и всего сообщества.

Алгоритмы майнинга и корректировки сложности

Процесс майнинга криптовалюты обеспечивает безопасность и подтверждение транзакций в сети блокчейн. Его алгоритмы и корректировка сложности играют важнейшую роль в поддержании стабильности, защищенности и справедливости сети. Алгоритм майнинга – это набор правил и математических вычислений, которым должны следовать майнеры, чтобы создать новый блок и получить вознаграждение. Различные криптовалюты используют разные алгоритмы майнинга, каждый из которых обладает своими уникальными характеристиками. Известными алгоритмами майнинга являются:

• Secure Hash Algorithm 256-bit, или SHA-256, – криптографическая хеш-функция, широко используемая в сети Биткоин. Она отличается высокой безопасностью, но требует значительных вычислительных мощностей, что делает ее более подходящей для майнинга на базе ASIC;

• Scrypt – алгоритм, требующий много памяти. Он более устойчив к ASIC и доступен для частных майнеров, использующих графические процессоры для добычи криптовалюты. Однако были разработаны специальные ASIC-майнеры для криптовалют на основе Scrypt (Litecoin, Dogecoin), хотя и с меньшим преимуществом в производительности по сравнению с SHA-256 ASIC;

• Ethash – алгоритм с жесткими требованиями к памяти, используемый в системе PoW сети Ethereum. Он разработан как устойчивый к ASIC, что благоприятствует майнингу на GPU и способствует децентрализации. Хотя со временем появились ASIC для Ethash, их преимущество в производительности по сравнению с GPU ограничено;

• CryptoNight – известный благодаря криптовалюте Monero алгоритм с ограничением памяти, ориентированный на максимизацию эффективности CPU и минимизацию преимуществ ASIC и GPU. Его цель – сохранить децентрализованную добычу и доступность для индивидуальных майнеров, использующих оборудование потребительского класса.

Сложность майнинга – это показатель того, насколько трудно решить алгоритм майнинга и создать новый блок. Для поддержания постоянного темпа создания блоков необходимы регулировки сложности, так как они обеспечивают стабильность и предсказуемость сети.

По мере того как все больше майнеров присоединяются к сети и общий хешрейт (от англ. hash rate – «скорость хеширования») увеличивается, вероятность быстрого решения алгоритма майнинга также возрастает. Чтобы поддерживать стабильную скорость создания блоков, сложность майнинга необходимо периодически корректировать. Это помогает:

• сохранять время создания блоков постоянным, обеспечивая предсказуемую скорость поступления новых монет на рынок;

• предотвратить внезапные падения или скачки вознаграждения за майнинг, которые могут привести к волатильности цен или нестабильности сети;

• стимулировать майнеров продолжать добычу, так как повышение сложности может сделать ее менее прибыльной.

Различные криптовалюты используют разные механизмы для регулировки сложности добычи. Например, Биткоин производит переоценку сложности майнинга каждые 2016 блоков (примерно раз в две недели), ориентируясь на 10-минутное время блока, а Ethereum динамически регулирует свою сложность с каждым блоком, чтобы достичь 15-секундного времени создания блока.

Майнинговые пулы и одиночный майнинг

Поскольку добыча криптовалюты становится все более конкурентной и ресурсоемкой, майнеры прибегают к различным стратегиям, чтобы увеличить свои шансы на получение вознаграждения. В этом разделе мы обсудим различия между пулами для майнинга и самостоятельной добычей, а также рассмотрим преимущества и недостатки каждого из способов.

Одиночный майнинг – это процесс добычи криптовалют без объединения усилий с другими пользователями. При таком подходе майнер пытается решить алгоритм добычи и создать новый блок, используя собственные вычислительные ресурсы.

Преимущества:

• полный контроль – майнер имеет полный контроль над своими операциями по добыче, включая выбор оборудования, ПО и алгоритмов добычи;

• полное вознаграждение – если майнер успешно добывает блок, он получает все вознаграждение за блок и транзакционные сборы, связанные с этим блоком, максимизируя потенциальную прибыль.

Недостатки:

• высокая дисперсия – шансы на успешную добычу блока в одиночку относительно низки, что приводит к длительному ожиданию вознаграждения, а значит непостоянному доходу и повышенному риску;

• ресурсоемкость – соло-майнинг требует значительных инвестиций в оборудование и электроэнергию, что может быть экономически нецелесообразным для многих майнеров.

Майнинговые пулы – это сообщество майнеров, которые объединяют свои вычислительные ресурсы, чтобы увеличить шансы на успешную добычу блока. Участники майнингового пула делят вознаграждение за блок и комиссию за транзакции пропорционально их индивидуальному вкладу в хешрейт пула.

Преимущества:

• стабильные вознаграждения – объединяя ресурсы с другими майнерами, участники могут рассчитывать на более частое и стабильное вознаграждение за добычу, что снижает разброс доходов и риск;

• низкие требования к ресурсам – присоединение к майнинговому пулу может быть более рентабельным для отдельных майнеров, поскольку снижает потребность в дорогостоящем оборудовании и расходах на электроэнергию;

• техническая поддержка – майнинговые пулы часто предоставляют техническую поддержку, обновления ПО и другие ресурсы, которые помогают майнерам оптимизировать свою работу.

Недостатки:

• совместное вознаграждение – хотя майнинговые пулы и предлагают стабильное вознаграждение, оно распределяется между участниками пула, что может привести к снижению общей прибыли отдельных майнеров;

• плата за пользование пулом – майнинговые пулы, как правило, взимают комиссию для покрытия своих операционных расходов, что еще больше снижает доходы участников;

• проблемы централизации – концентрация мощности майнинга в нескольких крупных майнинговых пулах может потенциально угрожать децентрализации и безопасности блокчейна.

Выбор между одиночным майнингом и пулом зависит от индивидуальных предпочтений, допустимого риска и наличия ресурсов. Хотя самостоятельная добыча способна предложить более высокую потенциальную прибыль, она сопряжена с большими рисками и требует немалых ресурсов. С другой стороны, майнинговые пулы обеспечивают более стабильное вознаграждение и более низкие входные барьеры, что делает их привлекательным вариантом для многих майнеров.

Механизм PoW: безопасность, энергопотребление и критика

PoW – это алгоритм достижения консенсуса, применяемый в майнинге криптовалюты. Он сыграл решающую роль в обеспечении безопасности сетей блокчейн и предотвращении двойного расходования. Однако PoW не лишен таких проблем, как высокое энергопотребление и воздействие на экологию. В данном разделе мы обсудим функции безопасности PoW и критику, с которой он сталкивается.

Механизм консенсуса PoW разработан для обеспечения высокого уровня безопасности сетей блокчейн. Требуя от майнеров решения сложных математических задач и затрат вычислительных ресурсов, PoW гарантирует, что одному субъекту крайне сложно и дорого захватить контроль над сетью. Этот алгоритм помогает поддерживать децентрализованный характер сетей блокчейн и защищает их от потенциальных атак, например атаки 51 %.

Одним из основных недостатков PoW является высокое энергопотребление. Вычислительные мощности, необходимые для достижения консенсуса PoW, потребляют большое количество электроэнергии. По мере увеличения сложности добычи и присоединения к сети большего числа майнеров расход энергии также возрастает. Это вызвало обеспокоенность по поводу воздействия майнинга на окружающую среду, особенно в отношении его углеродного следа и вклада в изменение климата. По некоторым оценкам, годовое энергопотребление одной только сети Биткоин сопоставимо с энергопотреблением небольшой страны. Это привело к дебатам об экологической этике PoW и призывам к созданию альтернативных механизмов консенсуса, менее ресурсоемких.

Другим противоречием майнинга PoW является географическая концентрация майнинговых операций, в основном в регионах с низкой стоимостью электричества. Такая плотность может привести к рискам централизации и потенциальному манипулированию сетью несколькими влиятельными игроками. Кроме того, вызывает озабоченность энергобаланс, поскольку некоторые регионы в значительной степени полагаются на ископаемое топливо, что еще больше усугубляет воздействие PoW-майнинга на окружающую среду.

В ответ на проблемы и критику, связанные с PoW, было предложено и реализовано несколько альтернативных механизмов консенсуса – PoS, DPoS, PBFT и DAG, о которых мы говорили в главе 3. Они направлены на исправление ситуации с энергопотреблением, централизацией и воздействием на экологию, при этом сохраняют безопасность и целостность сетей блокчейн.

Механизм PoS: консенсус, валидаторы и стекинг

Как уже упоминалось ранее, PoS – это еще один механизм консенсуса, который приобрел популярность как более энергоэффективная и экологичная версия PoW. В PoS роль майнеров заменяется валидаторами, которые выбираются для создания новых блоков и подтверждения транзакций на основе их доли в сети. Эта доля обычно измеряется в криптовалюте, которой они владеют и готовы «заблокировать» в качестве залога. Привязывая валидаторов к их доле, PoS стремится к тому, чтобы валидаторы действовали в интересах сети, поскольку любое злонамеренное поведение может привести к потере их заложенных активов.

Процесс получения статуса валидатора обычно включает в себя стекинг, отбор и вознаграждения.

• Стекинг – важнейший аспект