Как работает Биткойн: блокчейн, майнинг, халвинг, хеш и многое другое


Доброго времени суток, уважаемые читатели проекта Тюлягин! Как именно классифицировать Биткойн, вызывает разногласия. Это тип валюты, средство сбережения, платежная сеть или класс активов? К счастью, легче определить, что такое Биткойн на самом деле. Это программное обеспечение. Не дайте себя обмануть стоковыми изображениями блестящих монет, украшенных измененными символами тайского бата. Биткойн — это чисто цифровое явление, набор протоколов и процессов.

Это также самая успешная из сотен попыток создать виртуальные деньги с помощью криптографии, науки создания и взлома кодов. Биткойн вдохновил сотни подражателей, но он остается крупнейшей криптовалютой по рыночной капитализации — отличием, которое он сохранял на протяжении всей своей более чем десятилетней истории. О том как работает Биткоин пойдет речь в сегодняшней статье.

Как работает Биткойн блокчейн, майнинг, халвинг, хеш

Содержание статьи:

Слово «Биткойн» принято писать с заглавной буквы, когда оно подразумевает криптовалюту как к объект, и как «биткойн», когда оно относится к количеству валюты или самих единиц. Биткойн также сокращенно обозначается как «BTC».

В основе Биткоина — Блокчейн

Биткойн — это сеть, работающая по протоколу, известному как блокчейн. В статье 2008 года Сатоши Накамото, сначала были описаны как блокчейн, так и Биткойн, и какое-то время эти два термина были почти синонимами.

С тех пор блокчейн превратился в отдельную концепцию, и тысячи блокчейнов были созданы с использованием аналогичных криптографических методов. Эта история может сбить с толку терминологию. Иногда понятие блокчейн это оригинальная цепочка блоков биткойнов. В других случаях это относится к технологии блокчейн в целом или к любому другому конкретному блокчейну, например, к той, на которой работает криптовалюта Ethereum.

К счастью, основы технологии блокчейн просты. Любой блокчейн состоит из единой цепочки дискретных блоков информации, упорядоченных в хронологическом порядке. В принципе, эта информация может быть любой строкой из единиц и нулей, что означает, что она может включать электронные письма, контракты, права собственности на землю, свидетельства о браке или сделки с облигациями. Теоретически любой тип контракта между двумя сторонами может быть заключен на блокчейне, если обе стороны согласны с контрактом. Это устраняет необходимость участия третьей стороны в любом контракте. Это открывает целый мир возможностей, включая одноранговые финансовые продукты, такие как кредиты или децентрализованные сберегательные и текущие счета, где банки или какие-либо посредники не имеют значения.

Хотя текущая цель Биткойна — это средство сбережения, а также платежная система, нельзя сказать, что Биткойн нельзя было бы использовать таким образом в будущем, хотя необходимо будет достичь консенсуса, чтобы добавить эти системы в Биткойн. Основная цель проекта Ethereum — создать платформу, на которой могут возникать эти «умные (смарт) контракты», тем самым создавая целую сферу децентрализованных финансовых продуктов без посредников и связанных с ними сборов и потенциальных утечек данных.

Эта универсальность привлекла внимание правительств и частных компаний. Действительно, некоторые аналитики считают, что технология блокчейн в конечном итоге станет самым действенным аспектом повального увлечения криптовалютой.

Однако в случае Биткойна информация в цепочке блоков — это в основном транзакции.

Биткойн — это действительно просто список. Человек A отправил X биткойнов человеку B, который отправил Y биткойнов лицу C и так далее. Подсчитывая эти транзакции, каждый знает, где находятся отдельные пользователи. Важно отметить, что эти транзакции не обязательно должны выполняться от человека к человеку.

Кто угодно может получить доступ к сети Биткойн и использовать ее, и ваша этническая принадлежность, пол, религия, вид или политические взгляды не имеют никакого значения. Это открывает огромные возможности для Интернета вещей (IoT). В будущем мы могли бы увидеть системы, в которых у беспилотных такси или сверхмощных транспортных средств есть свои собственные кошельки с цепочкой блоков. Автомобиль будет принимать криптовалюту от пассажира и не будет двигаться до тех пор, пока не будут получены средства. Транспортное средство сможет определить, когда ему нужно топливо, и будет использовать свой кошелек для заправки.

Другое название блокчейна — «распределенный реестр», что подчеркивает ключевое отличие этой технологии от обычного документа Word. Блокчейн Биткойна является распределенным, то есть публичным. Любой может загрузить его целиком или перейти на любое количество сайтов, которые его анализируют. Это означает, что запись общедоступна, но это также означает, что существуют сложные меры для обновления реестра блокчейна. Нет центрального органа, который следил бы за всеми транзакциями биткойнов, поэтому участники сами делают это, создавая и проверяя «блоки» данных транзакции.

Вы можете видеть, например, что bc1qa88sky2vus8gcrw98cwjmd2f9j50cyv3tf4l85 отправил 0,10224508 BTC на адрес bc1q4akwmqhwddwe8a7tvzljwxncw297kvg9zl047d 11 апреля 2021 года с 11:20 до 11:30 вечера. Длинные цепочки цифр и букв — это адреса, и если бы вы работали в правоохранительных органах или были очень хорошо информированы, вы, вероятно, могли бы выяснить, кто их контролирует. Ошибочно считать, что сеть Биткойн является полностью анонимной, хотя принятие определенных мер предосторожности может затруднить привязку отдельных лиц к транзакциям.

Эра пост-доверия и система «без доверия»

Несмотря на то, что Биткойн является абсолютно публичным или, скорее, из-за этого факта, вмешательство в него чрезвычайно сложно. Биткойн не имеет физического присутствия, поэтому вы не можете защитить его, заперев в сейфе или закопав в лесу.

Теоретически все, что нужно сделать вору, чтобы забрать биткоины у вас, — это добавить в бухгалтерскую книгу строку, которая переводится как «вы заплатили мне все, что у вас есть».

Связанная с этим проблема — двойные расходы. Если бы злоумышленник мог потратить немного биткойнов, а затем потратить их снова, уверенность в стоимости валюты быстро испарилась бы. Чтобы добиться двойных расходов, злоумышленник должен будет составлять 51% майнинговых мощностей Биткойна. Чем больше растет сеть Биткойн, тем менее реалистично это становится, поскольку необходимая вычислительная мощность будет астрономической и чрезвычайно дорогой.

Чтобы еще больше предотвратить то или иное, вам нужно доверие. В этом случае обычным решением с традиционной валютой было бы проведение транзакций через центрального нейтрального арбитра, такого как банк. Однако с Биткойн это стало ненужным. (Скорей всего,  не случайно, что первоначальное описание Сатоши было опубликовано в октябре 2008 года, когда доверие к банкам было на низком уровне среди сразу нескольких поколений. Это повторяющаяся тема в сегодняшнем климате, связанном с коронавирусом, и растущем государственном долге многих развитых стран мира.) Вместо того, чтобы иметь надежный орган, ведущий реестр и руководящий сетью, сеть биткойнов децентрализована. Все следят за друг другом.

Чтобы система работала правильно, никому не нужно знать или доверять кому-либо в частности. Предполагая, что все работает, как задумано, криптографические протоколы гарантируют, что каждый блок транзакций прикреплен к последнему в длинной, прозрачной и неизменной цепочке. Это по сути новая эра «пост-доверия» или система «без доверия».

Майнинг (добыча) Биткоина

Процесс, который поддерживает этот публичный реестр, известен как майнинг или добыча. В основе сети пользователей биткойнов, которые торгуют криптовалютой между собой, лежит сеть майнеров, которые записывают эти транзакции в блокчейн.

Запись последовательности транзакций для современного компьютера тривиальна, но майнинг затруднен, потому что программное обеспечение Биткойна делает процесс искусственно трудоемким. Без дополнительных трудностей люди могли подделывать транзакции, чтобы обогатить себя или разорить других людей. Они могли регистрировать мошенническую транзакцию в блокчейне и накладывать на нее столько тривиальных транзакций, что распутывание мошенничества стало бы невозможным.

Точно так же было бы легко вставить мошеннические транзакции в прошлые блоки. Сеть превратится в беспорядочную спамерскую массу из конкурирующих бухгалтерских книг, а биткойн станет бесполезным.

Сатоши совершил прорыв в сочетании «доказательства выполнения работы» (PoW) с другими криптографическими методами. Программное обеспечение Биткойна регулирует трудности, с которыми сталкиваются майнеры, чтобы ограничить сеть одним новым 1-мегабайтным блоком транзакций каждые 10 минут. Таким образом, объем транзакций легко усваивается. У сети есть время, чтобы проверить новый блок и предшествующую ему бухгалтерскую книгу, и каждый может прийти к консенсусу относительно статус-кво. Майнеры не работают для проверки транзакций путем добавления блоков в распределенный реестр исключительно из желания убедиться, что сеть Биткойн работает бесперебойно; им также платят за свой труд. Ниже мы подробнее рассмотрим компенсацию за майнинг.

Халвинг Биткоина — уменьшение вдвое

Как упоминалось ранее, майнеры получают вознаграждение в биткойнах за проверку блоков транзакций. Это вознаграждение сокращается вдвое через каждые 210 000 добытых блоков или примерно каждые четыре года. Это событие называется уменьшением вдвое или «Халвинг». Основная задача халвинга — контролировать эмиссию криптовалюты и сдерживать ее инфляцию.

Этот процесс спроектирован таким образом, что вознаграждение за майнинг биткойнов будет продолжаться примерно до 2140 года. После того, как весь биткойн будет добыт из кода и все халвинги будут завершены, майнеры по-прежнему будут стимулироваться сборами, которые они будут взимать с пользователей сети. Есть надежда, что здоровая конкуренция позволит удержать сборы на низком уровне.

Эта система увеличивает отношение запасов к потоку Биткойна и снижает его инфляцию, пока она в конечном итоге не станет равной нулю. После третьего сокращения вдвое, которое произошло 11 мая 2020 года, награда за каждый добытый блок теперь составляет 6,25 биткойна.

Хеши Биткоина

Далее я представлю более техническое описание того, как работает майнинг. Сеть майнеров, разбросанных по всему миру и не связанных друг с другом личными или профессиональными узами, получает последний пакет данных о транзакциях. Они обрабатывают данные с помощью криптографического алгоритма, который генерирует «хэш», строку цифр и букв, которая проверяет достоверность информации, но не раскрывает саму информацию. (На самом деле это идеальное видение децентрализованного майнинга уже не является точным, поскольку майнинговые фермы промышленного масштаба и мощные майнинговые пулы образуют олигополию. Далее еще поговорим об этом.)

Имея хэш 000000000000000000c2c4d562265f272bd55d64f1a7c22ffeb66e15e826ca30, вы не можете узнать, какие транзакции содержит соответствующий блок (#480504). Однако вы можете взять кучу данных, якобы принадлежащих к блоку #480504, и убедиться, что они не были подделаны. Если бы одно число было неверным, каким бы незначительным это число ни было, данные генерировали бы совершенно другой хеш. Например, если вы запустите Декларацию независимости с помощью хеш-калькулятора, вы можете получить 839f561caa4b466c84e2b4809afe116c76a465ce5da68c3370f5c36bd3f67350. Однако удалите точку после слов «представленный для откровенного мира», и вы уже получите 800790e4fd445ca4c5e3092f9884cdcd4cf536f735ca958b93f60f82f23f97c4. Это совершенно другой хеш, хотя вы изменили только один символ в исходном тексте.

Технология хеширования позволяет сети Биткойн мгновенно проверять действительность блока. Требовалось бы невероятно много времени, чтобы просмотреть всю бухгалтерскую книгу, и убедиться, что человек, добывающий самую последнюю партию транзакций, не пробовал проделать чего-нибудь дурного. Вместо этого в новом блоке появляется хеш предыдущего блока. Если бы самая мельчайшая деталь была изменена в предыдущем блоке, этот хеш изменился бы. Даже если бы в цепочке было изменено 20 000 блоков, хэш этого блока вызвал бы каскад новых хэшей и отключил бы сеть.

Однако создание хэша на самом деле не работает. Этот процесс настолько быстр и прост, что злоумышленники могут спамить сеть и, возможно, при наличии достаточной вычислительной мощности передать мошеннические транзакции на несколько блоков обратно в цепочку. Таким образом, протокол Биткойн требует «доказательства выполнения работы» (PoW).

Это достигается за счет того, что майнерам бросается «крученный мяч»: их хэш должен быть ниже определенного целевого значения. Вот почему хеш блока #480504 начинается с длинной строки нулей. Хеш крошечный. Поскольку каждая строка данных будет генерировать один и только один хэш, поиск достаточно маленького хеша включает добавление одноразовых значений в конец данных. Итак, майнер запустит [данные]. Если хеш слишком велик, она попробует еще раз. [данные] 1. Все еще слишком большой. [данные] 2. Наконец, [thedata] 93452 возвращает майнеру хэш, начинающийся с необходимого количества нулей.

Добытый блок будет транслироваться в сеть для получения подтверждений, на обработку которых уходит около часа, хотя иногда и намного дольше. (Опять же, это описание упрощено. Блоки не хешируются полностью, а разбиваются на более эффективные структуры, называемые деревьями Меркла).

Среднее время подтверждения Биткоин

В зависимости от типа трафика, получаемого сетью, протоколу Биткойн потребуется более длинная или более короткая строка нулей, регулируя сложность для достижения скорости одного нового блока каждые 10 минут. По состоянию на апрель 2021 года текущая сложность составляет около 23,137 триллиона, по сравнению с 1 в 2009 году. Это говорит о том, что с момента запуска криптовалюты более 10 лет назад стало значительно труднее добывать биткойны.

Сложность сети (добычи 1 блока) Биткоин

Добыча ведется интенсивно, для ее работы требуются большие и дорогие вычислительные мощности и много электроэнергии. И это конкурентоспособно. Неизвестно, какой одноразовый номер будет работать, поэтому цель состоит в том, чтобы как можно быстрее изучить их.

Вначале майнеры осознали, что они могут повысить свои шансы на успех, объединившись в пулы для майнинга, поделившись вычислительной мощностью и распределив вознаграждение между собой. Даже когда несколько майнеров разделяют эти награды, у них все еще есть достаточный стимул для их получения. Каждый раз, когда добывается новый блок, успешный майнер получает кучу вновь созданных биткойнов. Сначала было 50, но потом упало вдвое до 25, затем до — 12,5, и наконец после 11 мая 2020 года — 6.25 BTC (что по-прежнему много, около 375 тысяч долларов в апреле 2021 года).

Вознаграждение будет уменьшаться вдвое каждые 210 000 блоков или примерно каждые четыре года, пока не достигнет нуля. К этому моменту будет добыт весь 21 миллион биткойнов, и майнеры будут зависеть исключительно от платы за обслуживание сети. Когда был запущен Биткойн, планировалось, что общий объем криптовалюты составит 21 миллион токенов.

Некоторых беспокоит то, что майнеры организовались в пулы. Если объединенный пул превышает 50% мощности майнинга сети, его участники потенциально могут тратить монеты, отменять транзакции и тратить их снова. Они также могли бы блокировать чужие транзакции. Проще говоря, этот пул майнеров будет иметь возможность подавить распределенную природу системы, проверяя мошеннические транзакции в силу своего большинства.

Это может означать конец для Биткойна, но даже так называемая атака 51% , вероятно, не позволит злоумышленникам отменить старые транзакции, потому что требование доказательства работы делает этот процесс очень трудоемким. Чтобы вернуться и изменить блокчейн, пулу потребуется контролировать такое большую долю сети, что это, вероятно, стало бы бессмысленно. Когда вы контролируете всю валюту, с кем останется торговать?

Атака 51% — это финансово самоубийственное предложение с точки зрения майнеров. Когда в 2014 году майнинг-пул Ghash.io достиг 51% вычислительной мощности сети, он добровольно пообещал не превышать 39,99% хешрейта биткойнов, чтобы поддерживать уверенность в стоимости криптовалюты. Однако другим участникам, например правительствам, может показаться интересной идея такой атаки. Но, опять же, огромный размер сети Биткойн сделает это чрезвычайно дорогим даже для мировой державы.

Еще один источник беспокойства, связанный с майнерами, — это тенденция к концентрации в тех частях мира, где электроэнергия дешевая, например в Китае или, после репрессий со стороны Китая в начале 2018 года, в Квебеке.

Биткойн транзакции

Для большинства людей, участвующих в сети Биткойн, тонкости блокчейна, хешрейта и майнинга не имеют особого значения. За пределами майнингового сообщества владельцы биткойнов обычно покупают свою криптовалюту через биржу биткойнов. Это онлайн-платформы, которые облегчают транзакции биткойнов и, часто, других цифровых валют.

Биткойн-биржи, такие как Coinbase и другие объединяют участников рынка со всего мира для покупки и продажи криптовалют. Эти биржи становятся все более популярными (поскольку популярность самого Биткойна в последние годы значительно выросла) и чреваты нормативными, юридическими проблемами и проблемами безопасности. Поскольку правительства всего мира рассматривают криптовалюты по-разному — как валюту, как класс активов или любое количество других классификаций — правила, регулирующие покупку и продажу биткойнов, сложны и постоянно меняются. Однако, возможно, даже более важным для участников обмена биткойнов, чем угроза изменения регулирующего надзора, является кража и другая преступная деятельность. Хотя сама сеть Биткойн в значительной степени была безопасной на протяжении всей своей истории, отдельные обмены не обязательно таковы. Многие кражи были нацелены на крупные криптовалютные биржи, что часто приводило к потере токенов на миллионы долларов. Самая известная биржевая кража — это, вероятно, Mt.Gox, который доминировал в сфере транзакций биткойнов до 2014 года. В начале того же года платформа объявила о вероятной краже примерно 850 000 BTC на сумму около 450 миллионов долларов на тот момент. Mt. Gox объявила о банкротстве и закрыла двери; по сей день большая часть украденной награды (которая сейчас оценивается уже в 51 миллиард долларов) не возвращена.

Ключи и кошельки Биткоина

По этим причинам понятно, что трейдеры и владельцы биткойнов захотят принять любые возможные меры безопасности для защиты своих активов. Для этого они используют ключи и кошельки.

Владение биткойнами по сути сводится к двум числам: открытому ключу (публичному) и закрытому (приватному, секретному) ключу. Грубая аналогия — имя пользователя (открытый ключ) и пароль (закрытый ключ). Хеш открытого ключа, называемый адресом, отображается в цепочке блоков. Использование хеша обеспечивает дополнительный уровень безопасности.

Чтобы получить биткойн, отправителю достаточно знать ваш адрес. Открытый ключ является производным от закрытого ключа, который вам нужно отправить биткойн на другой адрес. Система упрощает получение денег, но требует подтверждения личности для их отправки.

Для доступа к биткойнам вы используете кошелек, который представляет собой набор ключей. Они могут принимать разные формы: от сторонних веб-приложений, предлагающих страховые и дебетовые карты, до QR-кодов, напечатанных на листах бумаги. Наиболее важное различие — между «горячими» кошельками, которые подключены к Интернету и поэтому уязвимы для взлома, и «холодными» кошельками, которые не подключены к Интернету. В случае Mt. Gox, описанном выше, считается, что большая часть украденных BTC была взята из «горячего» кошелька. Тем не менее, многие пользователи доверяют свои закрытые ключи биржам криптовалют, что по сути является ставкой на то, что эти биржи будут иметь более надежную защиту от возможности кражи, чем собственный компьютер.

Резюме

  • Биткойн — это цифровая валюта, децентрализованная система, которая записывает транзакции в распределенный реестр, называемый цепочкой блоков.
  • Биткойн-майнеры используют сложные компьютерные системы для решения сложных головоломок, пытаясь подтвердить группы транзакций, называемые блоками; в случае успеха эти блоки добавляются в запись блокчейна, и майнеры награждаются небольшим количеством биткойнов.
  • Другие участники рынка биткойнов могут покупать или продавать токены через криптовалютные биржи или в одноранговой сети.
  • Реестр биткойнов защищен от мошенничества с помощью системы «без доверия»; Биткойн-биржи также защищают себя от потенциальной кражи, но громкие кражи случаются.

А на этом сегодня все про то как работает и устроен Биткоин. Помните что Биткоин является чрезвычайно рискованным и волатильным инструментом, вы можете полностью потерять свои деньги. Успехов и до новых встреч на страницах проекта Тюлягин!


Оставьте комментарий