TL;DR
A kriptovaluta bányászat fogalma a blokklánc tranzakciók hitelesítésének és validálásának folyamatát jelenti. Ez egyben az a folyamat is, amely során új kriptovaluta-egységek jönnek létre. A bányászok által végzett munka intenzív számítási erőforrás-használattal jár, de ez az, ami megőrzi a blokklánchálózat biztonságát. A becsületes és sikeres bányászok munkáját az újonnan létrehozott kriptovalutával plusz a tranzakciós díjakkal jutalmazza a rendszer.
Bevezetés
A bányászat az a folyamat, amely során a felhasználók közötti kriptovaluta-tranzakciókat hitelesítik és hozzáadják a blokklánc nyilvános főkönyvéhez. A bányászati műveletek vezetik be továbbá az új érméket a forgalomban lévő kínálatba.
A bányászat az egyik kulcselem, amely lehetővé teszi, hogy a Bitcoin blokklánc megosztott főkönyvként működhessen. A rendszer egy peer-to-peer (közvetítőmentes) hálózaton rögzíti az összes tranzakciót, ahol nincs szükség egy központi szereplőre. Ebben a cikkben úgy mutatjuk be a bányászatot, ahogy az a Bitcoin hálózaton folyik, de a folyamat hasonlóan fest azoknál az altcoinoknál, amelyek ugyanezt a bányászati mechanizmust veszik át.
Hogyan működik a bányászat?
Ahogy a felhasználók új blokklánc tranzakciókat végeznek, azokat megküldik az úgynevezett memóriapoolnak. A bányász feladata, hogy az ilyen függőben lévő tranzakciók érvényességét hitelesítsék, és blokkokba rendezzék őket. A blokkokra úgy is gondolhatunk, mint egy blokkláncfőkönyv lapjaira, amelyekre számos tranzakciót felvezetnek a könyvelők (más adatok mellett).
Konkrétabban: a bányász csomópont feladata összegyűjteni a megerősítetlen tranzakciókat a memóriapoolból, és egy jelölt blokkba rendezni őket. Ezután a bányász megpróbálja a jelölt blokkot érvényes, megerősített blokká alakítani. Ám ehhez meg kell találniuk egy komplex matematikai probléma megoldását. Ehhez jelentős számítási erőforrás szükséges, de minden sikeresen kibányászott blokkért blokkjutalmat kap a bányász, amely újonnan létrehozott kriptovalutából és a tranzakciós díjakból áll. Vegyük közelebbről szemügyre a bányászat folyamatát.
1. lépés – Tranzakciók hashelése
Egy blokk bányászatának első lépése, hogy a csomópont fogja a függőben lévő tranzakciókat a memóriapoolból, és egyesével átküldi őket egy hash függvényen. Minden alkalommal, amikor egy adatmorzsát átküldünk egy hash függvényen, egy fix méretű kimeneti eredményt, egy úgynevezett hash-t kapunk. A bányászat kontextusában az egyes tranzakciók hash-eredménye egy szám- és betűsor, amely azonosítóként működik. A tranzakcióhash képviseli a tranzakcióhoz tartozó összes információt.
A tranzakciók egyenkénti hashelésén és jegyzésén kívül a bányász egy egyéni tranzakciót is hozzáad, amelyben saját magának megküldi a blokkjutalmat. Ez a tranzakció az úgynevezett coinbase (érmealap) tranzakció, amely vadonatúj érméket hoz létre. A legtöbb esetben a coinbase tranzakció az első, amelyet az új blokkban rögzít a bányász, majd ezt követik a validálni kívánt, függőben lévő tranzakciók.
2. lépés – A Merkle-fa létrehozása
A bányász a hash-azonosítókat minden egyes tranzakció hashelése után egy úgynevezett Merkle-fába rendezi. A hash-fa néven is ismert Merkle-fa úgy jön létre, hogy a tranzakció hasheket párokba rendezik, majd a párokat hashelik. Az új hash-kimeneteket ismét párokba rendezik és újra hashelik, és ezt a folyamatot addig ismétlik, amíg mindössze egyetlen hash-azonosító marad. Ez az utolsó hash a root (gyökér) hash (vagy Merkle-gyökér) néven is ismert, és alapvetően az összes korábbi hash megjelenik benne, amelyet a generálásához használtak.
3. lépés – Érvényes blokk fejléc (blokk hash) keresése
A blokk fejléc az egyes blokkok azonosítójaként működik, vagyis minden egyes blokknak van egy egyedi hash-azonosítója. Új blokk létrehozásakor a bányászok a korábbi blokk hash-azonosítóját kombinálják a jelölt blokkjuk root hash azonosítójával az új blokk hash létrehozásához. De ezen a két elemen kívül még egy tetszőleges számot is hozzá kell adniuk, az úgynevezett nonce értéket.
Tehát amikor validálni próbálja a jelölt blokkját, a bányásznak kombinálnia kell a root hasht, az előző blokk hash-azonosítóját és a nonce értéket, majd át kell küldenie őket egy hash függvényen. A bányász célja egy érvényesnek tekintett hash létrehozása.
A root hash és a korábbi blokk hash-azonosítója nem módosítható, így a bányászoknak a nonce értéket kell néhányszor megváltoztatniuk, hogy érvényes hasht találjanak.
Az érvényességhez a kimeneti értéknek (a blokk hashnek) kisebbnek kell lennie egy bizonyos célértéknél, amelyet a protokoll határoz meg. A Bitcoin-bányászatban a blokk hashnek adott számú nullával kell kezdődnie. Ezt hívjuk bányászati nehézségnek.
4. lépés – A kibányászott blokk szétküldése
Ahogy láthattuk, a bányászoknak újra és újra hashelniük kell a blokk fejlécet, különböző nonce értékekkel. Addig ismétlik ezt a feladatot, amíg érvényes blokk hasht nem találnak. Az a bányász, amelyik megtalálja, szétküldi a blokkját a hálózaton. Az összes többi csomópont ellenőrzi, hogy a blokk és a hash-azonosítója érvényes-e, és ha igen, akkor hozzáadják az új blokkot a blokklánc náluk őrzött példányához.
Ezen a ponton a jelölt blokkból megerősített blokk lesz, és minden bányász megkezdi a következő bányászatát. Azok a bányászok, akik nem találták meg időben az érvényes hash-azonosítót, elvetik a jelölt blokkjukat, és a bányászverseny újraindul.
Bányászati nehézség beállítása
A bányászat nehézségét a protokoll rendszeresen kiigazítja, így biztosítva, hogy állandó legyen az a tempó, amellyel az új blokkokat létrehozzák. Ez az, ami az új érmék kibocsátását egyenletessé és kiszámíthatóvá teszi. A nehézség a hálózat rendelkezésére bocsátott számítási erőforrásokkal (hash rátával) arányosan változik.
Ezért minden alkalommal, amikor új bányászok csatlakoznak a hálózathoz és növekszik a verseny, a hashelés nehézsége emelkedik, megakadályozva az átlagos blokkidő csökkenését. Ezzel szemben amikor sok bányász dönt úgy, hogy elhagyja a hálózatot, a hashelési nehézség lecsökken, így könnyebb lesz kibányászni egy új blokkot. Ezek a kiigazítások biztosítják a blokkidő állandóságát, a hálózat teljes hashelési erőforrástömegére tekintet nélkül.
Mi van akkor, ha egyszerre bányásznak ki két blokkot?
Néha megesik, hogy két bányász egyszerre küld szét a hálózaton egy érvényes blokkot, és a hálózaton két versengő blokk jelenik meg. Ilyenkor a bányászok a következő blokkot az elsőként beérkezett blokk alapján kezdik bányászni. Ez azt eredményezi, hogy a hálózat (átmenetileg) a blokklánc két különböző verziójára hasad.
A blokkok közötti versengés addig folytatódik, amíg a következő blokkot ki nem bányásszák az egyik versengő blokk folytatásaként. Amikor az új blokk létrejön, akkor az a blokk lesz a nyertes, amelyik az új blokk előzményblokkja volt. Az elvetett blokkot árva blokknak (orphan block) vagy elévült blokknak (stale block) nevezik, az árva blokkot választó bányászok pedig folytatják a nyertes blokk láncának bányászatát.
Minden kriptovaluta bányászható?
A Bitcoin a legnépszerűbb és legnagyobb múltú példája a bányászható kriptovalutáknak, ám nem minden kriptovaluta bányászható. A Bitcoin bányászat alapja a Proof of Work (PoW) konszenzusalgoritmus.
Proof of Work (PoW)
A Proof of Work (PoW) az eredeti blokklánc-konszenzusalgoritmus, megalkotója Satoshi Nakamoto. Ezt 2008-ban, a Bitcoin fehér könyvében írták le először. Dióhéjban annyit, hogy a PoW határozza meg, hogyan jut konszenzusra a hálózat összes elosztott résztvevője harmadik fél közvetítők nélkül. A rosszindulatú szereplők elkedvetlenítésére ezt jelentős mértékű számítási kapacitás megkövetelésével teszi.
Ahogy láthattuk, egy PoW hálózaton a tranzakciókat a bányászok hitelesítik. Hogy elnyerjék a jogot a következő blokk bányászatára, a bányászok egymással versengve próbálnak megoldani egy komplex kriptográfiai kirakós játékot, speciális bányász hardverrel. Az a bányász, aki elsőként talál érvényes megoldást, továbbíthatja a tranzakcióblokkját a blokkláncra, és megkapja a blokkjutalmat.
A blokkjutalomban található kriptomennyiség eltér a különböző blokkláncokon. A Bitcoin blokkláncon például a bányászok a 2021 decemberi állás szerint 6,25 BTC blokkjutalmat kapnak. A blokkjutalom BTC-összege a felezési mechanizmusnak köszönhetően minden 210 000 blokk után (nagyjából négyévente) feleződik.
Különböző kriptovaluta bányászati módszerek
A kriptovaluták bányászatának nincs egyetlen, mindenre alkalmazható módszere. A felszerelés és a folyamat az új hardverek és konszenzusalgoritmusok megjelenésével együtt változik. A bányászok általában speciális számítógépegységeket használnak a bonyolult kriptográfiai egyenletek megoldásához. Most nézzük meg, hogyan működnek a legelterjedtebb bányászati módszerek.
CPU-bányászat
A központi feldolgozó egységgel (CPU) folytatott bányászat egy számítógép processzorát használja a PoW által megkövetelt hash függvényekkel végzett számításokhoz. A Bitcoin korai időszakában a bányászat költsége és belépési korlátja alacsony volt. A bányászat nehézsége még egy hétköznapi processzor számára is kezelhető volt, így bárki kipróbálhatta a BTC és más kriptovaluták bányászatát.
Ugyanakkor ahogy egyre többen kezdtek bányászni és a hálózat hash rátája emelkedett, egyre nehezebb lett a bányászatot nyereségessé tenni. Ennek tetejébe a nagyobb számítási teljesítményű speciális bányászhardverek idővel közel lehetetlenné tették a CPU-bányászatot. Ma már a CPU-bányászat nem járható út, mivel minden bányász speciális hardvert használ.
GPU-bányászat
A grafikus processzorokat (GPU-k) alkalmazások széles körének párhuzamos futtatására tervezték. Bár jellemzően videojátékokhoz vagy grafikus elemek létrehozásához használják, a bányászatra is alkalmasak.
A GPU-k viszonylag olcsók és rugalmasabban használható eszközök, mint a népszerű ASIC bányászhardverek. Néhány altcoin bányászható GPU-val, de a hatékonyság a bányászati algoritmustól és a nehézségtől függ.
ASIC bányászat
Az Alkalmazás-specifikus integrált áramkört (Application-Specific Integrated Circuit – ASIC) egyetlen konkrét célra tervezték. A kriptovilágban ez a betűszó a bányászathoz kifejlesztett speciális hardvert jelenti. Az ASIC bányászat nagyon hatékony, de drága.
A bányászat versengés. A nyereséges bányászathoz versenyképes bányászhardver szükséges. Mivel az ASIC bányászok a bányásztechnológia éllovasai, egy egység ára sokkal magasabb, mint a CPU vagy a GPU esetén. Emellett az ASIC-technológia folyamatos fejlesztései miatt a régebbi ASIC modellek gyorsan elveszítik nyereségtermelő képességüket, vagyis gyakran kell őket cserélni. Emiatt az ASIC bányászat az egyik legdrágább bányászati módszer, és akkor az áramköltségekkel még nem számoltunk.
Bányászpoolok
Mivel a blokkjutalom az első sikeres bányásznak jut, a helyes hash-azonosító megtalálásának esélye rendkívül kicsi. A bányászteljesítmény kis százalékával bíró bányászok esélye nagyon kicsi arra, hogy önállóan megtalálják a következő blokkot. Erre a problémára jelentenek megoldást a bányászpoolok.
A bányászpoolok bányászok csoportjait jelentik, amelyek összeadják erőforrásaikat (hash teljesítmény), hogy növeljék a blokkjutalom elnyerésének esélyét. Amikor a pool sikeresen megtalál egy blokkot, a bányászok egyenlő arányban felosztják a pool összes tagja között a jutalmat, a hozzáadott teljesítmény arányában.
A bányászpoolok a hardver- és az áramköltségek tekintetében kedvezőek lehetnek az egyéni bányászok számára, ám a bányászatban kialakult dominanciájuk aggályokat vet fel a hálózat elleni 51%-os támadással kapcsolatban.
Záró gondolatok
A kriptovaluta bányászat a Bitcoin és más PoW-blokkláncok lényeges elemét jelenti. Ez az egyik olyan dolog, amely megőrzi a hálózat biztonságát és az új érmék kibocsátásának egyenletességét. A bányászat nyújt bizonyos előnyöket és hátrányokat, a legnyilvánvalóbb közülük a blokkjutalomból származó potenciális jövedelem. Ugyanakkor a bányászprofitot számos tényező befolyásolhatja, például az áramköltség és a piaci ár. Nincs garancia arra, hogy a működés nyereséges lesz, ezért mielőtt belevágna a kriptobányászatba, járjon utána a dolgoknak (DYOR–Do Your Own Research) és értékelje valamennyi potenciális kockázatot.