Просто о сложном: что такое майнинг и выгоден ли он сейчас участникам блокчейн-систем

Последние несколько месяцев мир переживает очередную биткоин-лихорадку. Курс главного криптографического токена – биткоина превысил $2500. По данным Coinmarketcap, с начала 2017 года стоимость биткоина выросла в 2,5 раза.

Общая стоимость всех добытых биткоинов превысила $44 млрд. Рост спроса на биткоин повлиял и на курс других криптографических токенов. Так, стоимость второго по популярности после биткоина криптографического токена Ethereum пересекла отметку $200 за монету.

Общая стоимость всех токенов Ethereum превысила $23 млрд. Как и в 2013 году, когда биткоин поставил предыдущий рекорд и торговался по $1300 за монету, люди, поверхностно знакомые с криптовалютами и технологией блокчейна, задаются вопросами, как их получить и будет ли это выгодно.

Неискушенному читателю, который не следил за этой темой с 2011-2012 годов, сложно разобраться, о чем вообще идет речь и почему все эти «криптовалюты», «фермы» и «майнинг» между собой связаны. Приходит осознание того, что упускается что-то важное, когда вопросы блокчейн-технологий и криптографических токенов начинают обсуждаться на уровне ЦБ и правительства, а курс криптографических токенов возрастает на несколько порядков за год-полтора. Чтобы в общих чертах получить представление об их эмиссии, необходим краткий экскурс в историю криптовалют и механизма работы майнинга.

Датой рождения самой популярной криптовалюты считается 2008 год. Тогда неизвестный под псевдонимом Сатоши Накамото опубликовал файл, в котором был описан протокол и принцип работы электронной платежной системы на базе одноранговой сети. Этот файл фактически стал прародителем первого криптографического токена – биткоина (BTC), сеть была запущена в 2009 году. Долгое время биткоин находился в тени, а впервые в качестве платежного инструмента был использован только в 2010 году: с его помощью американец Ласло Ханеч купил две пиццы. Развитие и поддержка сети осуществляется независимыми разработчиками, а все изменения в ней принимаются только с согласия большинства владельцев майнинговых пулов, о которых мы поговорим чуть позже.

Как работают криптовалюты на примере биткоина

Биткоин, как, впрочем, и любая другая криптовалюта, основан на принципе использования одноранговой сети. Эмиссия «коинов» или «токенов», что в грубом переводе означает «монета», происходит путем вычисления зашифрованных блоков. Обращаются BTC с помощью собственной сети, так что транзакции полностью прозрачны для всех участников проекта: даже если файл с биткоинами размещен в «холодном» хранилище – в виде файла на компьютере, копирование этого файла ни к чему не приведет, то есть простым путем подделать криптовалюту невозможно. Бытует мнение, что вмешаться в функционирование сети и создать монеты из ниоткуда если и можно, то для этого потребуется приложение титанических усилий взломщика. Плюс взлом можно будет почти мгновенно отследить. Почему? Эмиссия биткоина, в отличие от печати бумажных денег, строго ограничена размером самой сети: всего в ней существует 21 млн токенов. Компенсируется потенциальная нехватка токенов тем, что монету можно дробить почти до бесконечных значений: например, вы можете переслать как 1, так и 0,01 и даже 0,00001 BTC. То есть масштабирование криптографических токенов как платежного средства происходит не за счет эмиссии новых денежных знаков, а за счет дробления уже существующих, ведь размещены они исключительно в цифровом пространстве и не ограничены физическим исполнением. Криптографические токены можно хранить не в онлайне, а в качестве отдельного файла на каком-либо носителе. Подобный подход накладывает и некоторые ограничения. Например, если накопитель информации («холодное хранилище») с файлом биткоинов вышел из строя, то эти монеты будут утеряны навсегда и восстановлению не подлежат. Эта система вкупе с заранее известным числом имеющихся в обороте BTC (или любой другой криптовалюты) делает его более защищенным от подделки или, например, от недобросовестной политики условного Центробанка.

Кроме того, условной эмиссией, которая в среде криптографических токенов называется майнингом, занимается, опять же, не какой-то регулирующий орган, а сами участники сети. Чтобы получить одну монету, пользователь сети с помощью своего оборудования должен произвести сложные вычисления криптографической подписи блока по специальному алгоритму, то есть просто предоставить машино-время.

На заре биткоина его добыча была возможна на обычных домашних компьютерах, однако создателями технологии был предусмотрен и механизм регуляции криптовалюты: каждый последующий блок требует больше вычислений, чем предыдущий. В какой-то момент для домашнего майнинга стало необходимо покупать более мощное оборудование, после – специализированное. Как итог, добычей биткоина сейчас занимаются либо специализированные компании, которые оптимизируют все — от оборудования до географии — ради экономии на электроэнергии, либо же так называемые «пулы майнеров». Пулы – это своеобразные коллективные сети из множества индивидуальных майнеров, вычислительные мощности которых суммируются с последующим разделением добытых монет среди всех участников пула пропорционально их вкладу. Также в пулы могут объединяться и небольшие фермы по добыче криптографических токенов.

В основе описанного процесса лежит криптографическая теория, которая называется PoW (Proof-of-Work), или «подтверждение работой». Биткоины получают только те участники вычислений, которые рассчитают криптографическую подпись блока. Майнинг криптовалюты труден и тем, что не каждый блок содержит в себе подпись: для нахождения нужного блока необходимо расшифровать еще и множество пустышек. А сложность вычислений постоянно увеличивается.

В сеть биткоина заложено и еще одно ограничение, увеличивающее себестоимость майнинга: каждые четыре года вознаграждение за блок с криптографической подписью уменьшается вдвое. На старте, в 2009 году, за правильный блок майнеры получали 50 BTC, в 2013 – 25 BTC. 18 февраля 2017 года вознаграждение за блок снизилось уже до 12,5 BTC, и этот процесс будет продолжаться.

Почти все это применимо не только к биткоину, но и к «альткоинам» – альтернативным криптографическими токенами, которые стали появляться вслед за BTC. Некоторые из авторов решили видоизменить систему, предложенную Сатоши Накамото, который предпочел PoW другим способам регуляции и добычи.

Подробнее о PoW

С течением времени Proof-of-Work принуждает майнеров к кооперации, что плохо для индивидуалов, но хорошо для всей сети в целом. Принуждение к объединению вычислительных мощностей майнерских ферм по всему миру и их организация в пулы позволяет всей сети приобрести большую упорядоченность, при этом не теряя децентрализации: пусть пулы выступают на программном уровне в качестве «единой вычислительной мощности», физически фермы могут иметь совершенно разную географию. Также это упрощает процесс поддержания и развития блокчейн-проекта: для принятия тех или иных изменений в технологию необходимо согласие большинства участников. Пулы могут принимать решение коллективно, внутри собственной структуры, что упрощает жизнь разработчикам.

Кроме этого, PoW обеспечивает безопасность всей сети на достаточном уровне. Все вычисленные майнерами блоки собираются в одну цепь – блокчейн. Каждый новый блок содержит в себе запись о предыдущем. В теории, кто-то может создать другую «ветвь» цепи, но для этого в системе, придерживающейся PoW, придется повторить с самого начала все произведенные расчеты. С учетом нынешнего уровня развития системы основных криптографических валют, это маловероятно.

На первый взгляд PoW может показаться варварским. Самый большой его минус в том, что PoW с ростом сложности вычислений исключает из экосистемы такие элементы, как частные майнеры с персональными компьютерами. На примере биткоина, когда просто ПК стало не хватать, энтузиасты начали собирать «домашние фермы», а в качестве вычислительных блоков использовать сразу несколько игровых видеокарт, которые более приспособлены к манипуляциям подобного рода, чем центральные процессоры. Этого решения хватило ненадолго, и в итоге на рынке появились специализированные аппаратные платформы с собственной логикой, адаптированные специально под майнинг тех же биткоинов. Именно это специализированное ASIC-оборудование, которое не пригодно больше ни для каких других целей, кроме расшифровки криптографического ключа блока, сейчас и используется множеством промышленных ферм по всему миру. Однако это не означает, что миллионы ферм на базе видеокарт отправились на свалку: сейчас они используются в блокчейнах с меньшей сложностью, где их использование еще выгоднее дорогостоящих интегральных схем ASIC. И если фермы из видеокарт можно было разместить у себя под столом или в шкафу, то промышленные фермы на базе ASIC-решений сопоставимы по размерам с дата-центрами и потребляют соответствующее количество электроэнергии. К 2020 году на майнинг биткоинов в год будет тратится столько же электроэнергии, сколько потребляет вся Дания.

Все используемое в майнинге оборудование сильно греется, а излишки тепла выбрасываются в атмосферу. Сейчас майнинг криптографических токенов по принципу PoW похож на примитивную добычу золота: огромные суммы уходят на закупку специального оборудования и электроэнергию. В перспективе рентабельность майнинговых ферм можно повысить за счет их переноса в Исландию и на полюса, либо же в пустыни, например, в Сахару. В первом случае, это позволит снизить издержки на охлаждение оборудования (а для Исландии возможна добыча геотермальной энергии), а во втором – на электричестве за счет солнечных батарей.

Рассуждения майнеров о переезде на Северный полюс или в Антарктиду вполне могут стать жесткой необходимостью. Сейчас по статистике на главной странице портала Bits.media, совокупно все майнеры биткоина производят около 5 х 10^15 операций сложения и проверки. При этом по всему миру общая скорость расшифровки упала уже до 6,29 блока/час.

Из этого проистекает проблема, которая настраивает прогрессивных майнеров против использования PoW, – урон экологии.

Именно поэтому блокчейн-сообщество, которое подхватило идею развития криптовалют, создало другие модели вознаграждения для майнеров: Proof-of-Capacity (подтверждение объемом) и Proof-of-Stake (подтверждение владением) с его подмножествами. PoC не завоевал достаточной популярности, хотя в его основе лежит более гуманный процесс, чем вычисления: для майнинга криптографических токенов, добываемых по принципу PoC, участнику сети необходимо предоставлять не вычислительные мощности, а пространство для хранения данных на жестком или любом другом диске. А вот PoS или «подтверждение владением» рассматривается как одна из жизнеспособных альтернатив применяемого в BTC PoW.

PoS как альтернатива PoW

Впервые о PoS заговорили на профильном форуме BitcoinTalk еще в 2011 году. PoS, или «подтверждение владением», рассматривается как инструмент, который может использоваться как вместе с PoW, так и полностью независимо от дорогостоящего процесса классического майнинга. Парадигма PoS построена вокруг объема криптовалюты на конкретном кошельке или пуле кошельков. Именно это, а не объем проведенных вычислений, как в случае с PoW, является определяющим фактором для совершения записи в следующий блок цепи. У PoS есть очевидные преимущества перед PoW – не нужны титанические усилия и расходы по майнингу криптографических токенов. PoS – это более цивилизованная версия добычи, которая имеет больше общего с современными финансовыми инструментами и институтами, занимающимися эмиссией денежных знаков, чем PoW, который скорее походит на добычу полезных ископаемых. Конечно, в майнинге криптовалюты есть элемент случайности, и это правило работает и для PoS – размер хранимых на кошельке монет лишь увеличивает шансы на получение новых, но не гарантирует, что вознаграждение за следующий блок получит именно самый «богатый» участник.

С другой стороны сама парадигма PoS угрожает основе блокчейна, заложенной в манифесте 2008 года, – децентрализации. Эта модель теоретически может подтолкнуть кого-то к концентрированию 51% доли монет в своих руках для установления «диктата» в рамках блокчейна – подобная доля позволит единолично управлять проектом и принимать решения в обход других участников, например проводить атаки. Но это лишь теория, так как без децентрализованного сообщества криптовалюта не имеет смысла и теряет свою стабильность. Таким образом, атакующий в первую очередь навредит сам себе, так как будет держателем наибольшего количества монет.

PoS ожидаемо подвергся критике, в том числе и объективной. Если в случае PoW криптографические токены обеспечиваются минимум себестоимостью на свою добычу (стоимость оборудования и электроэнергии), то токены, добытые по принципу PoS, лишены и этого и обеспечиваются спросом на самих себя. Также в PoS есть проблемы с безопасностью всей цепи блокчейна. Злоумышленник для получения солидной доли может начать выстраивать новую цепочку блоков, и по достижении уровня выше, чем в основной ветви, вся сеть переключится на «альтернативную». Причем механика PoS позволяет майнить сразу обе ветки блокчейна – «основную» и «альтернативную», увеличивая потенциальную прибыль, ведь сам процесс майнинга ничего не стоит. В PoW можно майнить только одну ветвь, что является сдерживающим фактором.  

При всех изъянах PoS увидел свет. Первым проектом с использованием этой механики майнинга стал PPCoin (сейчас называется PeerCoin). В дальнейшем у этого подхода появились свои наследники, например DPoS (делегированное подтверждение владения) и LPoS (лизинговое подтверждение владения). В первом случае майнеры, вносящие запись в блокчейн, выбираются случайным образом и постоянно сменяются, во втором – используется система лизинга, когда участник системы предоставляет баланс своего кошелька другому участнику в обмен на небольшие дивиденды.

Самым известным проектом, использующим механику LPoS, является блокчейн-платформа Waves. Количество майнеров в сети Waves строго ограничено, но остальные участники могут по модели пулов в PoW-проектах предоставлять им свои монеты для увеличения шанса расшифровки блока. В обмен участники пула получают около 1% в месяц от объема предоставленных ими средств. Подобный механизм позволяет более равномерно распределять добытые монеты по сравнению с обычными PoS-сетями, где львиная доля прибыли достается участникам с наибольшим балансом.

Перспективы блокчейн-технологий в экономике

Криптографические токены любых блокчейнов рассматриваются сейчас в первую очередь как платежный инструмент, находящийся вне юрисдикций мировых государств. Некоторые страны идут на легализацию уже существующих токенов, другие планируют заняться эмиссией собственных монет.

В начале статьи был поставлен вопрос, выгодно ли сейчас майнить криптовалюты. В случае с BTC и Ethereum конкретно сейчас – выгодно, но есть несколько оговорок.

На закупку оборудования достаточной мощности для эффективного майнинга биткоинов потребуется потратить $100 000 и более. При этом не последнюю роль играет стоимость электроэнергии и стабильность курса. В случае с Ethereum речь идет о вложениях на порядок меньших: для майнинга криптографических токенов этого типа потребуется от $10 000 стартового капитала.   Майнинг в разрезе блокчейн-проектов всегда рассматривался только как способ достижения цели, однако механизмы и идеи, разрабатываемые для применения в сфере блокчейна, имеют намного большее значение для общества. И дело не в принципиально новых способах расчета.

Добыча токенов в том числе и через пулы, показала состоятельность модели децентрализации и коллективного самоуправления, а это открывает новые горизонты для всей технологической области. Существующая парадигма использования программного обеспечения, служб и сервисов подразумевает вычислительные центры, узлы – точки, потенциально уязвимые для внешних угроз. Сейчас майнинг по модели PoW – это просто вычисления, не имеющие конкретного прикладного применения, кроме расшифровки блоков. Однако блокчейн-активисты активно работают над тем, чтобы технология прозрачных децентрализованных вычислений вырвалась за пределы только добычи криптовалют. Сейчас авторы множества проектов активно развивают системы и сервисы, применяемые в банковской сфере, экономике, медицине и даже сфере услуг. При этом они будут обладать сильными качествами блокчейна, такими как  децентрализация, прозрачность, высокий уровень безопасности. Наиболее очевидное применение технологий блокчейна в обозримом будущем – межбанковские переводы и внутренние системы платежей. В перспективе децентрализованные криптосети, прародителем которых будут криптографические токены на базе блокчейна, могут стать неотъемлемой частью облачных интернет-сервисов, программного обеспечения, систем здравоохранения и даже логистики.