Разбор: Что такое майнинг криптовалют и какие типы консенсуса в криптовалютах бывают?

В этом посте я хочу разобрать тему майнинга криптовалют, так как считаю, что понимание процессов консенсуса, связанных с добавлением новых блоков (а также появлением новых монет/токенов), напрямую влияет на понимание устройства проектов, их токеномики и, в конечном счете, их перспектив. 🚀 Поехали.

Майнинг криптовалют — это процесс верификации транзакций и добавления их в блокчейн, который также включает в себя процесс создания новых монет. Этот процесс требует значительных вычислительных мощностей и энергозатрат, но взамен майнеры получают вознаграждение в виде новых монет и комиссий за транзакции. Рассмотрим основные механизмы консенсуса.

Принцип работы: Proof of Work требует от майнеров выполнения сложных вычислительных задач для доказательства выполнения работы. Задача заключается в поиске значения, которое, когда оно хэшируется вместе с данными блока, производит хэш, соответствующий определенным условиям (например, начинается с определенного количества нулей).

Технические детали:

• Вычислительная сложность: Сложность задачи автоматически корректируется сетью, чтобы среднее время нахождения нового блока оставалось постоянным, например, 10 минут для Bitcoin.
• Асимметрия задачи: Задача должна быть достаточно сложной для решения, но легкой для проверки другими участниками сети.
• Безопасность: PoW защищает сеть от атак, так как потенциальный атакующий должен будет иметь больше вычислительной мощности, чем весь остальной сетевой пул, чтобы осуществить атаку 51%.
• Примеры проектов: Bitcoin, Litecoin.

Если интересно углубится в майнинг Proof of Work (PoW) читайте про него здесь.

Принцип работы: В отличие от PoW, где шанс создания блока зависит от вычислительной мощности, в PoS вероятность создания блока зависит от количества монет, которые участник заблокировал в качестве ставки ("stake"). Чем больше ставка, тем выше шансы быть выбранным для создания следующего блока.

Технические детали:

• Выбор валидатора: Алгоритм случайным образом выбирает создателя следующего блока среди участников, которые заблокировали свои монеты.
• Безопасность: Для защиты от манипуляций, в PoS часто используются различные механизмы, такие как "заказ назначения" (delegated PoS), где владельцы монет голосуют за определенных валидаторов.
• Энергопотребление: PoS значительно менее энергозатратен, чем PoW, поскольку не требует интенсивных вычислений.
• Примеры проектов: Ethereum, Polkadot.

У меня есть отдельный, большой пост о майнинге Proof of Stake (PoS), можно почитать здесь.

Proof of Staked Authority (PoSA)

Принцип работы: майнинг Proof of Staked Authority (PoSA) – этот тип майнинга аналогичен PoS. Однако в PoSA валидаторов выбирает не пользователи, а администратор сети. Именно поэтому такие сети нельзя назвать децентрализованными. Самый известный пример сети, использующей алгоритм консенсуса PPoSA, — это Binance Smart Chain (BSC). По сравнению с Ethereum, где майнинг доступен для всех, BSC использует PoSA, и только авторизованные участники могут выполнять валидацию.

Delegated Proof-of-Stake (DPoS)

Майнинг Delegated Proof-of-Stake (DPoS) представляет собой алгоритм консенсуса, который улучшает традиционную модель Proof-of-Stake (PoS) путем введения системы делегирования, где держатели токенов выбирают определенное число делегатов (или валидаторов) для валидации блоков и поддержания безопасности сети. Это делегирование голосов позволяет сети достигать более высокой степени масштабируемости и эффективности, сокращая количество участников, непосредственно участвующих в процессе консенсуса, и тем самым увеличивая скорость обработки транзакций.

DPoS также способствует более демократичному участию в процессе управления сетью, поскольку каждый держатель токенов имеет возможность влиять на выбор делегатов и, следовательно, на принятие решений в сети. Однако этот метод может привести к централизации власти у небольшой группы делегатов, что является предметом критики со стороны сторонников полной децентрализации. DPoS широко используется в таких блокчейн-системах, как EOS, Tron и Lisk, где он обеспечивает баланс между производительностью, безопасностью и участием сообщества.

Nominated Proof-of-Stake (NPoS)

Nominated Proof-of-Stake (NPoS) является развитием идеи Delegated Proof-of-Stake (DPoS), предлагая улучшенную модель участия и безопасности в сети блокчейна. В NPoS участники, известные как «номинаторы», выбирают определенных валидаторов, которым они доверяют свои токены для участия в процессе валидации транзакций и создания новых блоков. Этот механизм поощряет более активное и осознанное участие участников в обеспечении безопасности и стабильности сети, поскольку номинаторы должны тщательно выбирать валидаторов, основываясь на их производительности и надежности.

В отличие от DPoS, где делегаты могут активно заниматься кампаниями для привлечения голосов, в NPoS акцент делается на меритократии и качестве работы валидаторов. Это помогает уменьшить «централизацию власти» и повысить безопасность сети за счет распределения ответственности между большим числом номинаторов и валидаторов. NPoS используется в таких проектах, как Polkadot и Kusama, где он способствует созданию более справедливой, безопасной и эффективной системы управления блокчейном.

Pure Proof-of-Stake (PPoS)

Майнинг Pure Proof-of-Stake (PPoS) является уникальным вариантом алгоритма консенсуса PoS, который централизуется вокруг идеи полной случайности и справедливости в выборе валидаторов для создания новых блоков. В отличие от традиционного PoS, где вероятность выбора валидатора для создания блока часто зависит от количества токеновв стейкинге, PPoS стремится минимизировать влияние объема монет на шансы быть выбранным. Это достигается за счет использования криптографически безопасных случайных механизмов для выбора валидаторов, что обеспечивает, чтобы каждый токен имел равные шансы быть выбранным, независимо от общего количества токенов, которыми владеет его держатель.

PPoS обеспечивает высокий уровень безопасности и децентрализации, поскольку затрудняет атаки, связанные с «концентрацией власти». Этот механизм консенсуса наиболее известен своим применением в блокчейне Algorand, где он позволяет достигать высокой пропускной способности и быстрой финализации транзакций при сохранении принципов равенства и децентрализации.

Принцип работы: Proof of Space-Time является разновидностью Proof of Space (PoSpace), где участник доказывает, что выделил определенное количество дискового пространства для хранения данных в течение определенного времени. Этот механизм предполагает, что валидаторы "засевают" свое хранилище данными и затем в течение времени доказывают, что данные были сохранены.

Технические детали:

• Создание и проверка: Участники засевают жесткие диски специальными данными, которые называют плотами, используя определенные криптографические функции, и периодически предоставляют доказательства сохранности этих данных.
• Вызовы: Валидаторы должны регулярно отвечать на вызовы, доказывая, что данные все еще хранятся на их устройствах.
• Безопасность и энергопотребление: PoST предлагает альтернативу PoW без высоких энергетических затрат, однако требует значительного количества дискового пространства.
• Примеры проектов: Chia.
  

Большой обзор майнинга Proof of Space-Time (PoST) смотрите здесь.

Основы механизма: Proof of Transfer (PoX) — это относительно новый механизм консенсуса, используемый в блокчейнах. В отличие от других механизмов, таких как Proof of Work или Proof of Stake, PoX позволяет майнерам использовать существующие активы на одной блокчейн-платформе для получения вознаграждений на другой блокчейн-платформе. Это создает мост между двумя разными блокчейнами, увеличивая их взаимодействие и утилитарность.

Принцип работы: В майнинге PoX майнеры тратят ресурс на одной блокчейн-платформе (например, Bitcoin) для участия в майнинге на другой блокчейн-платформе. Это не только обеспечивает безопасность новой сети за счет использования уже установленной и безопасной сети (например, Bitcoin), но и позволяет майнерам зарабатывать вознаграждения на новой платформе без необходимости отказываться от своих первоначальных активов.

Технические детали:

• Передача стоимости: Майнеры "переводят" стоимость в виде криптовалюты (часто Bitcoin) в специальный смарт-контракт на целевой блокчейн, который затем распределяет вознаграждения между участниками.
• Вознаграждения: Вознаграждения выплачиваются в новой криптовалюте или токенах целевой блокчейн-платформы, обеспечивая стимул для майнеров и одновременно увеличивая ликвидность и распространение новой криптовалюты.
• Безопасность: Использование активов с установленной блокчейн-сети повышает безопасность новой сети, так как атака на такую систему потребует значительных ресурсов из-за стоимости передаваемых активов.

Применение: Один из наиболее известных примеров использования PoX — блокчейн Stacks, который использует Bitcoin для майнинга и выполнения смарт-контрактов на своей платформе. Это позволяет разработчикам создавать децентрализованные приложения и смарт-контракты, используя безопасность и ликвидность Bitcoin.

Преимущества и недостатки:

• Преимущества: Повышенная безопасность и взаимодействие между блокчейнами, возможность заработка на новых платформах без потери активов на исходной платформе.
• Недостатки: Зависимость от стоимости и безопасности исходной криптовалюты; потенциальное ограничение участия в майнинге для тех, кто не владеет активами на исходной платформе.

Proof of History (PoH) — это инновационный алгоритм консенсуса, разработанный для создания хронологической последовательности событий в блокчейне без необходимости постоянной синхронизации между участниками сети. Этот механизм позволяет каждой транзакции иметь уникальную временную метку, встраиваемую прямо в блокчейн, что обеспечивает верифицируемую последовательность событий.

Принцип работы: В основе PoH лежит процесс, при котором каждая операция (транзакция) подвергается криптографическому хешированию с предыдущими операциями, создавая последовательный цепочный хеш, который служит доказательством порядка событий. Это создает встроенную «часовую шкалу» внутри данных блокчейна, позволяя участникам и внешним наблюдателям точно и независимо верифицировать время совершения каждой транзакции без необходимости обращения к внешним источникам времени или координации между участниками.

Преимущества: PoH значительно увеличивает скорость и эффективность обработки транзакций в блокчейне, устраняя необходимость в сложных механизмах достижения консенсуса, требующих интенсивного обмена данными между участниками. Это уменьшает задержки и повышает масштабируемость сети.

Применение: Алгоритм Proof of History в наибольшей степени ассоциируется с блокчейном Solana, где он используется для обеспечения высокой производительности сети, позволяя достигать тысяч транзакций в секунду при сохранении децентрализации.

Также, как и по типу используемого консенсуса, майнинг можно разделить по типу необходимого оборудования. В данном случае можно выделить следующие группы:

Майнинг с использованием ЦП (Процессора)

• Основы: Использование процессора компьютера для майнинга. Это был первый метод майнинга, но сейчас он считается неэффективным для большинства криптовалют из-за низкой производительности.
• Требования: Обычный домашний компьютер или сервер с мощным процессором.
• Рентабельность и риски: Низкая рентабельность из-за большой конкуренции и высоких энергозатрат.

Майнинг с использованием ГП (Видеокарты)

• Основы: Использование графических процессоров (GPU) для майнинга благодаря их способности быстро обрабатывать параллельные операции. Широко используется для майнинга Ethereum и других криптовалют.
• Требования: Одна или несколько мощных видеокарт, специализированное программное обеспечение для майнинга.
• Рентабельность и риски: Выше, чем у ЦП, но требует значительных начальных инвестиций и может привести к перегреву оборудования.

Майнинг с использованием ASIC

• Основы: Специализированные микросхемы (ASIC) разработаны специально для майнинга определенных криптовалют, что делает их очень эффективными.
• Требования: Покупка специализированного ASIC-оборудования, которое может быть дорогим.
• Рентабельность и риски: Высокая эффективность и рентабельность, но высокие начальные затраты и риск устаревания оборудования из-за появления более новых моделей.

Облачный майнинг

• Основы: Аренда вычислительной мощности у крупных майнинговых ферм. Позволяет майнить без необходимости покупки и обслуживания собственного оборудования.
• Требования: Договор с надежным провайдером облачного майнинга и инвестиции в аренду мощности.
• Рентабельность и риски: Уменьшает физические и технические риски, но подвержен риску мошенничества и может быть менее прибыльным из-за операционных расходов.

Майнинговые пулы

• Основы: Объединение ресурсов множества майнеров для повышения шансов на успешное добавление блока и получение вознаграждения, которое затем делится между участниками пула.
• Требования: Выбор и присоединение к пулу, настройка майнингового оборудования и программного обеспечения для работы с пулом.
• Рентабельность и риски: Позволяет майнерам с меньшей вычислительной мощностью участвовать в майнинге, но снижает размер индивидуальных вознаграждений.

Майнинг на жестких дисках компьютера

• Основы: Этот тип использует свободное дисковое пространство. Пользователи "засевают" свои диски специальными данными, называемыми "плотами", которые затем используются для участия в процессе майнинга.
• Требования: Этот тип майнинга требует значительного объема доступного дискового пространства и может привести к износу жестких дисков из-за постоянного чтения и записи данных.
• Рентабельность и риски: Рентабельность этого типа сильно зависит от текущей рыночной стоимости оборудования – жестких дисков.

Майнинг, особенно на основе PoW, потребляет огромное количество электроэнергии, что вызывает озабоченность по поводу его воздействия на окружающую среду. Переход к более энергоэффективным механизмам консенсуса, как PoS, и использование возобновляемых источников энергии могут помочь снизить этот ущерб. Могу предположить, что майнинг в ближайшие годы будет развиваться по следующим ориентирам:

• Развитие энергоэффективных технологий: Ищутся способы снижения энергопотребления майнинга.
• Ужесточение регулирования: Возможные правительственные ограничения на майнинг из-за энергопотребления и других социальных последствий.
• Рост популярности PoS и других альтернативных механизмов консенсуса: Многие проекты рассматривают более экологичные альтернативы PoW.

Майнинг криптовалют представляет собой сложную и энергоемкую задачу, но он является ключевым элементом в экосистеме криптовалют. Понимание различных методов и механизмов майнинга, а также их влияния на экономику и окружающую среду, жизненно важно для любого, кто хочет участвовать в этой области. По мере развития технологий и изменения рыночной среды, майнерам необходимо адаптироваться к новым условиям, чтобы оставаться конкурентоспособными и устойчивыми.

Остались вопросы? Появились новые? – добро пожаловать в комментарии!

Мой Telegram-канал с еженедельным дайджестом постов – https://t. me/polyanskiy_channel

В моем блоге вы найдете анализ перспективных проектов и технологий, обзоры и список лучших бирж, пошаговые инструкции по покупке биткоина и другой криптовалюты, а также разборы кошельков и подробные руководства для новичков и профессионалов. Присоединяйтесь! 🚀