استخراج بیت کوین از صفر تا صد

ماینرها مسائل پیچیده ریاضی را با استفاده از رایانه های قدرتمند حل می کنند تا بلوک های تراکنش را به بلاک چین اضافه کنند و بیت کوین به عنوان پاداش به دست آورند.

این فرآیند ضروری، بیت کوین های جدیدی تولید می کند که در طول زمان با طراحی از پیش تعیین شده کاهش می یابد و از شبکه در برابر تقلب محافظت می کند.

آیا می خواهید ابتدا درباره بیت کوین بیشتر بدانید؟ بنابراین حتما مطلب همه چیز درباره بیت کوین را مطالعه نمایید.

مفاهیم کلیدی ماینینگ

بلاک چین: یک دفتر کل دیجیتال که تمام تراکنش های بیت کوین را به صورت ایمن ثبت می کند، مانند زنجیره ای از بلوک های متصل به هم.
استخراج: فرآیند استفاده از نیروی کامپیوتر برای حل معماهای پیچیده، ایمن سازی شبکه و پردازش تراکنش ها در ازای بیت کوین های جدید و کارمزد تراکنش ها.
پاداش بلاک: مقدار بیت کوین جدیدی که به ماینری داده می شود که با موفقیت پازل یک بلاک جدید را حل می کند که تقریباً هر چهار سال یکبار نصف می شود.
تابع هش: یک الگوریتم ریاضی که هر ورودی را می گیرد و یک رشته کاراکتر با اندازه ثابت تولید می کند که برای ورودی های مختلف منحصر به فرد است.
نرخ هش: سرعتی که تجهیزات ماینر می تواند معماهای رمزنگاری را حل کند، که بر حسب هش در ثانیه (h/s) اندازه گیری می شود و قدرت استخراج را نشان می دهد.
Nonce: یک عدد تصادفی که ماینرها به طور مکرر آن را تغییر می دهند تا مقدار هش متفاوتی به دست آورند تا زمانی که آن را پیدا کنند که شرایط مورد نیاز شبکه را برآورده کند.
سختی: معیاری است که نشان می دهد یافتن یک بلوک جدید در مقایسه با ساده ترین بلوک چقدر سخت است. تنظیم می کند تا نرخ کشف بلوک را ثابت نگه دارد.
اثبات کار (PoW): مکانیسم توافقی که ماینرها را ملزم به حل پازل های رمزنگاری برای تأیید تراکنش ها و ایجاد بلوک های جدید می کند و امنیت و یکپارچگی شبکه را تضمین می کند.
Node: یک شرکت کننده در شبکه بیت کوین. میتوانید مقاله نود را مطالعه کنید.

ماینینگ چه نقشی در اکوسیستم بیت کوین دارد؟

ماینینگ ستون فقرات بیت کوین است و به این ترتیب نقش مهمی در اکوسیستم ایفا می کند و چندین عملکرد اساسی را انجام می دهد:

تایید تراکنش

ماینرها داده‌های تراکنش را تایید می‌کنند و آن را به بلاک‌چین بیت‌کوین اضافه می‌کنند.

این فرآیند قانونی بودن تراکنش‌ها را تضمین می‌کند و از مسائلی مانند خرج مضاعف،

که در آن شخصی سعی می‌کند همان بیت‌کوین‌ها را بیش از یک بار خرج کند، جلوگیری می‌کند.

امنیت شبکه

ماینرها با حل پازل‌های پیچیده ریاضی، تغییر در بلاک‌چین بیت‌کوین را از نظر محاسباتی گران می‌کنند.

این شبکه را در برابر فعالیت‌ها و حملات جعلی ایمن می‌کند، زیرا تغییر تراکنش‌های گذشته به مقدار زیادی از قدرت محاسباتی برای انجام مجدد کار بلوک‌های بعدی نیاز دارد.

غیرمتمرکزسازی

ماینینگ به تمرکززدایی شبکه بیت کوین کمک می کند. از آنجایی که هر کسی با سخت افزار لازم و دسترسی به برق می تواند در استخراج شرکت کند،

به توزیع کنترل بر روی شبکه کمک می کند و از نفوذ بیش از حد هر شخصی جلوگیری می کند.

صدور ارز (بیت کوین های جدید)

ماینینگ بیت کوین فرآیندی است که از طریق آن بیت کوین های جدید ایجاد می شود.

ماینرها به ازای هر بلوکی که با موفقیت به بلاک چین اضافه می کنند، بیت کوین های جدید و کارمزد تراکنش دریافت می کنند.

این مکانیسم پاداش نه تنها ماینرها را تشویق می‌کند تا شبکه را ایمن نگه دارند، بلکه عرضه بیت‌کوین‌های جدید را نیز کنترل می‌کند،

با تقلید از نرخی که کالاهایی مانند طلا از زمین استخراج می‌شوند، از این رو به نام بیت‌کوین به عنوان «طلای دیجیتال» کمک می‌کند.

اجماع سازی

استخراج بیت کوین یک جزء حیاتی از مکانیسم اجماع در شبکه بیت کوین (اثبات کار) است.

این تضمین می کند که همه شرکت کنندگان در شبکه در مورد وضعیت فعلی بلاک چین توافق دارند و به مجموعه قوانین یکسانی پایبند هستند و یکپارچگی و تداوم بلاک چین را حفظ می کنند.

الگوریتم اثبات کار و اهمیت آن

بیت کوین اولین ارز دیجیتالی است که با استفاده از مکانیزم اثبات کار در شبکه همتا به همتا، مشکل خرج مضاعف (double-spending) را حل می کند.

اثبات کار (PoW) یک مکانیسم توافقی است که زیربنای عملکرد بیت کوین و چندین ارز دیجیتال دیگر است.

این عملکرد یک شبکه غیرمتمرکز را قادر می‌سازد تا بدون اتکا به یک مرجع مرکزی، در مورد وضعیت بلاک‌چین توافق کند.

PoW به ماینرها نیاز دارد تا پازل های پیچیده ریاضی را حل کنند (کار)،

فرآیندی که نیاز به توان محاسباتی و انرژی قابل توجهی دارد (=سرمایه گذاری مالی).

آنها به نوبه خود با بیت کوین جدید ایجاد شده و کارمزد تراکنش پاداش می گیرند.

سیستم پاداش، ماینرها را تشویق می‌کند که به‌طور مستمر منابع را به امید کسب پاداش سرمایه‌گذاری کنند و رفتارهای غیرصادقانه، مانند تلاش برای تغییر زنجیره بلوکی برای سودهای جعلی، کمتر جذاب شود.

هر تلاشی برای تقلب (مانند خرج کردن مضاعف) به مقدار غیرعملی قدرت محاسباتی نیاز دارد تا از شبکه صادق پیشی بگیرد و هزینه عدم صداقت به طور قابل توجهی بیشتر از پاداش بالقوه باشد.

در زمینه تئوری بازی ها (game theory) ، اثبات کار یک محیط رقابتی ایجاد می کند که در آن ماینرها تشویق می شوند تا برای منافع شخصی صادقانه عمل کنند و منافع فردی را با امنیت و یکپارچگی شبکه هماهنگ کنند.

این رقابت اساس یک تعادل نش را تشکیل می‌دهد، مفهومی از نظریه بازی که در آن هیچ شرکت‌کننده‌ای نمی‌تواند با تغییر یک‌طرفه استراتژی خود،

در صورتی که دیگران استراتژی خود را بدون تغییر نگه دارند، به دست بیاورد.

بیت کوین چگونه استخراج می شود؟

استخراج بیت کوین شامل چندین مرحله کلیدی است که تضمین می کند تراکنش ها به طور ایمن به بلاک چین اضافه می شوند و بیت کوین های جدید به عنوان پاداش برای ماینرها تولید می شوند.

نمای کلی از فرآیند ماین بیت کوین:

تأیید تراکنش

ماینرها تراکنش های معلق شبکه را از mempool جمع آوری می کنند تا یک بلوک جدید تشکیل دهند.

ایجاد یک بلوک جدید

این تراکنش ها در یک بلوک کامپایل می شوند و در انتظار تایید هستند. با توجه به فضای محدود موجود در هر بلوک جدید، ماینرها تمایل دارند تراکنش هایی با کارمزد تراکنش های بالا را در اولویت قرار دهند.

محاسبه ریشه مرکل

تراکنش‌های بلوک جدید به صورت جفت با هم هش می‌شوند و سپس آن هش‌ها با هم هش می‌شوند و به همین ترتیب تا زمانی که یک هش برای همه تراکنش‌ها وجود داشته باشد که به ریشه Merkle معروف است.

محل پازل اثبات کار توسط ماینرها

این مرحله که فشرده‌ترین مرحله از نظر محاسباتی است، شامل یافتن یک nonce (تعداد متغیری است که ماینرها می‌توانند آن را تغییر دهند) می‌شود که وقتی به بلوک اضافه می‌شود و از یک تابع هش عبور می‌کند، هش تولید می‌شود که هدف سختی شبکه را برآورده می‌کند.

یافتن nounce در استخراج بیت کوین

ماینرها از سخت‌افزار تخصصی برای حدس زدن سریع بسیاری از مقادیر nonce استفاده می‌کنند تا مقدار درست که معما را حل می‌کند، پیدا کنند. این فرآیند نیاز به توان محاسباتی و الکتریسیته قابل توجهی دارد، زیرا شانس یافتن مقدار صحیح در هر تلاشی بسیار کم است.

اعتبار سنجی توسط شبکه

هنگامی که یک ماینر معما را حل می‌کند، گره‌های دیگر در شبکه بلوک جدید را اعتبارسنجی می‌کنند. اگر بلوک شرایط لازم را داشته باشد (تراکنش‌ها معتبر باشند و پازل PoW به درستی حل شده باشد)، بلوک پذیرفته می‌شود.

افزودن بلاک به بلاک چین

پس از تایید اعتبار، بلوک جدید به بلاک چین اضافه می شود. این به‌روزرسانی در سراسر شبکه منتشر می‌شود و تراکنش‌های موجود در بلوک تأیید شده در نظر گرفته می‌شوند

پاداش دادن به ماینر

ماینر موفق بیت کوین های تازه ایجاد شده (پاداش بلوک) و کارمزد تراکنش ها را از تراکنش های بلاک دریافت می کند. ‌

تکرار فرآیند

ماینرها به طور مداوم برای حل پازل های جدید، پردازش تراکنش های جدید و ایمن سازی شبکه رقابت می کنند.

مکانیک استخراج بیت کوین

درک ممپول

Mempool (مخفف Memory Pool) مجموعه ای از تراکنش های تایید نشده است که در انتظار گنجاندن در یک بلوک هستند.

هنگامی که کاربران تراکنش های بیت کوین را انجام می دهند،

ابتدا به شبکه پخش می شوند و به طور موقت در mempool ذخیره می شوند تا زمانی که ماینرها آنها را در بلوک بعدی انتخاب و تأیید کنند.

وضعیت ممپول منعکس کننده تقاضای فعلی برای فضای بلاک در شبکه بیت کوین است.

تحت تأثیر عواملی مانند حجم تراکنش، محدودیت اندازه بلوک و رفتار ماینر قرار دارد.

ساخت بلوک کاندید

ماینرها هنگام ساخت یک بلوک جدید، تراکنش ها را از mempool انتخاب می کنند.

تراکنش‌هایی که کارمزد بالاتری دارند، اغلب اولویت بیشتری دارند، زیرا استخراج‌کنندگان با این کارمزدها تشویق می‌شوند.

این بدان معناست که اگر شبکه مشغول باشد، تراکنش‌های با کارمزد بالاتر احتمالاً سریع‌تر پردازش می‌شوند.

ساخت سربرگ بلوک یا Block header

هدر بلوک یک جزء حیاتی از بلوک کاندید است.

ماینرها پس از ساختن هدر بلوک، از الگوریتم هش SHA-256 استفاده می‌کنند تا یک خروجی با اندازه ثابت (256 بیت) – هش تولید کنند.

مقایسه در برابر دشواری

سپس هش حاصل با هدف دشواری فعلی مقایسه می‌شود.

اگر هش معیارها را برآورده کند (یعنی تعداد صفرهای اولیه لازم را داشته باشد)، آنگاه بلوک معتبر است.

با این حال، با توجه به احتمالات نجومی در برابر یافتن یک هش معتبر،

ماینرها احتمالاً نیاز دارند که Nonce را تنظیم کنند و دوباره تلاش کنند.

تنظیم Nonce در استخراج بیت کوین

nonce در هدر بلوک اصلاح می‌شود و برای هر تلاش هش جدید،

آن را یک عدد افزایش می‌دهد (یا از استراتژی‌های دیگر برای تغییر مقدار آن استفاده می‌کند).

با تغییر nonce، هش حاصل به دلیل ویژگی های رمزنگاری الگوریتم SHA-256 به طور چشمگیری تغییر می کند.

حتی حداقل تغییر در مقدار ورودی، مانند تفاوت بین “Hello” و “Hello”، منجر به یک مقدار هش کاملاً متفاوت می شود.

نمونه هش sha256 - استخراج بیت کوین از صفر تا صد — نمونه هش sha256 – استخراج بیت کوین از صفر تا صد

پخش بلوک

اولین ماینری که به یک هش معتبر دست می یابد، بلوک جدید را برای تأیید به شبکه اعلام می کند و پاداش بیت کوین های جدید و کارمزد تراکنش ها را تضمین می کند.

تنظیم سختی ماین

وقتی ماینرهای بیشتری به شبکه می‌پیوندند، هش ریت افزایش می‌دهد و احتمال پیدا کردن بلوک جدید در زمان کمتری بیشتر می‌شود.

برای جلوگیری از این امر، بیت کوین تقریباً هر دو هفته یک بار به طور خودکار سختی را تنظیم می کند تا زمان لازم برای اضافه کردن یک بلوک را حدود 10 دقیقه حفظ کند.

برعکس، اگر ماینرها شبکه و استخراج بیت کوین را ترک کنند و نرخ هش کاهش یابد، دشواری برای ثابت نگه داشتن زمان بلاک کاهش می یابد.

این سازگاری تضمین می کند که شبکه بدون توجه به تغییرات در قدرت استخراج، پایدار و عملکردی باقی می ماند.

پاداش بلاک ماینینگ بیت کوین

ماینرها برای تلاش های خود به دو صورت پاداش می گیرند: پاداش بلوک و کارمزد تراکنش.

سیستم بیت‌کوین به مرور زمان پاداش بلاک‌ها را به دلیل نصف شدن کاهش می‌دهد.

استخراج‌کنندگان مقداری بیت‌کوین را به عنوان پاداش برای استخراج یک بلوک دریافت می‌کنند.

با کاهش سرعت انتشار بیت‌کوین‌های جدید، کارمزد تراکنش‌ها به منبع درآمدی حیاتی‌تر برای ماینرها تبدیل می‌شود.

این تغییر تضمین می کند که با کاهش پاداش بلاک، اتکای ماینرها به کارمزد تراکنش افزایش می یابد و انگیزه آنها برای ایمن سازی شبکه حفظ می شود.

چگونه ماینینگ بر عرضه بیت کوین تأثیر می گذارد

یکی از ویژگی های تعیین کننده توکنومیک بیت کوین سقف عرضه ثابت آن یعنی 21 میلیون سکه است.

این طرح به عمد توسط خالق مستعار بیت کوین، ساتوشی ناکاموتو، برای ایجاد یک دارایی بدون تاثیر پذیری از تورم انتخاب شد.

برخلاف ارزهای فیات که می توانند در مقادیر نامحدود چاپ شوند و منجر به فشارهای تورمی می شوند،

عرضه محدود بیت کوین تضمین می کند که انتشار آن قابل پیش بینی است و نمی توان آن را تغییر داد.

بیت‌کوین رویدادهای به اصطلاح نصف کردن (halving) را اجرا می‌کند تا زمان رسیدن به سقف 21 میلیونی را افزایش دهد.

پاداش بلاک ماینرها را هر 4 سال به نصف کاهش می دهد و از نزدیک شدن تدریجی به حداکثر حد عرضه خود اطمینان حاصل می کند.

نصف شدن پاداش استخراج بیت کوین

هر 210000 بلاک، یا تقریباً چهار سال، بیت کوین تحت یک «halve» قرار می گیرد که در آن پاداش بلاک برای ماینرها به نصف کاهش می یابد.

زمانی که بیت کوین برای اولین بار در سال 2009 راه اندازی شد، با پاداش 50 بیت کوین به ازای هر بلوک شروع شد،

بیت‌کوین پاداش را قبلاً چندین بار نصف کرده است و این فرایند تا زمانی که پاداش بلاک به صفر برسد، ادامه خواهد یافت.

نصف شدن می تواند از طریق پویایی عرضه و تقاضا منجر به قیمت های بالاتر شود و اغلب توجه بیشتری را به خود جلب می کند و گاهی اوقات چرخه های صعودی بازار را تحریک می کند.

تاریخچه استخراج بیت کوین

استخراج CPU

در ابتدا، استخراج بیت کوین با واحدهای پردازش مرکزی (CPU) انجام می شد، مغز همه کاره رایانه هایی که وظایف مختلف را انجام می دهند.

زمانی که بیت کوین جدید بود، جامعه آن کوچک بود و سختی استخراج آن کم بود، این امکان پذیر بود.

با این حال، با افزایش محبوبیت بیت کوین و گسترش شبکه، CPU ها دیگر قدرت محاسباتی لازم را برای استخراج کارآمد فراهم نمی کردند.

استخراج پردازنده گرافیکی

انتقال به واحدهای پردازش گرافیکی (GPU) یک تغییر بازی در ماینینگ بود.

پردازنده‌های گرافیکی که عمدتاً برای گرافیک بازی‌های ویدیویی طراحی شده‌اند،

این سیستم‌ها در محاسبات پیچیده و پردازش موازی برتری دارند و الگوریتم استخراج بیت‌کوین را بسیار مؤثر می‌کنند.

استخراج FPGA

آرایه های دروازه قابل برنامه ریزی میدانی (FPGA) جهشی بیشتری در کارایی ارائه کردند.

برخلاف پردازنده‌های گرافیکی، FPGAها را می‌توان برای کارهای خاص سفارشی کرد و به

استخراج‌کنندگان اجازه می‌دهد تا سخت‌افزار خود را برای الگوریتم استخراج بیت‌کوین تنظیم کنند و با مصرف انرژی کمتر، عملکرد بهتری داشته باشند.

استخراج ASIC

معرفی مدارهای مجتمع ویژه برنامه (ASIC) نشان دهنده اوج فناوری ماینینگ بیت کوین است.

ASIC ها منحصراً برای استخراج بیت کوین،

مهندسان این سیستم‌ها را به ویژه برای اجرای الگوریتم هش SHA-256 طراحی کرده‌اند.

سرعت و کارایی بی‌نظیر آن‌ها از فناوری‌های قبلی پیشی میگیرد.

با این حال، ناتوانی آنها در انجام وظایف فراتر از استخراج،

آنها را به ابزارهای بسیار تخصصی در صنعت استخراج ارزهای دیجیتال تبدیل می کند.

امنیت و حمله 51 درصدی

استخراج بیت‌کوین زنجیره بلوکی را ایمن می‌کند،

اما خطری نظری به نام حمله 51 درصدی را در معرض خطر قرار می‌دهد که در آن یک نهاد کنترل اکثریت بر قدرت استخراج شبکه را به دست می‌آورد.

این کنترل می‌تواند امکان دستکاری تراکنش‌ها و خرج مضاعف سکه‌ها را فراهم کند – ابتدا از آنها برای تراکنش‌ها استفاده کنید،

سپس آن تراکنش‌ها را از زنجیره بلاک پاک کنید تا دوباره سکه‌ها را خرج کنید.

مهاجمان ممکن است از “shadow mining” برای ایجاد یک بلاک چین مخفی و موازی استفاده کنند، و بعداً با ارائه یک زنجیره طولانی تر، از زنجیره اصلی سبقت بگیرند.

این امر تراکنش‌های ثبت‌شده در بلوک‌های کنار گذاشته‌شده را باطل می‌کند و خطرات قابل‌توجهی برای امنیت و قابلیت اعتماد بیت‌کوین ایجاد می‌کند.

اگرچه از نظر تئوری امکان پذیر است، اما ماهیت غیرمتمرکز و هزینه قابل توجه دستیابی به قدرت استخراج بیش از 50 درصد،

چنین حملاتی را غیرعملی و بعید می کند و امنیت بیت کوین و اعتماد کاربران را در یکپارچگی تراکنش حفظ می کند.