Ako bitcoiny fungujú Zrýchlite sa s technickými aspektmi bitcoinu od Cristiana Ciobanu Medium
Cristian Ciobanu
15. mája · 19 min. Prečítané
V tomto článku sa budeme zaoberať technológiou a základnými mechanizmami, vďaka ktorým bitcoin funguje. Blockchainu a konsenzu sa budeme venovať v inom článku, preto sa tento článok zameriava viac na samotný bitcoin.
Témy zahrnuté v tomto článku zahŕňajú reguláciu obtiažnosti, krivku dodávania mincí, transakčný mechanizmus bitcoinu, UTXO, Merkle's Trees, Hard Fork vs Soft Fork a Block Explorer.
Ako sa vytvárajú bitcoinové mince?
Bitcoinové mince sa vytvárajú procesom zvaným „ťažba“. Baníci sú nútení vyriešiť zložitú matematickú hádanku (nazývanú Proof-of-Work) skôr, ako im bude umožnené vstupovať do nových blockchainových transakcií. Namiesto toho sú odmenení bitcoinovými mincami.
Ktokoľvek s počítačom sa môže stať baníkom so správnou konfiguráciou. Len čo sa stanete baníkom, môžete overovať a zaznamenávať transakcie s ostatnými baníkmi.
Čas blokovania a úprava obtiažnosti
Je ťažké predvídať, koľko baníkov sa zúčastní. Ak ich bude príliš málo, systém bude príliš pomalý, čo povedie k zlej používateľskej skúsenosti. Ak ich bude príliš veľa, systém bude príliš rýchly, čo povedie k bezpečnostným problémom (napríklad je ľahké minúť dvojnásobok). Preto je dôležité, aby systém udržiaval relatívne stále tempo bez ohľadu na počet baníkov (inými slovami hash power), ktoré existujú.
Bitcoin využíva mechanizmus nazývaný „úprava ťažkostí“, aby udržiaval konštantnú rýchlosť ťažby, zhruba 10 minút na blok. „Obtiažnosť“ sa bude upravovať každé 2 týždne, pričom sa zohľadní hashová sila z minulosti. Ak hashová sila nie je dostatočná (tj. Priemerný čas na blok je viac ako 10 minút), obtiažnosť sa zníži. Naopak, ak je výstupný výkon príliš vysoký (tj. Priemerný čas na blok je viac ako 10 minút), obtiažnosť sa zvýši.
Ako upraviť obtiažnosť?
Bitcoinový protokol vyžaduje, aby ťažiari súťažili o vyriešenie „kryptografickej hádanky“ (tzv. Proof-of-work), aby víťaz mohol navrhnúť nový blok a pridať ho do blockchainu.
„Kryptografická hádanka“ je vyriešená úpravou hodnoty nonce tak, aby hash bloku bol menší ako cieľový hash (hodnota menšia ako 256 bitov).
Ťažiari musia nájsť nonce, ľubovoľný počet 32 bitov, aby hash bloku bol menší alebo rovnaký ako cieľový hash špecifikovaný sieťou. Ak je váš hash pod cieľom, potom zarábate a získavate odmeny za ťažbu. Ak nie, zmeňte režim znova a skúste to znova a znova.
Čím vyšší je hash výkon siete, tým nižší je cieľový hash. Menší cieľový hash znamená, že pre baníkov je ťažšie nájsť tú pravú nonce na vytvorenie menšieho hash bloku ako cieľový hash. (Predstavte si, že počítač náhodne vyberie číslo od 1 do 100, pravdepodobnosť nájdenia čísla pod 10 je 0,1, ale pravdepodobnosť nájdenia čísla pod 50 je 0,5).
Takto sa v bitcoinovej sieti vykonáva „úprava ťažkostí“.
Aká je hash sadzba, odmeny za ťažbu a transakčné poplatky?
V predchádzajúcej časti vidíme, prečo je hašovacia sila dôležitá a aký má vzťah k času blokovania a obtiažnosti. Hašovací výkon je možné merať pomocou „hashovacej rýchlosti“, ako je uvedené nižšie:
Rata Hash
Hash rate je miera počtu hašovacích operácií vykonaných v danom časovom rámci. To sa môže líšiť v závislosti od použitého hardvéru. Napríklad, ak má baník zariadenie, ktoré dokáže generovať rýchlosť 30 MHz, potom existuje 30 miliónov hashov za sekundu (hash je prevod medzi jednotlivými stavmi - alebo pre ďalšie zjednodušenie 1 výpočet).
Takže GPU, ktorý produkuje prenosovú rýchlosť 30 MHz, robí výpočty 30 miliónov za sekundu.
Čím vyššia je hašovacia rýchlosť, tým je pravdepodobnejšie, že baník vyrieši blok a vyhrá blokovú odmenu. Pravdepodobnosť, že baník vyrieši blok, možno odhadnúť pomocou nasledujúceho vzorca:
P = pravdepodobnosť riešenia bloku
Y = celková hash rýchlosť siete, ktorá predstavuje celkovú hash rýchlosť všetkých ťažiarov, ktorí v súčasnosti ťažia
Možno ste už počuli o ťažobných farmách, ktoré sú obrovskými priemyselnými skladmi, plnými ťažobného vybavenia, ktorého jediným účelom je ťažba kryptomien. Môžu existovať tisíce pripojených GPU alebo ASIC (integrované obvody špecifické pre danú aplikáciu), ktoré kombinujú, aby bol celkový hashovací výkon oveľa väčší ako jeden ťažobný stroj. Toto všetko je určené na zvýšenie pravdepodobnosti vyriešenia bloku a na získanie odmeny baníka.
Odmeny za ťažbu sú kompenzácie (vo forme novovytvorených mincí), ktoré generuje systém na platbu za prácu baníkov, keď vyriešili kryptografickú hádanku potrebnú na fungovanie nového bloku.
Momentálne je odmena za ťažbu bitcoinov 12,5 bitcoinu za blok. Baníci musia medzi sebou súťažiť v sieti, aby ako prví vyriešili blok a dostali odmenu. Čím vyššia je hašovacia rýchlosť, tým vyššia je šanca na získanie odmien za ťažbu. Aby sa zlepšila návratnosť investícií, musia ťažobné spoločnosti a jednotlivci často investovať dostatok prostriedkov do vybavenia a elektriny, aby zvýšili svoje šance na úspešnú ťažbu.
Avšak s drastickým zvýšením celkovej hashovacej rýchlosti bitcoinovej siete je takmer nemožné, aby človek kvôli obmedzeným zdrojom mohol ťažiť bitcoin sám. Preto ťažobné skupiny umožňujú jednotlivcom zhromažďovať zdroje a prispievať k ich externej ťažbe. Ťažobné skupiny teda môžu získať viac zdrojov na vzájomnú konkurenciu a jednotlivci sa môžu deliť o výhody úmerne k svojej hash miere, čo pomáha zmierňovať volatilitu, ktorej môžu čeliť pri samotnej ťažbe.
Každých 210 000 blokov predstavuje polovicu odmeny za ťažbu. Bitcoin začal s odmenou 50 BTC, potom v roku 2012 25 BTC a v roku 2016 sa opäť znížil o polovicu na 12,5 BTC. V roku 2020 sa odmena pre Block opäť zníži na polovicu na 6,25 atď., Kým sa nevyťaží všetkých 21 miliónov BTC.
Rôzne typy kryptomien majú rôzne odmeny za ťažbu a rôzne programy spúšťania tokenov. Tieto dokumenty sa nachádzajú v Bielej knihe o tejto kryptomene.
Bloková odmena sa zhromažďuje v coinbase transakcii, ktorá sa vzťahuje na prvú transakciu v bloku. Používajú ho baníci na vyberanie odmeny za blok alebo akýchkoľvek ďalších transakčných poplatkov.
Transakčné poplatky
Pretože sa výnosy z ťažby bitcoinov a iných mien pracujúcich prostredníctvom mechanizmu PoW budú postupne znižovať, existuje ďalší typ stimulov pre ťažiarov, aby uskutočňovali transakcie. Tieto stimuly sa nazývajú sieťové poplatky. Za meny, ktoré fungujú v súlade s konsenzom PoW, musia používatelia zaplatiť sieť a poplatok za ťažbu za každú transakciu. Tento poplatok za transakciu sa môže líšiť v rôznych podmienkach premávky a pre rôzne meny. Poplatok za transakciu je zostatková suma nevyčerpaných položiek. Zvyčajne sa počíta v satoshi na bajt.
Transakčné poplatky sú stimulom pre baníkov, aby skontrolovali vašu transakciu. Tiež nemusíte platiť transakčné poplatky alebo platiť znížené poplatky, ale výrazne to zníži vaše šance na zahrnutie transakcie do nasledujúceho bloku.
Existujú aj niektoré meny, ktoré majú nízky alebo žiadny transakčný poplatok a zvyčajne uplatňujú odlišný konsenzus (napr. DPoS, PBFT) alebo rôzne technológie (napr. DAG). Niektoré bežné príklady sú XRP, EOS a IOTA.
Polovica bitcoinu
Na rozdiel od nekrytých mien, ktorých ponuka kolíše a sú kontrolované centrálnymi bankami, bola bitcoin stanovená na 21 miliónov mincí. Dôvod, prečo bitcoin nemožno ľahko „vytlačiť“, je ten, že jeho program dodávok je vopred naprogramovaný. Žiadny subjekt nemôže jednostranne zmeniť ponuku bitcoinov bez získania dominantného podielu decentralizovaného subjektu.
Kvôli rozpoleniu by sa bloková odmena znížila na polovicu za každých 210 000 vyťažených blokov. Pretože každý blok trvá asi 10 minút, k rozpoleniu musí dôjsť asi za 1 458 dní alebo 4 rokov, čo je údaj, ktorý sa uvádza v mnohých kryptografických literatúrach.
K rozpoleniu došlo už dvakrát. Prvá akcia sa uskutočnila 28. 11. 2012, kedy sa znížila odmena za ťažbu z 50 BTC na 25 BTC, a druhá dňa 9. 7. 2016, kedy sa znížila odmena za ťažbu z 25 BTC na 12,5 BTC. Ďalšia polovica sa má konať okolo 05/05/2020, kedy sa odmena za ťažbu zníži z 12,5 BTC na 6,25 BTC.
Kvôli strate súkromných kľúčov alebo poškodeniu hardvéru sú niektoré bitcoinové mince permanentne stratené a nie je ich možné získať späť, čo spôsobuje, že skutočná ponuka je oveľa nižšia ako teoretická hodnota. Vynálezca bitcoinov Satoshi Nakamoto má tiež svoje značné množstvo bitcoinových mincí nedotknuté po ťažbe pred niekoľkými rokmi.
Ako fungujú bitcoinové transakcie?
Postupy bitcoinových transakcií zavedieme v nasledujúcom scenári:
Online obchodník Bob sa rozhodol prijať bitcoin ako platbu.
Alice, kupujúca, má bitcoinové mince a chce kúpiť tovar od Boba.
Peňaženky sú súbory, ktoré poskytujú prístup k viacerým bitcoinovým adresám.
Adresa je reťazec písmen a čísel, napríklad 1HULMwZEJEPech43BKJL1ybLCWrfDpN. Každá adresa má svoj vlastný zostatok bitcoinových mincí.
Predstavte si svoje adresy ako bankové účty, fungujú však trochu inak. Používatelia bitcoinu si môžu vytvoriť toľko adries, koľko chcú.
Bitcoinový klientský softvér generuje bitcoinové adresy pre používateľov.
Keď Bob vytvorí novú adresu, vygeneruje vlastne „pár kryptografických kľúčov“, ktorý sa skladá zo súkromného kľúča (ktorý poznáte iba vy) a verejného kľúča (ktorý pozná ktokoľvek). Ak správu podpíšete pomocou súkromného kľúča, je možné ju overiť pomocou príslušného verejného kľúča. Bobova nová adresa je jedinečný verejný kľúč a zodpovedajúci súkromný kľúč je uložený v jeho peňaženke. Verejný kľúč umožňuje komukoľvek overiť si platnosť správy podpísanej súkromným kľúčom.