بررسی روش های مختلف استخراج ارز دیجیتال

استخراج ارز دیجیتال فرآیندی است که با تولید یک حل رمزنگاری شده که با معیارهای خاصی همخوانی دارد، اطلاعات موجود در یک بلوک زنجیره را تأیید می‌کند. هنگامی که یک حل صحیح به دست آمده باشد، پاداشی به شکل بیت‌کوین و هزینه‌هایی بابت کار انجام شده به کسانی که اولین بار به این حل دست یافته‌اند، اهدا می‌شود.

تا زمانی که تعداد 21 میلیون بیت‌کوین در گردش نباشد، پاداش استخراج بیت کوین کاهش می‌یابد. این فرآیند پاداش تا زمانی ادامه دارد که تعداد مذکور بیت‌کوین به دست آید و پیش‌بینی می‌شود که پاداش بیت‌کوین متوقف شده و ماینرها بیت‌کوین از طریق هزینه‌های پرداختی بابت کار انجام شده، پاداش می‌گیرند.

نکات کلیدی در مورد استخراج ارز دیجیتال

1. اهمیت استخراج ارز دیجیتال در تأیید اطلاعات تراکنش و حفظ سلامت زنجیره بلوک است، در حالی‌که پاداش بیت‌کوین، انگیزه برای استخراج است.
2. استخراج ارز های دیجیتال ضروری است تا دفتر راهنمای تراکنش‌ها که بیت‌کوین بر پایه‌اش است، حفظ شود.
3. ماینرها در چند سال اخیر، از دستگاه‌ها و گروه‌های پیچیده برای تسریع در عملیات استخراج استفاده کرده‌اند.
4. استخراج ارز دیجیتال مورد اختلاف قرار گرفته است چرا که به عنوان محیط‌زیستی مؤثر مطرح نشده است.

چگونه استخراج ارز دیجیتال کار می‌کند؟

برای توضیح این فرآیند، یک مثال ساده را در نظر بگیرید. فرض کنید از دوستان خود خواسته‌اید یک عدد بین ۱ تا ۱۰۰ حدس بزنند. دوستان شما نیازی به حدس زدن دقیق عدد ندارند؛ فقط باید اولین شخص باشند که یک عدد کمتر یا مساوی عدد شما حدس بزنند. اگر عدد ۱۹ باشد و یکی از دوستان شما ۲۱، یکی ۵۵ و دیگری ۸۳ حدس بزنند، آن‌ها باختند زیرا همه بیشتر از ۱۹ حدس زدند. اما اگر سه دوست باقی‌مانده داشته باشید و یکی بعدی ۱۶ حدس بزند، او برنده می‌شود و دیگران فرصت حدس زدن نخواهند داشتند. کسی که ۱۶ حدس زد، اولین شخص بود که یک عدد کمتر یا مساوی ۱۹ حدس زد.

در اینجا، عدد انتخاب شده ۱۹، هش مقصودی است که شبکه بیت‌کوین برای یک بلوک ایجاد می‌کند و حدس‌های تصادفی دوستان شما حدس‌های ماینرها هستند.

هش در فرایند استخراج ارز دیجیتال

در اصل استخراج ارز دیجیتال، هش بسیار حائز اهمیت است. هش عدد 16-رقمی شانزده‌گانی است که نتیجه اعمال اطلاعات موجود در یک بلوک به الگوریتم هش SHA256 می‌شود. این بخش از فرآیند کم زمانی را برای تکمیل می‌برد؛ در واقع، می‌توانید در کمتر از یک ثانیه یک هش تولید کنید، محتوا را در یک مولد هش SHA256 آنلاین الصاق کنید. این روش رمزنگاری توسط بیت‌کوین برای ایجاد هش بلوک استفاده می‌شود. با این حال، کدگشایی این هش به محتوای الصاق شده کار دشواری است: یک هش 16-رقمی ممکن است قرون زمانی برای کدگشایی با سخت‌افزارهای مدرن به طول بیانجامد.

یک هش ممکن است به این شکل باشد (این پاراگراف قبل از اجرای یک مولد هش است):

اگر یک مقدار در آن محتوا را تغییر دهید، مانند تعویض یک “t” با یک “a”، هش تغییر می‌کند:

a54f83a5db7371eeefa2287a0ede750ac623e49a8ba29f248eb785fe0a678559

اینجا همان پاراگراف است، اما اولین کلمه به جای “At” به “Aa” اشتباه نوشته شده است:

fbfa33ff980d1492b3a9275a1eb945d89bd6b699ca19c3c470021b8f253654af

این عدد به نام هش بلوک است که به عنوان بخشی از اطلاعاتی که از رمزنگاری عبور می‌کنند، در هدر بلوک بعدی استفاده می‌شود. هر بلوک از هش بلوک قبلی استفاده می‌کند که نقش زنجیره‌ای را ایفا می‌کند و اینجاست که عبارت “بلاکچین” ایجاد می‌شود.

هش هدف

هش هدف، که برای تعیین دشواری استخراج مورد استفاده قرار می‌گیرد، عددی است که ماینرها در حال سعی بر حل آن هستند. این عدد هشی است که توسط شبکه تولید شده و از سیستم شانزده‌گان به شکل دهدهی تبدیل می‌شود.

بنابراین، یک هش بلوک ممکن است به این شکل باشد (بلوک ۷۸۶٬۷۲۹):

00000000000000000005a849c28eb24b8a5e04fcecc1ccb3eb2998e4730a456e

و هش هدف به این شکل بوده است (با بسیاری از صفرها در جلو و پشت):

0x1705c739

بنابراین، ماینرها باید یک عدد تولید کنند که برابر یا کمتر از این عدد باشد. به نظر می‌آید که رندوم گمان زدن به یک عدد کمتر از این ساده است، اما به دلیل رمزنگاری، این‌طور نیست. برای بلوک ۷۸۶٬۷۲۹ بیش از دو میلیارد نانس از یک استخر استخراج مورد استفاده قرار گرفت.

استخراج

برای انجام استخراج ارزهای دیجیتال ، برنامه استخراج باید یک هش تصادفی ایجاد کرده و یک عدد دیگر به آن اضافه کند که به “نانس” یا “عدد یک‌بار استفاده” معروف است. هنگامی که یک ماینر شروع به استخراج می‌کند، همیشه این عدد را از صفر شروع می‌کند. نانس به ازای هر تلاش یک واحد افزایش می‌یابد؛ ابتدا ۰، سپس ۱، ۲، ۳ و همینطور ادامه پیدا می‌کند. اگر هش و نانس توسط ماینر ایجاد شده بیشتر از هش هدف تعیین شده توسط شبکه باشد، تلاش ناکام می‌ماند و ماینر دوباره تلاش می‌کند.

هر ماینر در شبکه این کار را انجام می‌دهد تا زمانی که یک ترکیب هش و نانس ایجاد شود که کمتر یا مساوی هش هدف باشد. اولین کسی که به این هدف برسد، پاداش و هزینه‌ها را دریافت می‌کند و یک بلوک جدید باز می‌شود. هنگامی که آن بلوک با اطلاعات پر شده (حدود یک مگابایت)، بسته می‌شود، رمزنگاری می‌شود و استخراج می‌شود.

شبکه بیت‌کوین از هزاران دستگاه تشکیل شده است که ۲۴ ساعته استخراج انجام می‌دهند. چون پاداش استخراج به نخستین نفری می‌رسد که مسئله را حل کرده است، همگی در رقابت هستند. این رقابت منجر به ایجاد استخرهای استخراج شد تا بتوانند مزیتی نسبت به دیگر ماینرها کسب کنند، چرا که نیاز به قدرت محاسباتی بیشتری دارند تا احتمال برنده شدن خود را افزایش دهند.

نرخ استخراج در شبکه بیت‌کوین متغیر است، اما در تاریخ ۱۱ اکتبر ۲۰۲۳ میانگین آن ۴۴۸ اگزاهش در ثانیه بود – یعنی ۴۴۸ دنباله عدد ۱۸ صفر. اگر حدوداً ۱۰ دقیقه طول بکشد تا یک بلوک استخراج شود، حدود ۲۶۸ زتاهش (۲۶۸ دنباله عدد ۲۱ صفر) برای باز کردن یک بلوک جدید نیاز است.

اثبات کار

فرآیند استخراج همان چیزی است که به آن  الگوریتم اثبات کار (PoW) می‌گویند . برای رسیدن به هش هدف کمتر یا مساوی نیاز به انرژی و قدرت محاسباتی زیادی دارد. کار انجام شده به عنوان اثبات اعتبار مورد نیاز در نظر گرفته می‌شود، بنابراین آن را اثبات کار می‌نامند.

پاداش

پاداش برای موفقیت در اعتبار سنجی یک بلوک بیت‌کوین است. در سال ۲۰۰۹، شما برای استخراج یک بلوک ۵۰ بیت‌کوین دریافت می‌کردید. اما پاداش بلوک هر ۲۱۰۰۰۰ بلوک (یا تقریباً هر چهار سال) به دو نیم می‌شود، بنابراین در سال ۲۰۱۳، مقدار پاداش به ۲۵، سپس ۱۲.۵، سپس ۶.۲۵ کاهش یافت. در رویداد بعدی کاهش نصفی بیت‌کوین، پاداش به ۳.۱۲۵ تغییر خواهد کرد.

انگیزه دیگری برای ماینرها بیت‌کوین برای شرکت در این فرآیند هزینه‌های تراکنش است. به علاوه از پاداش‌ها، ماینرها هزینه‌ها را از هر تراکنش موجود در آن بلوک دریافت می‌کنند. وقتی بیت‌کوین به سقف برنامه‌ریزی شده خود از ۲۱ میلیون (منتظر می‌شود تا سال ۲۱۴۰) برسد، ماینرها با هزینه‌هایی که کاربران شبکه پرداخت خواهند کرد، پاداش داده می‌شوند. این هزینه‌ها اطمینان می‌دهد که ماینرها همچنان انگیزه استخراج داشته باشند و شبکه را به کار خود ادامه دهند. ایده این است که رقابت برای این هزینه‌ها باعث می‌شود تا پس از اتمام رویدادهای نصفی، هزینه‌ها پایین باقی بمانند.

تاییدیه

هر بلوک شامل هش بلوک قبلی است ، بنابراین هنگامی که هش بلوک بعدی تولید می‌شود، هش بلوک قبلی نیز در آن قرار می‌گیرد. به یاد داشته باشید که حتی اگر یک حرف تغییر کند، هش نیز تغییر می‌کند، بنابراین هش هر بلوک بعدی تغییر می‌کند. این امر امنیت زنجیره بلوک را تضمین می‌کند.

با این حال، بلوکی که شما بسته و پاداش دریافت کرده‌اید هنوز تایید نشده است. تا زمانی که پنج بلوک بعدی از این تعداد تایید شود، بلوک تایید نشده است. با این حال، امکان تغییر اطلاعات در یک بلوک قبل از رسیدن به شش تایید وجود دارد، اما احتمالاً بسیار کم است زیرا شبکه باید توسط کسی کنترل شود که تلاش کند اطلاعات را تغییر دهد.

بیت‌کوین پاداش استخراج خود را از ۱۲.۵ به ۶.۲۵ کاهش داد – برای سومین بار در تاریخ ۱۱ مه ۲۰۲۰. انتظار می‌رود چهارمین بار در میانه سال ۲۰۲۴ انجام شود.

سختی

سختی ماینینگ نشان‌دهنده مقدار کاری است که برای تولید یک عدد کمتر از هش هدف لازم است. پیچیدگی ماینینگ هر ۲,۰۱۶ بلوک یا تقریباً هر دو هفته یکبار تغییر می‌کند. سطح پیچیدگی بعدی بستگی به این دارد که ماینرها در دوره گذشته چقدر کار کارآمد انجام داده‌اند.

همچنین تأثیرگذاری تعداد ماینرهای جدیدی که به شبکه بیت‌کوین پیوسته‌اند نیز دارد، زیرا این افزایش هش ریت یا میزان توان محاسباتی مورد استفاده برای استخراج رمزارز را افزایش می‌دهد. هر چه تعداد ماینرها بیشتر باشد که برای یافتن یک راه‌حل رقابت می‌کنند، مشکل ماینینگ نیز بیشتر خواهد شد. اگر توان محاسباتی از شبکه خارج شود، پیچیدگی به سمت پایین تنظیم می‌شود تا ماینینگ را آسان‌تر کند.

سطح پیچیدگی برای ماینینگ در اکتبر ۲۰۲۳ به ۵۷.۳ تریلیون بود. به عبارت دیگر، احتمال اینکه یک کامپیوتر یک هش کمتر از هش هدف تولید کند، یک در ۵۷.۳ تریلیون است. برای درک بهتر، شما حدود ۱۷۰,۰۰۰ برابر احتمال برنده شدن جایزه پاوربال با یک بلیط لاتاری دارید نسبت به احتمال انتخاب هش صحیح در یک تلاش واحد.

اقتصاد استخراج ارز دیجیتال

استخراج ارز دیجیتال یک پروژه تجاری است. سودهای تولید شده از محصول آن، یعنی بیت‌کوین، به میزان سرمایه‌گذاری صورت گرفته در ورودی‌های آن وابسته است.

هزینه‌های اصلی ماینینگ ارز دیجیتال شامل سه مورد است:

۱. الکتریسیته: این نیرویی است که سیستم‌های ماینینگ شما را ۲۴/۷ اجرا می‌کند. ماینینگ می‌تواند هزینه قابل‌توجهی داشته باشد. زمانی که در نظر بگیرید که این فرآیند (به صورت شبکه‌وار) به اندازه کشورهای خاصی از برق استفاده می‌کند، هزینه‌ها می‌تواند بسیار بالا باشد.

۲. هزینه خنک کننده ها: همچنین مهم است که هزینه‌های خنک‌کننده منطقه‌ای که سیستم ماینینگ شما در آن قرار دارد، را در نظر بگیرید. آن‌ها در حین ماینینگ زیادی گرما تولید می‌کنند – هر چه بیشتر داشته باشید، بیشتر گرما تولید می‌شود. این تجهیزات باید خنک شوند، بنابراین هزینه تهویه‌هوا که نیاز دارید ممکن است بسیار گران شود.

۳. سیستم‌های ماینینگ: بر خلاف داستان محبوب، کامپیوترهای رومیزی و سیستم‌های معمول بازی می‌توانند با پیوستن به استخراج مشارکت کنند. اما بازگشت سود محدود است چرا که بیشتر استخرها پاداش‌ها را بر اساس میزان کاری که هر ماینر ارائه می‌دهد تقسیم می‌کنند.

این سیستم‌ها نمی‌توانند با دستگاه‌های ماینینگ ASIC رقابت کنند، اما امکان دارد با احتساب انرژی مصرفی چند صد دلار سود کسب کنید. اگر می‌خواهید رقابتی باشید، باید چندین دستگاه ماینینگ ASIC بخرید و به یک استخر بپیوندید – که می‌تواند میان ۴,۰۰۰ تا ۱۲,۰۰۰ دلار به شما برخیزد. هر چه سریعتر بتوانند استخراج کنند، بیشتر هزینه خواهید کرد.

۴. زیرساخت شبکه: سرعت شبکه تأثیر زیادی بر فرآیند ماینینگ بیت‌کوین ندارد، اما تاخیر دارد. تاخیر میزان زمانی را که برای ارتباط با بقیه شبکه لازم است نشان می‌دهد. همچنین، مزارع ماینینگ نیاز به اتصالات داخلی متعددی دارند تا هر دستگاه ماینینگ را به یک روتر یا سرور اصلی با اتصال به اینترنت متصل کنند. با این حال، اگر از رایانه بازی خود برای ماینینگ و پیوستن به یک استخر استفاده می‌کنید، نیازی به پهنای باند اضافی ندارید – فقط نیاز به تاخیر کم به استخری که به آن پیوسته‌اید دارید.

هزینه کل برای این سه ورودی باید کمتر از خروجی – در این مورد قیمت بیت‌کوین – باشد تا شما بتوانید سود از پروژه خود تولید کنید. با توجه به قیمت نوسانی ، و اغلب افزایشی ، بیت‌کوین، ایده سکه خودتان را ضربه زدن ممکن است جذاب به نظر بیاید.

اما با توجه به مشکلات اقتصادی ماینینگ بیت‌کوین، ممکن است مجبور باشید خودتان را به قبول سودهای کمتر و زمان بیشتر برای بازگشت سرمایه پس از خرید تجهیزات شرکت در لاتاری بیت‌کوین واگذار کنید.

تاریخچه‌ی ماینینگ ارز دیجتال

دو توسعه‌ی مهم به تکامل و ترکیب ماینینگ بیت‌کوین که امروزه دیده می‌شود، کمک کرده‌اند. ابتدا، ساخت سفارشی دستگاه‌های ماینینگ بیت‌کوین منجر به مرکزی‌سازی شبکه شد. چرا که ماینینگ بیت‌کوین در اصل حدس و گمان است، به دست آوردن پاسخ صحیح پیش از سایر ماینرها تقریباً به اندازه‌ی زیادی به سرعتی که کامپیوتر شما می‌تواند هش تولید کند، مربوط است.

در اوایل دوران بیت‌کوین، کامپیوترهای رومیزی با پردازنده‌های معمولی حاکم بر ماینینگ بیت‌کوین بودند. اما با گذشت زمان، زمان طولانی شدن برای کشف تراکنش‌ها در شبکه رمزارز به دلیل افزایش سطح پیچیدگی الگوریتم، به یادآوری می‌شود. بر اساس برخی تخمین‌ها، استفاده از پردازنده‌های مرکزی (CPUs) برای یافتن یک بلوک معتبر در سطح پیچیدگی اوایل سال ۲۰۱۵، “به طور متوسط چند صد هزار سال” زمان می‌برد.

ماینینگ با استفاده از ASIC

اکنون ماینرها از دستگاه‌های ماینینگ سفارشی به نام “ماینرهای مدارمجتمع ویژه” (ASIC) استفاده می‌کنند که با چیپ‌های ویژه برای ماینینگ بیت‌کوین سریعتر و کارآمدتر هستند. هزینه‌ای که از چند صد تا ده‌ها هزار دلار متغیر است. امروزه، ماینینگ بیت‌کوین به حدی رقابتی است که تنها با بهره‌گیری از ASICهای جدیدتر می‌توان به طور سودآوری انجام داد. اما حتی با آخرین واحد در اختیار شما، تنها یکی به ندرت کافی است تا با استخرهای ماینینگ رقابت کند.

ماینینگ با استفاده از GPU

با گذشت زمان، ماینرها دریافتند که واحدهای پردازش گرافیکی (GPU) یا کارت‌های گرافیک، در ماینینگ موثرتر و سریعتر هستند. اما آن‌ها مصرف برق زیادی داشتند و برای ماینینگ سنگین طراحی نشده بودند. در نهایت، تولیدکنندگان توانایی‌های ماینینگ آن‌ها را محدود کردند زیرا افزایش تقاضا برای GPUها باعث افزایش قیمت و کاهش دسترسی به آن‌ ها شد.

مشکلات استخراج ارز دیجیتال

با احتمال یک در ۵۷.۶ تریلیون، سطوح پیچیدگی در حال مقیاس‌پذیری و شبکه‌ی گسترده از کاربرانی که تراکنش‌ها را تأیید می‌کنند، یک بلوک تراکنش تقریباً هر ۱۰ دقیقه یکبار تأیید می‌شود. اما مهم است به یاد داشت که ۱۰ دقیقه یک هدف است و قاعده‌ای نیست.

سرعت

در حال حاضر، شبکه بیت‌کوین می‌تواند بین سه تا شش تراکنش در ثانیه پردازش کند و تراکنش‌ها در بلاکچین هر ۱۰ دقیقه ثبت می‌شوند. در مقایسه، ویزا می‌تواند حدود ۶۵,۰۰۰ تراکنش در ثانیه را پردازش کند. راهکارهای لایه دوم و به‌روزرسانی‌های بلاکچین بیت‌کوین تلاش کرده‌اند تا مسائل سرعت را حل کنند، اما شبکه‌های بانکی مدرن و بلاکچین‌های دیگر هنوز تعداد تراکنش‌هایی که شبکه بیت‌کوین می‌تواند پردازش کند را پیش‌روی خود گذاشته‌اند.

مقیاس‌پذیری

این مسئله در مرکز پروتکل بیت‌کوین به نام مقیاس‌پذیری است. اگرچه ماینرهای بیت‌کوین به طور کلی با یکدیگر موافقند که باید چیزی برای حل مسئله مقیاس‌پذیری انجام شود، اما در مورد اینکه چگونه باید انجام شود، اختلاف نظر کمتری وجود دارد.

بیت‌کوین با ارتقاءها و قبول ورودی از لایه‌هایی که بسیاری از کار را آف‌چین انجام می‌دهند، تنظیم شده است، اما هنوز مشکلاتی در زمینه مقیاس‌پذیری دارد.

مصرف انرژی

برای اکثر تاریخ کوتاه بیت‌کوین، فرآیند ماینینگ آن یک فرآیند با مصرف انرژی بالا بوده است. در دهه پس از راه‌اندازی آن، ماینینگ بیت‌کوین در چین تمرکز یافته بود، یک کشور که برای تولید اکثر برق خود از سوخت‌های فسیلی مانند زغال‌سنگ استفاده می‌کند. بدیهی است که هزینه‌های انرژی عظیم ماینینگ بیت‌کوین توجه فعالیستان تغییرات آب‌وهوایی را به خود جلب کرده است. برخی تخمین‌ها نشان می‌دهد که فرآیند ماینینگ رمزارز این ارز دیجیتال به اندازه‌ی کل کشورهایی توانایی برق مصرف می‌کند.

با این حال، طرفداران بیت‌کوین تحقیقاتی را منتشر کرده‌اند که ادعا می‌کنند این ارز دیجیتال به طور عمده از منابع انرژی تجدیدپذیر تامین می‌شود. یک نکته که باید به یاد داشت: این تحقیقات بر پایه حدس و داده‌های خودگزارش شده از استخرهای ماینینگ استوار است. این موضوع باعث مشکل در اطمینان حاصل می‌شود چرا که اطلاعات کم و شفافیت نداریم.

نتیجه نهایی

استخراج ارز دیجیتال یک فرآیند با مصرف انرژی زیاد با سیستم‌های ماینینگ سفارشی است که به رقابت برای حل یک مسئله رمزنگاری می‌پردازند. همچنین، فرآیند استخراج ارزهای دیجیتال تأیید تراکنش‌ها را در شبکه رمزارز انجام می‌دهد و آن‌ها را قابل اطمینان می‌کند. به عنوان اشتیاط برای شرکت در این فرآیند، بیت‌کوین به کسانی که مسابقه را برنده می‌شوند، اهدا می‌شود.

هر چند در اوایل دوران رمزارز، ماینرهای فردی با استفاده از سیستم‌های رومیزی نقشی ایفا کردند، اما اکوسیستم ماینینگ بیت‌کوین در حال حاضر توسط شرکت‌های ماینینگ بزرگ که استخرهای ماینینگ را در مناطق مختلف مدیریت می‌کنند، تسلط دارد. ماینینگ ارز دیجیتال همچنین به دلیل مصرف مقدار عظیمی از انرژی موضوع جدلی است. توضیحات، نظرات و تحلیل‌ها در Investopedia برای اطلاعات آنلاین ارائه شده‌اند. برای اطلاعات بیشتر، گارانتی و مسئولیت ما را مطالعه کنید. تا تاریخ نگارش این مقاله، نویسنده هیچ بیت‌کوینی در اختیار ندارد.