Как майнинг Bitcoin на самом деле защищает сеть

«Майнеры решают сложные математические задачи» — самое распространённое однострочное описание майнинга Bitcoin, и оно близко к прямому введению в заблуждение. Никакой задачи в смысле головоломки с остроумным ответом здесь не решается. Это ближе к лотерее: майнеры делают колоссальное число попыток, и тот, кто первым найдёт выигрышную, добавляет следующий блок и забирает награду.

Как это устроено на самом деле

Майнер собирает кандидата в блоки: набор ожидающих транзакций, ссылку на предыдущий блок и поле под названием nonce. Майнер прогоняет этого кандидата через хеш-функцию (SHA-256, применённую дважды), которая выдаёт результат фиксированной длины, выглядящий по сути случайным. Если этот результат оказывается ниже текущей целевой сложности сети, блок валиден. Если нет, майнер меняет nonce и пробует снова — миллиарды или триллионы раз в секунду на специализированном оборудовании.

Сокращений не существует. Хеш-функция устроена так, что единственный способ найти подходящий результат — перебор. Именно это и означает «доказательство работы» буквально: единственное доказательство того, что работа проделана, — это то, что кто-то нашёл редкий результат, а он статистически требует огромного числа попыток.

Почему сложность пересчитывается

Если к сети присоединяется больше вычислительной мощности, блоки находились бы чаще, чем раз в десять минут. Чтобы удерживать темп примерно постоянным, сеть пересчитывает целевую сложность каждые 2016 блоков — примерно раз в две недели — исходя из того, сколько на деле занял предыдущий период. Больше хешмощности — сложность растёт; хешмощность уходит — сложность падает. Это самокорректирующийся механизм, а не ручная настройка со стороны кого-либо, и именно поэтому эмиссия Bitcoin держится графика независимо от того, сколько майнинговых мощностей есть в данный момент.

Что на самом деле измеряет хешрейт

«Хешрейт» — это оценочная совокупная вычислительная мощность, направленная на этот перебор, обычно выражаемая в экзахешах в секунду. Измерить его напрямую нельзя — реестра майнеров не существует, — поэтому его выводят из того, насколько быстро блоки на самом деле находятся при текущей сложности. На горизонте недель этот вывод надёжен. На горизонте нескольких часов он по-настоящему шумный, и поэтому заголовки о внезапном «обвале хешрейта», основанные на коротком окне, обычно измеряют статистический разброс, а не реальное событие.

Чем хешрейт не является — так это сигналом спроса или индикатором цены. Он измеряет, насколько дорого обошлась бы атака на сеть, и только. Рост хешрейта означает, что переписывание недавней истории потребует больше вычислительной мощности, чем раньше; напрямую он ничего не говорит ни о том, больше ли людей пользуется Bitcoin, ни о том, сколько он стоит.

Почему такая конструкция сопротивляется подделке

Предположим, кто-то хочет отменить транзакцию, которая уже на несколько блоков вглубь цепочки. Ему придётся заново проделать доказательство работы для того блока и каждого последующего — и делать это быстрее, чем остальная сеть добавляет новые честные блоки поверх настоящей цепочки. Чем глубже похоронена транзакция, тем больше становится эта задача, потому что честная цепочка продолжает расти, пока атакующий ещё работает. Именно поэтому «подтверждения» — число блоков, наросших поверх транзакции, — работают как практическая мера того, насколько платёж устоялся, хотя единого мгновения, в которое транзакция становится доказуемо, математически окончательной, не существует.

Компромисс, который стоит назвать

Эта модель безопасности стоит настоящей энергии, и эта стоимость не побочна — она и есть механизм. Более дешёвый способ производить валидные блоки был бы и более дешёвым способом атаковать цепочку. Оправданы ли эти энергозатраты — настоящий ценностный вопрос, который мы здесь не решаем; фактически же можно сказать, что с точки зрения самой системы этот расход не является тратой впустую. Из него и сделана безопасность.