Как майнинг Bitcoin на самом деле защищает сеть

«Майнеры решают сложные математические задачи» — самое распространённое однострочное описание майнинга Bitcoin, и оно близко к откровенно вводящему в заблуждение. Задача в смысле головоломки с хитрым решением здесь не решается. Это ближе к лотерее: майнеры отправляют огромное количество догадок, и тот, кто первым найдёт выигрышную, добавляет следующий блок и получает награду.

Как это устроено на самом деле

Майнер собирает блок-кандидат: набор ожидающих транзакций, ссылку на предыдущий блок и поле, называемое nonce. Майнер прогоняет этого кандидата через хеш-функцию (SHA-256, применённую дважды), которая даёт выход фиксированной длины, выглядящий практически случайным. Если этот выход 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.

Короткого пути нет. Хеш-функция устроена так, что единственный способ найти подходящий выход — метод проб и ошибок. Именно это буквально означает «доказательство работы»: единственное доказательство того, что работа была проделана, — это нахождение редкого результата, что статистически требует огромного числа попыток.

Почему сложность подстраивается

Если к сети подключится больше вычислительной мощности, блоки будут находиться быстрее, чем раз в десять минут. Чтобы темп оставался примерно постоянным, сеть пересчитывает целевую сложность каждые 2016 блоков — примерно раз в две недели — исходя из того, сколько фактически заняло предыдущее время. Больше хешрейта — сложность растёт; хешрейт уходит — сложность падает. Это самокорректирующийся механизм, а не ручная настройка какой-либо стороной, и именно поэтому эмиссия Bitcoin остаётся по графику независимо от того, сколько майнинговых мощностей есть в тот или иной момент.

Что на самом деле измеряет хешрейт

«Хешрейт» — это оценочная суммарная вычислительная мощность, направленная на этот поиск, обычно выражаемая в эксахешах в секунду. Напрямую его измерить нельзя — реестра майнеров не существует, — поэтому он выводится из того, как быстро фактически находятся блоки относительно текущей сложности. За недели этот вывод надёжен. За несколько часов он по-настоящему шумный, поэтому заголовки о внезапном «обвале хешрейта» на коротком окне обычно измеряют статистический разброс, а не реальное событие.

Чем хешрейт не является — это сигналом спроса или индикатором цены. Он измеряет, насколько дорогой была бы атака на сеть, и только это. Растущий хешрейт означает, что переписать недавнюю историю потребовало бы больше вычислительной мощности, чем раньше; он ничего напрямую не говорит о том, стало ли больше пользователей Bitcoin или сколько он стоит.

Почему этот дизайн устойчив к вмешательству

Предположим, кто-то хочет отменить транзакцию, уже несколько блоков назад ушедшую вглубь цепочки. Ему пришлось бы переделать доказательство работы для этого блока и всех последующих, причём 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 всё ещё работает. Именно поэтому «подтверждения» — количество блоков, наросших поверх транзакции, — служат практической мерой того, насколько устоялся платёж, хотя и не существует единого момента, в который транзакция становится доказуемо, математически окончательной.

Компромисс, который стоит назвать

Эта модель безопасности стоит реальной энергии, и эта стоимость не случайна — это и есть механизм. Более дешёвый способ производить валидные блоки был бы и более дешёвым способом атаковать цепочку. Оправдана ли эта энергетическая стоимость — вопрос ценностей, который мы здесь не решаем; фактически мы можем сказать одно: с точки зрения самой системы эти затраты не являются потерей. Именно из них и складывается безопасность.