Как работает криптовалюта – вопрос, ответ на который не уместится в одной статье, но мы постараемся доступно объяснить основные моменты технологии, раскрыв принцип работы криптовалюты на примере биткоина. Важно учесть, что разработаны другие криптопроекты, не использующие открытый код BTC, но таких меньшинство. К тому же биток был первой децентрализованной цифровой валютой в мире.

Пиринговая версия системы электронной наличности (блокчейн) позволяет отправлять онлайн-платежи напрямую от одной стороны к другой, минуя финансовые учреждения. Такая сеть делает на транзакциях временную отметку, хешируя последние в непрерывную цепочку подтверждения выполнения работы (PoW). Таким образом формируется запись, которую невозможно изменить или подделать без повторного выполнения цепочки вычислений всеми узлами. Длиннейшая цепочка не только служит доказательством последовательности событий, а и свидетельствует о том, что появилась в результате работы крупнейшего сегмента вычислительных мощностей. Другими словами, структура криптосистемы управляется алгоритмом и лишена человеческого фактора. Например, уязвимость банковских учреждений в том, что гипотетически возможно «выкрутить» руки работнику или другим способом заставить его слить клиентские доступы. В случае криптовалюты подобный сценарий исключен, поскольку для этого придется выкрутить руки большинству участникам блокчейн – майнерам, коих по всему миру тысячи и даже миллионы. Сообщения направляются по методу негарантированной доставки и все узлы (майнеры) покидают сеть и участвуют в ней в любой момент времени.

Структура сети проста, потому понять как работает криптовалюта под силу каждому, кто обладает достаточной усидчивостью, но будьте готовы к тому, что простыми словами этого не объяснить.

Транзакции

Электронная монета представляет собой непрерывную последовательность цифровых подписей. Каждый владелец передает монету следующему путем цифровой подписи хэша предшествующей транзакции и открытого ключа криптосистемы следующего владельца, а после этого добавляет полученные данные в конец монеты. Вот как работает майнинг криптовалюты: в блокчейне создаются новые блоки путем вычисления хеша с конкретными свойствами, тем самым происходит запись транзакций в систему. За верно решенную задачу майнер получает вознаграждение в виде новых эмитированных монет (крипты).

Получатель проверяет подписи для подтверждения цепочки собственников. Очевидная проблема – получателю не известно, не потратил ли один из прошлых владельцев монету дважды. Распространенное решение в случае фиатных электронных денег – проверка уполномоченным центральным органом каждой финансовой операции на факт двойной затраты. После каждой операции монета переходит обратно эмитенту для выпуска новой, и только после такой процедуры будет подтверждено, что монета не тратилась повторно. Недостаток такого решения кроется в зависимости денежной системы от управляющей фирмы эмитента, потому что она, как и банковское учреждение, контролирует операции, проходящие через нее. Единственный путь подтвердить отсутствие двойной транзакции – знать о всех существующих платежах. В модели с доверенной стороной сам эмитент знает о входящих транзакциях и решает их порядок. Чтобы исключить эмитента с модели, транзакции в блокчейн сделаны публично доступными, а также организована система согласования единой истории порядка получения платежей. Получатель криптовалюты удостоверен, что во время каждой транзакции большинство узлов соглашаются с их получением впервые – своего рода программное «голосование». На этом базируется принцип работы криптовалюты и безопасность сети для ее участников.

Доказательство выполнения работы

Доказательство выполнения работы предполагает подбор такого значения, чей хэш начинался бы с конкретного количества нулевых битов, представляя собой алгоритм защиты блокчейна от злоупотребления услугами. Применяется для подтверждения транзакций и создания новых блоков. Необходимое среднее число задач зависит от количества необходимых нулевых битов, и для верификации найденного значения вычисляется всего один хэш.

В сети временных отметок внедрено подтверждение выполненной работы путем инкремента специального поля (nonce – число, которое используется только единожды) в блоке, пока не подобрано значение, выдающее нужное количество младших (нулевых) битов. Когда соответствующий требованиям блок найден, его больше невозможно изменить без повторного запуска цепочки. Если блок не заключительный в очереди, следующие также будут вычисляться повторно. И это ответ на вопрос «как работает майнинг криптовалюты» – сеть задействует вычислительные мощности майнеров подбирая значения хеша. Доказательство выполнения работы решает задачу определения варианта принятия решений по правилу большинства. Метод «1 IP-адрес – один голос» уязвим, если у злоумышленника под контролем пул IP-адресов. В отличие от предыдущего варианта, доказательство выполнения работы базируется на принципе «1 ЦБ – один голос». Выбор большинства отображается как длинная цепочка, в которой вложено больше ресурсов. При контроле честными узлами большей части вычислительной системы, честная цепь транзакций, соответственно, начнет расти активнее, опережая конкурентные варианты. Для внесения изменений в предыдущий блок, атакующему (например, мошеннику) придется повторно рассчитывать этот и следующие блоки, а уже после этого догнать и обойти работу честных узлов. Такая вероятность у атакующего узла снижается с ростом количества блоков.

Для нивелирования увеличивающейся вычислительной мощности и непостоянного количества активных узлов, сложность доказательства выполнения работы меняется. Уровень сложности определяется скользящим средним, приближенным к среднему числу созданных блоков за час. Поэтому сложность возрастает, если блоки генерируются слишком быстро. По этой причине происходит халвинг биткоина – снижение вознаграждения майнерам за добытый блок, при том, что сама добыча становится все сложнее. Таким образом поддерживается спрос на криптовалюту и сама монета обезопасывается от инфляции.

Как работает ферма криптовалюты?

Как работает майнинг криптовалют – зависит от выбранного типа добычи монеты. В начале развития криптоиндустрии для майнинга было достаточно стационарного компьютера на который ставился специальный софт, решающий криптографические задачи.

С ростом участников сети мощности одного ПК стало не хватать, что привело к появлению микросхем, созданных исключительно для добычи крипты (FPGA), которые дополнительно устанавливались в системный блок. Позже их заменили специальные процессоры – ASIC. Стали появлятся новые методы майнинга, самым популярным из которых остается добыча криптовалюты на мощностях видеокарт (GPU-майнинг).

Майнинг-ферма состоит из таких элементов:

• сборка видеокарт из 4-6+ шт. Каких, зависит от выбранной майнером монеты. В зависимости от алгоритмов вычислений в одном случае продуктивнее будет NVIDIA, в другом – AMD. Также разработаны видеокарты под дуал-майнинг, например ЕТН+BTC;
• блоки питания;
• материнская плата с переходниками для видеокарт;
• винчестер, на котором будет храниться полученная цифровая валюта, кнопка запуска фермы;
• охлаждение;
• крепежный каркас.

После сборки остается создать криптокошелек и установить специальную программу для майнинга в зависимости от того, какая монета будет добываться. Майнеру не нужно обладать навыками программирования и другими «профильными» знаниями. Его задача состоит в нажатии нескольких кнопок. Вот как работает майнинг криптовалют.

Криптовалюта для чайников

Для тех, кому все еще сложно понять, как работает криптовалюта ниже представлена последовательность сети:

1. Новые транзакции направляются каждому сетевому узлу.
2. Последние собирают их в блок.
3. Каждый узел работает над нахождением доказательства выполнения работы для своего блока.
4. Когда узел находит нужное значение, он рассылает свой блок всем узлам – эмитируется новая монета.
5. Блок принимается узлами при условии, что транзакции в нем верны и не израсходованные повторно.
6. О подтверждении приема будет свидетельствовать начало создания новосозданного блока, который содержит в себе хеш полученного блока в качестве предварительного хеша в цепочке.

Длиннейшая цепочка продолжает расширяться узлами, считаясь правильной. В случае, если пара узлов единовременно рассылают различные версии следующего блока, некоторые узлы получат первой одну версию, а некоторые другую. В такой ситуации каждый начинает работать над первым полученным блоком, а второй вариант ветви сохраняется в случае, если тот продлится раньше. Эта проблема решится, когда будет вычислен новый блок и одна ветвь продлится; узлы, работающие над другой ветвью, сразу перейдут на новую (длинную).

Новая рассылка транзакций не обязательно охватывает все узлы. Если о последних будет известно достаточному количеству узлов, они автоматически запишутся в блок. Затерянные сообщения при рассылке блоков – также не проблема. Если узел получает новый блок и обнаруживает, что один пропущен, он создает на него запрос и заполняет пробел.