Как работает майнинг? Пошаговый разбор процесса

Мы в Nomium ежедневно работаем с блокчейн-технологиями и видим, как важно объяснять сложные вещи понятным языком. Поэтому решили начать с самого базового — с процесса, без которого не существовало бы ни биткоина, ни всей криптоиндустрии.

Сеть Bitcoin потребляет столько же электричества, как небольшая европейская страна. Десятки тысяч компьютеров круглосуточно выполняют триллионы вычислений. Зачем нужны такие затраты и что конкретно происходит в процессе майнинга?

Зачем нужен майнинг

В обычном банке все транзакции проходят через центральный сервер. Банк проверяет, есть ли у вас деньги на счете, списывает нужную сумму и зачисляет получателю. Банк контролирует базу данных и может менять записи.

Блокчейн работает иначе. Нет центрального сервера, которому все доверяют. База данных с транзакциями хранится одновременно на тысячах компьютеров. Когда появляется новая транзакция, все эти компьютеры должны согласиться добавить ее в общую базу.

Возникает вопрос: кто решает, какие транзакции добавлять и в каком порядке? Кто проверяет, что человек действительно имеет право потратить деньги? Как предотвратить ситуацию, когда кто-то пытается отправить одни и те же деньги дважды разным получателям?

Майнинг решает эти задачи. Майнеры собирают транзакции в блоки и добавляют их в общую цепочку. За эту работу они получают вознаграждение в криптовалюте. Но просто так добавить блок нельзя — нужно выполнить вычислительную работу, которая требует времени и электричества.

Какую задачу решают майнеры

Представьте замок, который открывается только определенным ключом. У вас есть заготовка ключа, но вы не знаете правильную форму зубчиков. Единственный способ открыть замок — перебирать разные варианты зубчиков, пока один из них не подойдет.

Примерно так работает майнинг. Майнер берет блок с транзакциями и пытается подобрать к нему специальное число, называемое nonce. Когда правильный nonce найден, блок можно добавить в цепочку.

Проверить, что nonce правильный, можно за долю секунды. Но найти его можно только перебором миллиардов вариантов. Современное оборудование проверяет триллионы вариантов в секунду, и все равно поиск занимает в среднем около 10 минут для всей сети Bitcoin.

Этот механизм консенсуса называется Proof of Work — «доказательство работы». Чтобы добавить новый блок в цепочку, майнер должен подтвердить, что действительно потратил вычислительные ресурсы и электроэнергию. Это служит доказательством честного участия в сети, которое невозможно подделать.

Схема консенсуса

Как происходит процесс майнинга

Вы отправляете транзакцию в сети Bitcoin. Она попадает в общую очередь — мемпул.

Майнеры выбирают оттуда транзакции и формируют блок. Приоритет получают транзакции с высокими комиссиями, ведь эти комиссии достанутся тому, кто первым обработает блок.

Дальше начинается основная работа. Майнер должен найти специальное число — nonce. Он берет данные блока, добавляет свое число и пропускает через математическую функцию. На выходе получается хеш — строка символов вроде 000000000019d6689c085ae165831e93.

Задача: получить хеш, который начинается с определенного количества нулей. Например, с 19 нулей подряд.

Не подошло? Майнер меняет число на единицу и повторяет. И так миллиарды раз в секунду. Вычислить правильный вариант заранее невозможно — функция работает непредсказуемо. Остается только перебор.

Кто-то находит подходящее число и отправляет блок в сеть. Остальные компьютеры быстро проверяют: транзакции корректны, хеш подходит? Блок добавляется в цепочку.

Победитель получает награду: сейчас 3.125 биткоина плюс комиссии из блока. Каждые четыре года награда уменьшается вдвое

Почему сложность постоянно меняется

К сети постоянно подключаются новые майнеры или отключаются старые. Если количество майнеров растет, блоки будут находиться быстрее. Если майнеров становится меньше, процесс замедлится.

Чтобы сохранить стабильный темп, система автоматически корректирует сложность задачи. В Bitcoin это происходит каждые 2016 блоков — примерно раз в две недели.

Система смотрит, сколько времени заняло создание последних 2016 блоков. Блоки находились быстрее 10 минут — сложность повышается. Медленнее — снижается.

Повышение сложности означает, что хеш должен начинаться с большего количества нулей. Это экспоненциально увеличивает количество попыток, необходимых для нахождения решения. Механизм работает автоматически без чьего-либо вмешательства.

Благодаря этому новые биткоины появляются с предсказуемой скоростью независимо от того, сколько мощностей работает в сети. Также это делает атаки на сеть крайне дорогими: нужно иметь больше вычислительной мощности, чем все остальные майнеры вместе взятые.

Почему майнеры объединяются в пулы

При текущей сложности Bitcoin один майнер с несколькими устройствами может годами не найти ни одного блока. Вероятность успеха стремится к нулю. Получается лотерея с минимальными шансами.

Майнинг-пулы решают проблему. Тысячи майнеров объединяют свои мощности. Когда пул находит блок, награда делится между всеми участниками пропорционально их вкладу.

Технически пул работает как координатор. Он раздает майнерам упрощенные задачи. Вместо того чтобы искать хеш с 19 нулями, майнер ищет хеш с 10 нулями. Это намного проще, и решения находятся часто.

Каждое такое решение называется шарой. Майнер присылает все свои шары пулу. Пул использует их для статистики: сколько работы выполнил каждый участник. Большинство шар не подходят для настоящей сети, но иногда майнер случайно находит решение, которое удовлетворяет полной сложности. Тогда пул отправляет блок в сеть и делит награду. 

Схемы выплат в пулах

Существуют разные способы распределения наград. Схема PPS платит фиксированную сумму за каждую присланную шару. Вы знаете точно, сколько заработаете за день работы. Доход стабильный и предсказуемый. Но пул берет комиссию 2-4 процента, потому что несет риски: если долго не везет с блоками, пул все равно платит из своего кармана.

Схема PPLNS работает иначе. Награда делится только когда найден блок. Учитываются последние N присланных шар. Если вы только подключились, первые блоки принесут меньше дохода. Но при длительной работе средняя доходность выше, чем при PPS, потому что комиссия пула ниже. Зато доход колеблется: иногда везет и блоки находятся часто, иногда случаются долгие периоды без находок.

Выбор зависит от ваших приоритетов. Нужна стабильность — берите PPS. Готовы к колебаниям ради большего среднего дохода — PPLNS подойдет лучше.

Домашний майнинг: реальность и ожидания

Многие начинают с идеи поставить дома пару устройств для майнинга. Реальность быстро охлаждает энтузиазм. ASIC-майнер потребляет 3000-3500 ватт — как мощный обогреватель. Шумит как работающий круглосуточно пылесос. Один ASIC выделяет 3000-3500 ватт тепловой энергии. В комнате 15-20 квадратных метров температура летом может превышать 35–40 °C без дополнительного охлаждения

Бытовые тарифы на электричество делают майнинг малорентабельным. Большая часть дохода уходит на оплату энергии. Чистая прибыль минимальна или вообще отсутствует.

Многие домашние майнеры работают с надеждой на рост курса. Они майнят с небольшим убытком, рассчитывая, что через год накопленная криптовалюта вырастет в цене и компенсирует затраты. По сути они платят за криптовалюту больше рыночной цены, но получают ее постепенно.

Техническое обслуживание тоже ложится на владельца. Нужно настраивать оборудование, следить за температурой, перезапускать зависшие устройства, разбираться в причинах падения производительности.

Промышленный майнинг: другой масштаб

Промышленные операторы работают с десятками тысяч ASIC в специальных помещениях. Они размещаются около гидроэлектростанций в Сибири, в холодных регионах Канады, в странах с субсидированным электричеством для промышленности.

Ключевая разница — цена электричества. Крупные операторы договариваются напрямую с энергокомпаниями и получают тарифы в несколько раз ниже бытовых. При такой стоимости майнинг остается прибыльным даже при серьезном падении курса криптовалюты.

Инфраструктура включает промышленное охлаждение, резервное питание, системы мониторинга, охрану. В холодном климате используется естественная вентиляция: холодный воздух затягивается снаружи, проходит через ряды ASIC и выбрасывается наружу уже горячим.

Надежность критична. Простой фермы на 10000 ASIC стоит несколько тысяч долларов в час. Поэтому операторы инвестируют в автоматические системы перезапуска, круглосуточный мониторинг всех параметров, резервные источники питания.

Оборудование закупается большими партиями напрямую у производителей. Эффективность ASIC падает каждые 1–2 года по мере роста сложности, и их нужно регулярно обновлять. Старые устройства продаются на вторичном рынке в регионы с еще более дешевым электричеством, где они могут проработать еще год.

Промышленные майнеры зарабатывают на масштабе и оптимизации. Каждый процент экономии на электричестве, каждый час увеличения времени работы оборудования влияет на прибыльность. Они работают на тонких маржинальностях, но большие объемы делают бизнес рентабельным.

Практический кейс: создание Red Rock Pool

Понимание всех этих нюансов критично при реализации блокчейн-проектов. Теория остается теорией, пока не столкнешься с реальными задачами производственной системы.

Наш опыт с Red Rock Pool показывает сложность создания майнинг-пула с нуля. Нужно было создать решение и конкурировать с игроками, которые годами отлаживали свои системы.

Задача: построить инфраструктуру на 2 эксахеша в секунду с поддержкой 10,000+ ASIC-устройств. Время отклика — не более 120 миллисекунд. Uptime — 99.9999% (не более 2.6 секунд простоя в месяц).

Мы реализовали микросервисную архитектуру с автоматическим распределением наград по четырем схемам выплат (PPS+, PPLNS, SOLO, FPPS), панелями управления для операторов и майнеров, мониторингом в реальном времени.

Результат первого месяца: пул обрабатывает 2 EH/s, держит 10,000+ подключений без деградации скорости, задержка сети 80-120 мс. Сегодня работает с промышленными дата-центрами и индивидуальными майнерами.

Результаты работы майнинг пула в первый месяц после релиза

Подключить оборудование можно за несколько минут — все инструкции на сайте пула

Есть идея на блокчейне?

Создание Red Rock Pool с нуля дало нам серьезную экспертизу в блокчейн-разработке. Мы прошли путь от изучения протоколов до запуска системы, которая обрабатывает миллионы операций и работает с реальными деньгами круглосуточно.

Мы знаем, как строить надежную архитектуру, оптимизировать производительность под высокой нагрузкой, выстраивать мониторинг критичных систем. Понимаем и техническую сторону протоколов, и бизнес-логику продуктов.

Если у вас есть концепция блокчейн-проекта, но нужна команда для реализации — давайте обсудим. Расскажем о подходе к разработке, оценим архитектуру и риски, наметим путь к запуску.