1. Tổng quan về khai thác tiền điện tử (PoW)

Khai thác tiền điện tử, chẳng hạn như khai thác Bitcoin, là một quá trình cạnh tranh cao và sử dụng nhiều tài nguyên. Trong mạng Bitcoin, các giao dịch được nhóm thành các khối và yêu cầu một lượng tính toán đáng kể để “chứng minh” hoặc xác nhận trong một quy trình gọi là khai thác. Công cụ khai thác phải có phần cứng và phần mềm chuyên dụng để có thể cạnh tranh trên thị trường, điều này đòi hỏi một khoản đầu tư đáng kể. Sự cạnh tranh để giành phần thưởng khai thác đã dẫn đến việc tạo ra các nhóm khai thác, nơi những người khai thác có thể kết hợp sức mạnh tính toán của họ để tăng cơ hội giải quyết vấn đề và nhận phần thưởng. Điều này cũng giúp phân phối phần thưởng khai thác đồng đều hơn và giảm mức độ tập trung của sức mạnh khai thác.
Thuật toán khai thác bao gồm một số bước, bao gồm gộp các giao dịch, xác minh tính hợp lệ của chúng, chọn khối gần đây nhất và cố gắng giải quyết vấn đề Bằng chứng công việc (PoW) cho khối mới. Những người khai thác tìm kiếm các khối có thể chấp nhận bằng cách sử dụng thuật toán PoW bằng cách tăng một nonce và lấy hàm băm của tiêu đề khối kết quả cho đến khi giá trị băm nhỏ hơn giá trị mục tiêu được xác định trước. Hiệu suất khai thác được đo bằng giá trị băm mỗi giây và độ khó khai thác được điều chỉnh bằng cách điều chỉnh giá trị mục tiêu băm cho các khối theo định kỳ dựa trên tốc độ tạo khối.

Giải thích quy trình khai thác Bitcoin

Để hiểu quy trình khai thác tiền điện tử, chúng ta hãy xem xét chi tiết từng giai đoạn của quy trình:

1. Băm giao dịch: Bước đầu tiên là sử dụng hàm băm để gửi các giao dịch đang chờ xử lý từ nhóm bộ nhớ. Mỗi lần gửi giao dịch tạo ra một hàm băm đầu ra cố định đóng vai trò là mã định danh giao dịch.

2. Tạo cây Merkle: Cây Merkle xác minh nội dung cấu trúc dữ liệu bằng cách tổ chức các hàm băm giao dịch thành các cặp. Nó gắn nhãn các nút bằng hàm băm mật mã khối dữ liệu và các nút bên trong bằng hàm băm nhãn nút con của chúng.

3. Khám phá tiêu đề khối: Tiêu đề khối giúp người khai thác xác định một khối riêng lẻ bằng một hàm băm duy nhất. Công cụ khai thác kết hợp hàm băm gốc của khối ứng cử viên, hàm băm của khối trước đó và một số chỉ được sử dụng một lần (nonce) để tạo hàm băm hợp lệ.

4. Xác thực Băm khối: Giao thức quyết định giá trị mục tiêu, giá trị này phải cao hơn giá trị đầu ra để hàm băm khối chính xác. Những người khai thác sửa đổi giá trị nonce nhiều lần vì họ không thể thay đổi hai thành phần còn lại.

5. Độ khó khai thác: Độ khó khai thác biểu thị một câu đố mật mã phức tạp. Càng mất nhiều thời gian để tìm ra hàm băm chính xác thì độ khó càng cao. Độ khó khai thác cũng phụ thuộc vào số lượng người khai thác trong mạng tiền điện tử. Tại đây, bạn có thể tìm thấy đơn vị đo lường độ khó và biểu đồ về độ khó của Bitcoin theo thời gian.

   H/ s = Hashes mỗi giây 
    KH/ s = Kilo Hashes mỗi giây 
    MH/ s = Mega Hashes mỗi giây 
    GH/ s = Giga Hashes mỗi giây 
    TH/ s = TeraHashes mỗi giây 
    PH/ s = PetaHashes mỗi giây 
    1.000 H/s = 1 KH/s 
    1.000 KH/s = 1 MH/s 
    1.000 MH/s = 1 GH/s 
    1.000 GH/s = 1 TH/s 
    1.000 TH/s = 1 PH/s
   

6. Xác minh hàm băm khối: Ở giai đoạn này, những người khai thác gửi các khối mới tìm thấy cho những người khai thác ngang hàng để xác minh hàm băm. Các nút khai thác ngang hàng sử dụng thuật toán băm an toàn 256 (SHA-256) để kiểm tra tính toàn vẹn của dữ liệu và xác định các vấn đề về băm và giả mạo.

7. Xác nhận và xuất bản khối: Sau khi các công cụ khai thác ngang hàng xác minh và đạt được sự đồng thuận về một khối, khối ứng cử viên sẽ trở thành khối được xác nhận. Khối mới này được thêm vào cuối chuỗi khối. Khi những người khai thác không thể xác thực hàm băm của khối ứng viên, họ sẽ loại bỏ khối ứng viên – một nỗ lực không thành công đối với một người khai thác.

Các nút bitcoin khai thác chủ động điều chỉnh tốc độ tạo khối mới ở mức trung bình là 10 phút. Khi có nhiều người khai thác tham gia, tốc độ tạo khối sẽ tăng lên và khi tốc độ tạo khối tăng lên, độ khó khai thác tăng lên để bù lại, điều này sẽ đẩy tốc độ tạo khối trở lại. Việc tạo các khối mới phải mất trung bình 10 phút, thời gian này được Satoshi Nakamoto chọn cụ thể để đánh đổi giữa thời gian xác nhận nhanh và lượng công việc bị lãng phí do chia tách chuỗi và khối mồ côi.

quá trình giảm một nửa

Những người khai thác thành công được thưởng một số lượng Bitcoin nhất định và phí giao dịch cho mỗi khối được khai thác thành công. Phần thưởng cho việc khai thác một khối mới được mọi người trong mạng đồng ý và hiện ở mức 6,25 bitcoin, giảm so với 50 bitcoin ban đầu. Phần thưởng này giảm một nửa sau mỗi 210.000 khối và cuối cùng sẽ bị xóa hoàn toàn khi đạt đến giới hạn 21 triệu Bitcoin, tại thời điểm đó, quá trình xử lý giao dịch sẽ chỉ được thưởng bằng phí giao dịch. Giá trị của Bitcoin không chỉ phụ thuộc vào phần thưởng khai thác mà còn phụ thuộc vào nhu cầu thị trường, những thay đổi về quy định và tâm lý thị trường, tất cả đều có thể ảnh hưởng đến giá trị của Bitcoin.

2. Lịch sử khai thác ban đầu và sự phát triển của nó theo thời gian

Việc khai thác tiền điện tử có thể bắt nguồn từ những ngày đầu của Bitcoin. Việc khai thác được thực hiện trên các máy tính cá nhân và CPU tiêu chuẩn khi Bitcoin được công bố lần đầu vào năm 2009. Khi mức độ phổ biến của Bitcoin tăng lên, thì sự phức tạp của việc khai thác cũng tăng theo, điều này đòi hỏi sức mạnh tính toán và tài nguyên lớn hơn.

Nhóm khai thác Bitcoin đầu tiên được thành lập vào năm 2010, cho phép những người khai thác tập hợp sức mạnh xử lý và tài nguyên của họ để cải thiện cơ hội giải quyết thử thách và nhận phần thưởng. Điều này đã giúp phân bổ phần thưởng khai thác một cách công bằng hơn và giảm thiểu sự tập trung sức mạnh khai thác.

Việc khai thác ngày càng trở nên chuyên biệt hóa theo thời gian, với việc các công ty khai thác sử dụng phần cứng và phần mềm chuyên dụng để nâng cao hiệu quả và tính cạnh tranh. Mạch tích hợp dành riêng cho ứng dụng (ASIC) mà chúng ta sẽ phân tích trong các bài học tiếp theo, được giới thiệu vào năm 2013 và được dành riêng cho việc khai thác Bitcoin, giúp tăng đáng kể tốc độ và hiệu quả khai thác.

Tiến trình khai thác cũng dẫn đến việc tạo ra các loại tiền điện tử mới, mỗi loại có một bộ thuật toán và tiêu chí khai thác riêng. Hiện có hàng trăm loại tiền điện tử, mỗi loại có các vấn đề và hệ sinh thái khai thác riêng. Biết được lịch sử khai thác và sự phát triển của nó theo thời gian là rất quan trọng để hiểu được vị trí hiện tại của ngành khai thác và các khả năng trong tương lai.

3. Bối cảnh khai thác hiện tại

Bối cảnh khai thác ngày nay bị chi phối bởi một số loại tiền điện tử lớn, chẳng hạn như Bitcoin và Litecoin. Bitcoin có hashrate khai thác cao nhất, tiếp theo là Litecoin. Các quốc gia khai thác hàng đầu bao gồm Hoa Kỳ, Trung Quốc, Canada, Nga và Kazakhstan. Tuy nhiên, những thay đổi về quy định gần đây ở Trung Quốc đã gây ra sự sụt giảm đáng kể trong hoạt động khai thác Bitcoin ở nước này.

Nguồn: statista.com

Điều quan trọng cần lưu ý là Ethereum đã không còn khai thác bằng chứng công việc (PoW) và hiện sử dụng khai thác bằng chứng cổ phần (PoS). Quá trình chuyển đổi sang khai thác PoS trong Ethereum đang được thực hiện thông qua nâng cấp Ethereum 2.0, đây là một thay đổi quan trọng đối với chuỗi khối Ethereum. Ethereum 2.0 đã giới thiệu một thuật toán đồng thuận mới có tên là Beacon Chain, chịu trách nhiệm điều phối các trình xác thực và quản lý quy trình đồng thuận PoS. Điều này trái ngược với khai thác PoW, nơi các thợ mỏ cạnh tranh để giải quyết các vấn đề toán học phức tạp bằng cách sử dụng sức mạnh tính toán. Khai thác PoS được coi là thân thiện với môi trường hơn và ít tốn tài nguyên hơn so với khai thác PoW. Bất chấp sự khác biệt giữa khai thác PoW và PoS, các nguyên tắc cơ bản của khai thác tiền điện tử vẫn giống nhau. Trong bài học tiếp theo, chúng ta sẽ khám phá những kiến thức cơ bản về khai thác tiền điện tử, bao gồm khai thác PoW và PoS, cũng như các loại thuật toán khai thác khác nhau được sử dụng trong ngành. Bằng cách hiểu các nguyên tắc cơ bản của khai thác tiền điện tử, người học sẽ có thể hiểu sâu hơn về những thách thức và cơ hội được đưa ra bởi khía cạnh quan trọng này của hệ sinh thái chuỗi khối.