Úvod do ťažby Bitcoinu a kryptomien

Slovo ťažba (mining) nebolo pre túto činnosť vybrané len tak náhodou. Rovnako ako pri ťažbe zlata v hlbokej tmavej bani ide o veľmi náročnú úlohu. Ťažba Bitcoin sa totiž vykonáva pomocou vysoko výkonných počítačov, ktoré riešia zložité výpočtové matematické úlohy. Sú tak komplikované, že nemôžu byť riešené ručne. Svoju úlohu pri nich zohráva aj šťastie a preto ťažba Bitcoinu naozaj dokonale pasuje na baníka, ktorý hľadá v bani zlato. Ten okrem tvrdej roboty musí mať aj šťastie, aby našiel svoj vysnívaný poklad.

Na rozdiel od baníka, ktorý kope do krajiny s cieľom nájsť zlato, má ťažba Bitcoinu ešte jednu mimoriadne dôležitú úlohu. Okrem hľadania "zlata" v podobe nového Bitcoinu sa totiž stará aj o zabezpečenie a dôveryhodnosť celej bitcoinovej siete. Bitcoin ťažiari (Mineri) totiž popri ťažbe Bitcoinu robia sieť bezpečnú tým, že overujú všetky transakcie v nej vykonané. Bez Minerov by Bitcoin jednoducho nemohol existovať.

Drvivá väčšina ľudí na tomto svete, teda okrem krajín, ktoré aktuálne trpia obrovskú infláciou (Venezuela, Argentína ...), dôveruje tlačeným menám, čiže americkým dolárom, eurám, českým korunám a tak podobne. Je to z toho dôvodu, že tieto meny sú pod kontrolou centrálnych bánk. Napríklad v USA plní túto funkciu FED. Centrálne banky majú na starosti aj tvorbu nových peňazí a pritom stíhajú tých, ktorí sa pokúšajú tieto peniaze falšovať.

Samozrejme nejde len o papierové peniaze, ktoré máte v peňaženke. Kontrola centrálnych bánk sa týka všetkých takzvaných fiatových peňazí v obehu, čiže aj eur, dolárov či korún, ktoré máte na svojich bankových účtoch. Pod kontrolu týchto orgánov spadajú aj transakcie, ktoré realizujete kreditnými kartami VISA či Mastercard. Centrálne banky majú jednoducho kontrolu nad všetkými peniazmi, ako ste ich poznali doteraz. S výnimkou Bitcoinu a niekoľkých ďalších decentralizovaných kryptomien.

Bitcoin je najväčšia decentralizovaná mena. Nie je regulovaná žiadnym ústredným orgánom. Americký FED ani Európska centrálna banka nemôže a ani nedokáže prísť s nariadením, aby Bitcoin v obehu nejakým spôsobom zrušila, zmazala, alebo ho vytvorila viac. Kým bude existovať bitcoinová sieť, Bitcoin bude existovať bez ohľadu na to, čo na to hovoria svetové vlády. Aby však táto sieť - hovoríme jej blockchain, mohla fungovať a teda existovať, potrebujeme na to prevádzkovateľa ťažby (minera).

Existenciu blockchainu Bitcoin podporuje sieť miliónov počítačov po celom svete, ktorú riadia Bitcoin Mineri. Ako ste už možno pochopili, táto sieť plní u Bitcoinu rovnakú úlohu ako FED alebo Európska centrálna banka u fiatových peňazí. Zastupuje tiež platobné systémy ako sú VISA či Masterdard. Rovnako ako centralizované inštitúcie u bežných peňazí, ťažiari overujú transakcie a kontrolujú, či sú správne. Na rozdiel od ústredných orgánov sú však rozmiestnení po celom svete a zaznamenávajú údaje do verejného zoznamu, ku ktorým majú všetci, dokonca aj vy.

Keď niekto v bitcoinovej sieti uskutoční nákup alebo predaj pomocou Bitcoinu, nazývame to transakcia. Rovnako ako keď pošlete peniaze z vášho účtu v banke XX na účet vášho priateľa v banke XY. Pri tomto prevode však potrebujete asistenciu vašej banky a banky vášho priateľa. Zároveň peniaze zverujete do rúk bánk, čiže im musíte dôverovať. U transakcií Bitcoinu plnia úlohy bánk ťažiari (Mineri) a to tak, že všetky transakcie zhlukujú do takzvaných "blokov" a pridávajú ich do verejného zoznamu, ktorý nazývame blockchain. Z blockchainu však tieto transakcie zmazať nedokážu.

Keď ťažiari pridajú nový blok transakcií na blockchain, súčasťou ich práce je zabezpečiť, aby boli tieto transakcie vykonané správne. Najdôležitejšou úlohou je overiť, či Bitcoin či iná kryptomena fungujúce na rovnakých princípoch, neboli duplikované (hovoríme tomu double spending). Pri tlačených peniazoch sa to stať nemôže, pretože keď dáte 20 eur do rúk predavačky, sú už v jej rukách. Pri kryptoměnách je to však teoreticky možné.

Digitálne meny sa totiž dajú relatívne ľahko reprodukovať. U Bitcoinu alebo iných digitálnych mien existuje preto riziko, že sa niekto môže pokúsiť o podvod tým, že urobí kópiu svojho Bitcoinu a pošle ho inému účastníkovi, kým on bude stále držať "svoj" originál. Úlohou ťažiarov je tomu zabrániť.

V čase písania tohto článku sa počet denných overených transakcií pohybuje medzi hodnotami 300 000 až 600 000. To predstavuje veľa práce pre prevádzkovateľa ťažby, ktorí musia každú transakciu overiť, čo je ďalším veľkým rozdielom medzi nimi a centrálnymi bankami. Aby boli motivovaní vykonávať túto činnosť, ich odmenou je vyťaženie nových Bitcoinov vždy, keď pridajú nový blok do blockchainu. V roku 2019 ide o odmenu 12.5 BTC za každý jeden vyťažený blok, ale táto odmena sa každé štyri roky znižuje o polovicu. Hovorí sa tomu halving. Najbližšie sa zníži v roku 2020 na 6.25 BTC.

Znižovaním odmeny pre prevádzkovateľa ťažby sa stáva Bitcoin hodnotnejším. Nikdy ho nebude viac ako 21 miliónov a delenie týchto odmien zabezpečí, že ťažiari Bitcoinu budú dostávať odmenu za vyťaženie nového bloku až do roku 2140. Aj potom, hoci ide o ďalekú budúcnosť, by však mala mať ťažba pre nich zmysel - rovnako ako teraz, aj v budúcnosti totiž budú dostávať za overovanie transakcií aj takzvané "fees", čiže poplatky (ale v tej dobe by na nich mali zarábať pravdepodobne oveľa viac).

Zhrnuli sme si základy a teraz sa pokúsime nahliadnuť do problematiky ťažby Bitcoinu o niečo hlbšie. Na to, aby mohli Mineri vyťažiť Bitcoin, čiže pekne zarobiť na svoje činnosti, musia nastať dve veci.

Po prvé musia overiť 1 megabyte (MB) hodnoty transakcií, čo môže byť teoreticky aj jedna jediná transakcia, ale častejšie ide o niekoľko tisíc transakcií v závislosti na tom, koľko dát sa v každej transakcii nachádza. Toto je tá jednoduchšia časť.

Po druhé, aby bolo možné pridať blok týchto transakcií na blockchain, miner musí vyriešiť zložitý výpočtový problém nazývaný "Proof of Work" (dôkaz o vykonanej práci). Robia vlastne to, že sa snažia prísť s 64-miestnym hexadecimálnom číslom, ktorý nazývame "hash", ktoré je menšie alebo rovné cieľovému hashu. Ťažiar (jeho počítač) v podstate generuje tieto hashe rýchlosťou od megahashe za sekundu (MH / s), cez gigahashe za sekundu (HH / s) až po terahashe za sekundu (TH / s) kým nedosiahnu riešenie.

Ako sme spomenuli v úvode článku, ťažba Bitcoinu rovnako ako ťažba zlata nie je len o ťažko vykonanej práci. Je tiež o šťastí. Rovnako ako baník v bani nevie, či naozaj nájde zlato, ani prevádzkovateľ ťažby Bitcoin nevie, či dokáže nájsť tento hash, hoci vynaložil veľké úsilie. Inými slovami ťažba Bitcoinu je zároveň aj hazard. Čím väčšou silou však disponuje prevádzkovateľ ťažby, tým je pravdepodobnosť, že dosiahne úspech, vyššia.

Zatiaľ čo v minulosti bolo možné ťažiť Bitcoin aj na domácich počítačoch, pretože Minerov bolo málo, dnes by sa vám to rozhodne nevyplatilo. Pravdepodobnosť, že by sa vám podarilo na domácom počítači nájsť novy blok, je takmer nulová.

Stačí pochopiť, že čím viac ťažiarov sa snaží o vyťaženie nového bloku, tým je matematická úloha, ktorú musia vyriešiť, komplikovanejšia. Hovoríme tomu "mining difficulty" alebo "difficulty level". V čase písania článku je na úrovni 6,379,265,451,411. To znamená, že šanca počítača vyprodukovať hash nižší ako je cieľ je 1 ku 6 379 265 451 411, teda menej ako 1 k 6 biliónu. Táto úroveň (mining difficulty) je upravovaná každých 2016 vyťažených blokov, čiže zhruba každé dva týždne. Náročnosť sa zvýši, ak sa zapojí do ťažby viac Minerov a naopak zníži, ak ich bude menej. Tým sa zabezpečí, že ťažba Bitcoinu bude stále konštantná. Ak by teda aj mnoho Minerov stratilo záujem pokračovať v ťažbe, mining difficulty sa zníži, čo znamená, že ostatní Mineri, ktorí zostali "v hre", budú mať ľahšiu cestu k tomu, aby vyťažili nový blok a získali teda za odmenu BTC.

Mineri nielenže musia prísť so správnym hashom. Musia byť tiež prví, ktorým sa to podarí. Vzhľadom k tomu, že ťažba Bitcoinu je v podstate vecou hádania, odpoveďou je, že čím viac „tipov” dokáže ťažiar vygenerovať, tým má väčšiu šancu na úspech. Inak povedané, vo výhode sú tí, ktorí disponujú čo najväčším výpočtovým výkonom.

Pred 10 rokmi stačilo ťažiarom Bitcoinu ťažiť BTC na bežných domácich stolových počítačoch. Postupom času si uvedomili, že grafické karty (GPU) bežne používanie pre hranie počítačových hier sú pri ťažbe efektívnejšie. Následne v roku 2013 začali vznikať prvé takzvané ASIC minery (Application-Specific Integrated Circuits), ktoré sú špecializovanými zariadeniami na ťažbu kryptomien.

Dnes je ťažba Bitcoinov zisková len pre firmy, ktoré disponujú najaktuálnejšími verziami ASIC minerov. Pri používaní stolových počítačov či grafických kariet totiž prevyšujú náklady vynaložené na energiu nad príjmami, ktoré je možné generovať touto ťažbou. Aj keby ste mali k dispozícii najvýkonnejší domáci počítač, vaša šanca, že by ste konkurovali zoskupeniam minerov, takzvaným “mining poolom”, je nereálna.

Mining pool je skupina ťažiarov, ktorí kombinujú svoj výpočtový výkon a delia si vyťažené bitcoiny. V súčasnosti sa už drvivá väčšina blokov BTC vyťaží práve v týchto mining pooloch, než ťažiarmi, ktorí ťažia kryptomeny na vlastnú päsť.  

Treba však uviesť, že existujú kryptomeny, ktoré ASIC minerov limitujú a ťažba pomocou GPU je u nich stále efektívna.

Napriek vyššie spomínanej obtiažnosti a masívnej sieti užívateľov, ktorým sa overujú transakcie, je jeden blok bitcoinových transakcií overovaný každých 10 minút. Je však dôležité zapamätať si, že 10 minút je cieľom, nie pravidlom.

Bitcoinová sieť dokáže spracovať približne sedem transakcií za sekundu, pričom transakcie sa zaznamenávajú do bloku každých 10 minút. S rastúcou sieťou užívateľov však počet transakcií uskutočnených za 10 minút nakoniec prekročí počet transakcií, ktoré sa dajú spracovať do 10 minút. V tomto okamihu začínajú čakacie doby pre transakcie a budú sa ďalej predlžovať, pokiaľ nenastane nejaká zmena v bitcoinovom protokole.

Tento problem v jadre bitcoinového protokolu je známy ako problem škálovania. Zatiaľ čo mineri bitcoinu sa vo všeobecnosti zhodovali na tom, že s týmto problémom je potrebné niečo urobiť, nevedeli sa zhodnúť na tom, akým spôsobom. Diskutovalo sa najmä o dvoch možnostiach:

• Znížení množstva údajov potrebných na overenie každého bloku
• Zvýšení počtu transakcií, ktoré môžu byť uložené na každý blok

Menšie množstvo údajov na overenie na jeden blok by umožnilo rýchlejšie a lacnejšie transakcie pre ťažiarov. Zvýšenie počtu transakcií na jeden blok by vyriešilo škálovateľnosť tým, že by sa mohlo spracovať každých 10 minút viac informácii.

V júli 2017 prebehlo hlasovanie minerov a ťažobných spoločnosti, ktoré reprezentovali približne 80% až 90% výpočtovej sily celej siete. Rozhodli sa, že sa zníži množstvo údajov potrebných na overenie každého bloku. Schválili teda prvú možnosť.

Aktualizáciu bitcoinového protokolu nazvali pojmom SegWit (Segregated Witness), ktorý vznikol spojením slov Segregated (oddelených) a Witness (svedkovia), ktoré sa týkajú podpisov bitcoinových transakcií. SegWit v podstate robí to, že oddeľuje podpisy transakcií od bloku a pripája ich ako rozšírený blok. Zatiaľ čo pridanie SegWitu do bitcoinoveho protokolu sa nemusí zdať ako dostatočné riešenie, odhaduje sa, že podpisové dáta predstavujú približne 65% údajov spracovaných v každom bloku transakcií. Aktualizácia SegWit teda pomohla z časti riešiť škálovateľnosť Bitcoinu, no z dlhodobého hľadiska to stačiť určite nebude.

V auguste 2017 sa udial hardfork Bitcoinu, po ktorom sa blockchain rozdelil na dve od seba nezávislé siete:

• pôvodný Bitcoin (BTC)
• a Bitcoin Cash (BCH). Kryptomena Bitcoin Cash vznikla z dôvodu, že časť bitcoinovej komunity bola za druhú možnosť a teda zväčšenie kapacity bloku na 8MB, čím sa urýchli proces overovania a zvýši sa výkon celej siete na približne 2 milióny transakcií za deň.

Väčšina komunity však ostala naďalej verná pôvodnému Bitcoinu.

Nody (uzly)

Dôležitú úlohu v celom procese zohrávajú takzvané nody (uzly). Uzol je výkonný počítač, ktorý spúšťa bitcoinový softvér a pomáha udržiavať bitcoin v prevádzke prostredníctvom prenosu informácii. Spustiť vlastný uzol (node) môže každý. Stačí si zadarmo stiahnuť softvér a ponechať otvorený určitý port. Nevýhodou je, že popri tom míňate elektrickú energiu a zároveň poskytujete svoj úložný priestor. V súčasnosti predstavuje celková veľkosť bitconovej siete vyše 200 GB. Uzly šíria bitconové transakcie po sieti. Jeden uzol pošle informácie niekoľkým ďalším uzlom, o ktorých vie, že budú posielať tieto informácie ďalším uzlom a tak ďalej. Tým sa zabezpečí, že tieto informácie sa rýchlo dostanú do celej siete.

Niektoré uzly sú ťažobné uzly. Voláme ich mineri (ťažiari). V súčasnosti ide zväčša o skupiny, ktoré overujú transakcie do blokov a pridávajú ich do blockchainu. Robia to tak, že riešia komplexnú matematickú úlohu, ktorá je súčasťou bitcoinového programu. Jej riešenie pridávajú do bloku. Úlohou je nájsť číslo, ktoré v kombinácii s údajmi v bloku a prehnané hashovou funkciou, produkuje výsledok, ktorý je v určitom rozsahu. Toto číslo sa nazýva “nonce”, čo je skratka pojmu “number used once” (číslo použité raz). V prípade bitcoinu je nonce celé číslo medzi 0 a 4 294 967 296.

Riešenie úlohy

Hľadanie tohto čísla funguje na princípe hádania. Hashovacia funkcia neumožňuje predpovedať, aký bude výstup. Takže mineri sa snažia použiť hashovanie na generovanie kombinácii, prostredníctvom ktorých ho môžu uhádnuť. Výsledný hash musí začínať vopred stanoveným počtom núl. Neexistuje žiadny spôsob, ako zistiť, ktoré číslo bude fungovať, pretože dve po sebe idúce celé čísla dávajú divoko odlišné výsledky. Okrem toho môže existovať niekoľko „nonces”, ktoré produkujú želaný výsledok, ale zároveň nemusia byť žiadne. V tom prípade mineri pokračujú naďalej v úsilí, no s odlišnou konfiguráciou bloku.

Prvý miner, ktorý získa výsledný hash v požadovanom rozsahu, oznámi svoje víťazstvo zvyšku siete. Všetci ostatní mineri okamžite zastavia prácu na tomto bloku a opakujú celý proces pri ďalšom bloku. Ako odmenu za svoju prácu dostane ťažiar, ktorý vyťažil nový blok, odmenu v podobe 12.5BTC (v polovica roka 2020 sa odmena zníži na 6.25BTC).

Ekonomická stránka

Ako sme písali vyššie, v čase písania článku je odmena za vyťaženie bloku 12.5 BTC, čo je vyše 100 tisíc dolárov (k 28.5.2019). lenže ako ste už zrejme pochopili, vyťažiť blok nie je vôbec jednoduché. Okrem riešenia komplikovanej matematickej hádanky totiž súperíte o tento blok s veľkou konkurenciou a okrem toho musíte rátať s nemalými nákladmi na elektrickú energiu. Aj preto sa najviac ťažobných nodov nachádza v krajinách, kde je lacná energia.

Náklady na ťažbu bitcoinu sú vysoké. Okrem spomínanej elektrickej energie musí miner rátať aj s investíciou do výkonného hardvéru. V dnešnej dobe sa Bitcoin ťaží už len prostredníctvom výkonných ASIC minerov. Ťažiť BTC pomocou grafických kariet (GPU) alebo dokonca na stolovom počítači, ako sa to robilo pred niekoľkými rokmi, by bolo v súčasnosti už nerentabilné.

Cena Bitcoinu pochopiteľne zohráva u ťažiarov dôležitú úlohu. Ak by prudko klesla, náklady na elektriku a hardvér by mohli prevýšiť potenciálne príjmy. Reálna situácia z roku 2018 však zároveň ukázala, že pri poklese ceny Bitcoinu klesol aj záujem o ťažobný hardvér, ktorý sa vďaka tomu stal lacnejší. Zároveň tu máme takzvaný „mining difficulty”, ktorá zabezpečuje, že čím viac minerov ťaží Bitcoin, tým je potrebný vyšší výkon a naopak.

Mining Difficulty – obťažnosť ťažby

Ako sme už naznačili v predchádzajúcom odseku, “mining difficulty“ zohráva pri ťažbe Bitcoinu veľmi dôležitú úlohu. Obťažnosť výpočtu (požadované množstvo núl na začiatku hashovacieho reťazca) sa nastavuje tak, aby vyťaženie jedného bloku trvalo približne 10 minút.

To je množstvo času, ktoré potrebujú mineri na to, aby dokázali pri súčasných podmienkach ťažiť Bitcoin, až kým sa nevyťaží všetkých 21 000 000 BTC, ktoré sa môžu dostať do obehu. Predpokladá sa, že posledný bitcoin bude vyťažený v roku 2140.

Mining Difficulty teda zabezpečuje, aby sa nový blok vyťažil zhruba každých 10 minút. Jeho hodnota sa však mení v závislosti od toho, koľko minerov sa podieľa na ťažbe nového bloku.

Ak by záujem o ťažbu klesol, mining difficulty, ktoré sa aktualizuje každých 2016 blokov, teda zhruba raz za dva týždne, by sa znížila, aby sa zachoval predpokladaný čas na vyťaženie bloku. Naopak ak sa zapojí do ťažby viac minerov, komplikovanosť ťažby sa ešte zvýši.

Aj z tohto dôvodu v súčasnosti už nie je možné ťažiť bitcoiny na počítačoch ako v minulosti, pretože pravdepodobnosť, že vyťažíte novy blok s malým výpočtovým výkonom je veľmi nízka, blízka nule. Dokonca aj ťažba na grafických kartách u Bitcoinu už dávno nie je v hre. Na ťažbu sa využívajú vysokovýkonné ASIC minery. Ani to však nemusí stačiť na to, aby ste mali istotu, že práve vy vyťažíte blok a dostanete za to BTC. Vaše náklady na hardvér a elektrickú energiu môžu byť oveľa vyššie. Z tohto dôvodu vznikajú takzvané mining pooly, teda združenia ťažiarov, ktorí medzi sebou zdieľajú svoju výpočtovú energiu a následne si rozdeľujú aj vyťažené bitcoiny.