فك تشفير آلية التعدين للأصول الرقمية: من النظرية إلى الممارسة

نظرة سريعة على النقاط الأساسية

• التعدين هو العملية الأساسية في شبكة البلوكتشين للتحقق من المعاملات وإنشاء عملات جديدة
• يتنافس المعدنون من خلال القدرة الحاسوبية لحل الألغاز المعقدة وكسب مكافآت الكتل
• تطورت معدات التعدين من وحدة المعالجة المركزية (CPU) إلى وحدة معالجة الرسوميات (GPU) ثم إلى الدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيقات (ASIC)، مما أدى إلى زيادة الكفاءة باستمرار.
• تؤثر تكاليف الكهرباء ، وتكاليف الأجهزة ، وتقلبات أسعار العملات ، وتغيرات البروتوكول على عائدات التعدين
• توفر برك التعدين والتعدين السحابي فرصًا للمعدنين الصغار للمشاركة

فهم التعدين من الصفر

تخيل دفتر أستاذ موزع عالمي يسجل كل عملية تداول للعملات المشفرة. يحتاج هذا الدفتر إلى شخص ما لصيانته والتحقق منه - هذه هي المهمة الأساسية للتعدين.

يستخدم عمال المناجم أجهزة حاسوبية متخصصة لحل الألغاز الرياضية (التي تتلخص بشكل أساسي في تخمين الأرقام بشكل متكرر) لتنظيم وتأكيد المعاملات التي تنتظر المعالجة. من يحل اللغز أولاً يحصل على مكافأة على شكل عملة مشفرة. تبدو هذه الآلية بسيطة، لكنها تحمل في طياتها مسؤولية حماية أمان الشبكة بأكملها.

لماذا التعدين مهم جدا؟

تضمن عملية التعدين أمان العملات المشفرة مثل البيتكوين. من خلال هذه العملية، يتم التحقق من معاملات المستخدمين وإضافتها إلى دفتر الأستاذ العام للكتل. التعدين هو حجر الزاوية للحفاظ على تشغيل شبكة البيتكوين بشكل لا مركزي - دون الحاجة إلى هيئة إدارة مركزية، ويستمر النظام في العمل بكفاءة.

في الوقت نفسه، فإن التعدين مسؤول أيضًا عن ضخ عملات جديدة في التداول. على الرغم من أن ذلك قد يبدو وكأنه “طباعة نقود”، إلا أن تعدين العملات المشفرة يخضع لقيود صارمة. تم كتابة هذه القواعد في البروتوكول الأساسي، ويتم تنفيذها بواسطة شبكة من العقد الموزعة، لمنع إصدار عملات جديدة بشكل تعسفي. يقوم المعدنون باستهلاك موارد الحساب لفك تشفير الألغاز، والحصول على الرموز التي تم إنشاؤها حديثًا كمكافأة - وهذا هو نوع من “الإبداع” الذي له تكلفة بدلاً من “الإصدار” من العدم.

عملية التعدين المحددة

نسخة مبسطة

الخطوة الأولى: تجميع المعاملات عندما يرسل المستخدم أو يستقبل العملات المشفرة، يتم جمع جميع المعاملات المعلقة في “كتلة” واحدة في انتظار التأكيد.

الخطوة الثانية: حل اللغز يقوم المنقبون باستخدام أجهزة الكمبيوتر بمحاولة مستمرة للعثور على رقم خاص (يسمى nonce). عندما يتم دمج هذا الرقم مع بيانات الكتلة، سيتم إنتاج نتيجة أقل من القيمة المستهدفة - تمامًا كما في المشاركة في يانصيب رقمي مشفر.

الخطوة الثالثة: إضافة الكتلة إلى السلسلة يحصل أول عامل تعدين يحل اللغز على حق إضافة كتلته إلى السلسلة. تقوم العقد الأخرى بالتحقق من صحة هذه الكتلة.

الخطوة الرابعة: استلام المكافآت يحصل عمال المناجم الفائزون على جزئين من الأرباح: العملة المشفرة المولدة حديثًا + جميع رسوم المعاملات المضمنة في الكتلة.

تحليل عميق

تدخل جميع المعاملات الجديدة أولاً إلى منطقة انتظار تُسمى “مجموعة الذاكرة”. تتحقق العقدة الموثوقة من صحة هذه المعاملات. تتمثل مهمة عمال المناجم في استخراج المعاملات من مجموعة الذاكرة وتنظيمها في كتل مرشحة.

من المهم ملاحظة أن ليس جميع عمال المناجم يقومون بتشغيل عقد التحقق - على الرغم من أن بعض عمال المناجم يتولون كلا الدورين، إلا أن عقد التعدين وعقد التحقق يختلفان من الناحية التقنية.

يمكن فهم الكتلة كصفحة في دفتر حسابات سلسلة الكتل، حيث تسجل العديد من المعاملات والبيانات الأخرى. بشكل محدد، تجمع عقد التعدين المعاملات غير المؤكدة وتدمجها في كتل مرشحة. بعد ذلك، يحاول المعدنون تحويل الكتل المرشحة إلى كتل مؤكدة، ويتطلب ذلك حل مسألة رياضية معقدة، مما يتطلب طاقة حسابية كبيرة. مع كل إنشاء ناجح لكتلة، يحصل المعدن على مكافأة الكتلة - بما في ذلك الرموز الجديدة ورسوم المعاملات.

تفاصيل التقنية: خمس خطوات رئيسية

الخطوة الأولى: تحويل المعاملة إلى هاش

المرحلة الأولى من التعدين هي الحصول على المعاملات من تجمع الذاكرة، ومعالجتها واحدة تلو الأخرى من خلال دالة التجزئة. عندما يتم تجزئة البيانات، يحصل المعدنون على نتيجة ثابتة الحجم - قيمة التجزئة. في سياق التعدين، قيمة التجزئة لكل معاملة هي معرف يتكون من سلسلة من الأرقام والحروف.

بالإضافة إلى إجراء تجزئة وتأكيدات لبعض المعاملات الفردية، يقوم المعدنون بإضافة معاملة خاصة واحدة، وهي إرسال مكافأة الكتلة إلى أنفسهم. تُعرف هذه المعاملة بمعاملة coinbase، حيث تُنتج عملات جديدة. عادةً ما تُضاف معاملة coinbase أولاً إلى الكتلة الجديدة، يليها قائمة المعاملات التي تنتظر التأكيد.

الخطوة الثانية: بناء شجرة ميركل

بعد إتمام تجزئة المعاملة، يتم تنظيم هذه التجزئات في هيكل يسمى شجرة ميركل (أو شجرة التجزئة). تتشكل شجرة ميركل من خلال إقران تجزئات المعاملات وإعادة تجزئتها. يتم إقران التجزئات الجديدة مرة أخرى وإجراء عملية التجزئة. تتكرر هذه العملية حتى يبقى تجزئة واحدة فقط - التجزئة الجذرية (أو جذر ميركل). تتضمن هذه التجزئة الجذرية جميع التجزئات السابقة التي تم استخدامها لإنشائها.

الخطوة الثالثة: البحث عن رأس كتلة صالح

رأس الكتلة يعمل كمعرف فريد لكل كتلة. عند إنشاء كتلة جديدة، يقوم المعدنون بدمج هاش الكتلة السابقة مع هاش الجذر للكتلة المرشحة للحصول على هاش الكتلة الجديدة. يتم أيضًا إضافة رقم عشوائي (nonce). للتحقق من الكتلة المرشحة، يجب على المعدنين دمج هاش الجذر، هاش الكتلة السابقة وقيمة nonce ثم إجراء عملية الهاش. تستمر هذه العملية حتى يتم العثور على هاش صالح.

نظرًا لأن التجزئة الجذرية وتجميع الكتلة السابقة غير قابلة للتغيير، يمكن للعمال المناجم تغيير قيمة nonce فقط حتى يجدوا تجزئة صالحة تلبي الشروط. يجب أن تكون هذه التجزئة أقل من القيمة المستهدفة التي ينص عليها البروتوكول. في شبكة البيتكوين، يحتاج تجزئة الكتلة إلى أن يبدأ بعدد معين من الأصفار - وتسمى هذه القيمة المستهدفة صعوبة التعدين.

الخطوة الرابعة: بث الكتلة

يقوم المعدنون بإجراء عمليات هاش رأس الكتلة لقيم nonce مختلفة بشكل متكرر حتى يجدوا هاش كتلة صالح. بعد اكتشاف هاش صالح، يقوم المعدنون ببث الكتلة إلى الشبكة. تتحقق جميع العقد الأخرى من صحة الكتلة، وإذا نجحت، فإنها تضيفها إلى نسخة سلسلة الكتل الخاصة بها. في هذه الحالة، تصبح الكتلة المرشحة كتلة مؤكدة، ويتوجه جميع المعدنين للتنقيب عن الكتلة التالية. المعدنون الذين فشلوا في العثور على هاش صالح سيتخلصون من كتلهم المرشحة ويبدؤون دورة تعدين جديدة.

حالة ظهور كتلتين في نفس الوقت

أحيانًا يبث عاملان مناجم كتلة صالحة تقريبًا في نفس الوقت، مما يؤدي إلى ظهور كتلتين متنافستين على الشبكة. يبدأ المستخدمون في التعدين على الكتلة التي استقبلوها أولاً. هذا يحول الشبكة مؤقتًا إلى نسختين من سلسلة الكتل. تستمر المنافسة حتى يتم تعدين الكتلة التالية وتتجاوز جميع الكتل المتنافسة. بعد إنتاج الكتلة الجديدة، يتم اعتبار الكتلة السابقة لذلك العامل الفائز. تُعرف الكتلة المهجورة لعامل المناجم الآخر بالكتلة المعزولة أو الكتلة المنفصلة. يتحول عامل المناجم الذي اختار تلك الكتلة على الفور إلى الكتلة الفائزة، بناءً على استمراره في التعدين.

التعديل الديناميكي لصعوبة التعدين

تعدل صعوبة التعدين باستمرار بواسطة البروتوكول لضمان أن إنتاج الكتل الجديدة يحافظ على وتيرة مستقرة، مما يحقق إصدار عملات جديدة يمكن التنبؤ به. تتذبذب الصعوبة مع تغير القدرة الحاسوبية الإجمالية للشبكة (قوة التجزئة).

عندما ينضم عمال المناجم الجدد إلى الشبكة، تزداد المنافسة، مما يؤدي إلى زيادة صعوبة الهاش، وذلك لمنع تقصير وقت إنشاء الكتل. على العكس، إذا غادر عدد كبير من عمال المناجم الشبكة، ستنخفض صعوبة الهاش، مما يجعل إنشاء كتل جديدة أسهل نسبيًا. هذه الآلية التلقائية للحفاظ على التوازن تحافظ على استقرار وقت إنشاء الكتل، بغض النظر عن كيفية تغير القدرة الحاسوبية الإجمالية للشبكة.

طرق متعددة للتعدين

تتطور معدات وعملية تعدين العملات المشفرة مع تقدم التكنولوجيا وخوارزميات الإجماع. عادة ما يستخدم المعدنون معدات حوسبة متخصصة لحل المعادلات التشفيرية المعقدة. وفيما يلي أكثر الطرق شيوعًا:

تعدين CPU

تتضمن عملية تعدين وحدة المعالجة المركزية (CPU) استخدام وحدة المعالجة المركزية للكمبيوتر لتنفيذ عمليات التجزئة بموجب نموذج توافق الآراء إثبات العمل (PoW). في الأيام الأولى من البيتكوين، كانت تكاليف التعدين منخفضة، وكانت عتبة المشاركة منخفضة، حيث كان بإمكان وحدة المعالجة المركزية لجهاز الكمبيوتر العادي معالجة الألغاز. في ذلك الوقت، كان بإمكان أي شخص محاولة التعدين.

ومع زيادة عدد عمال المناجم، ارتفعت قوة التجزئة للشبكة، مما جعل صعوبة التعدين المربح تزداد. مع ظهور الأجهزة الاحترافية، التي تفوق قدرتها الحاسوبية المعالجات الاستهلاكية، فقدت تعدين وحدة المعالجة المركزية تدريجياً تنافسيتها. اليوم، لم يعد تعدين وحدة المعالجة المركزية واقعياً، لأن الغالبية العظمى من عمال المناجم قد انتقلوا إلى الأجهزة الاحترافية.

تعدين GPU

تم تصميم وحدات معالجة الرسوميات (GPU) لمعالجة كميات كبيرة من العمليات في وقت واحد. على الرغم من استخدامها عادة في ألعاب الفيديو أو رسم الرسوميات، يمكن أيضًا استخدامها في التعدين. تعتبر وحدات معالجة الرسوميات رخيصة نسبيًا، وعلى عكس معدات التعدين المتخصصة، يمكنها تنفيذ مهام متعددة. يمكن أيضًا استخدام وحدات معالجة الرسوميات في تعدين بعض العملات البديلة، لكن الكفاءة تعتمد على الخوارزمية المحددة وصعوبة التعدين.

تعدين ASIC

الدوائر المتكاملة المخصصة (ASIC) مصممة لغرض محدد واحد. في مجال العملات المشفرة، تشير ASIC إلى الأجهزة التي تم تطويرها خصيصًا للتعدين. تتمتع ASIC بكفاءة تعدين عالية جدًا، لكنها تتطلب استثمارًا أوليًا كبيرًا نسبيًا. نظرًا لأن ASIC هي في طليعة تقنيات التعدين، فإن تكلفة هذه الأجهزة تتجاوز بكثير تكلفة وحدات المعالجة المركزية أو وحدات معالجة الرسومات. بالإضافة إلى ذلك، يتم تحديث وتطوير ASIC باستمرار، مما يؤدي إلى استبعاد المنتجات السابقة بسرعة. لهذا السبب، يُعتبر تعدين ASIC من بين أغلى الطرق، ولكن عند التشغيل على نطاق واسع، فإن كفاءتها هي الأعلى، وإمكانات الأرباح هي الأكبر.

تجمع التعدين

نظرًا لأن مكافآت الكتلة تُمنح فقط لأحد عمال المناجم الناجحين، فإن فرصة تعدين الكتلة من قبل عامل منجم منفرد ضئيلة للغاية. عمال المناجم ذوي القدرة الحاسوبية المحدودة لديهم فرصة ضئيلة جدًا في العثور على الكتلة التالية بمفردهم. لحل هذه المشكلة، ظهرت تجمعات التعدين.

تجمعات التعدين هي مجموعات من عمال المناجم الذين يجمعون موارد الحوسبة (قوة الهاش) لزيادة احتمالية العثور على كتل ومشاركة المكافآت. عندما تنجح تجمعات التعدين في العثور على كتلة، يتم توزيع المكافأة بناءً على نسبة العمل الذي قام به كل عامل منجم. تعتبر تجمعات التعدين جذابة للعمال المستقلين لأنها تقلل من استثمارات الأجهزة وتكاليف الكهرباء. ومع ذلك، فإن هذه التجمعات تزيد من المخاطر المركزية وتهديدات هجوم 51% المحتملة.

تعدين سحابي

لا يحتاج عمال مناجم التعدين السحابي إلى شراء الأجهزة، بل يستأجرون القدرة الحسابية من مزودي خدمات التعدين السحابي. هذه طريقة نسبياً سهلة للبدء في التعدين، لكنها تأتي مع مخاطر الاحتيال واحتمالات انخفاض الأرباح. إذا كنت تخطط لتجربة التعدين السحابي، يجب عليك اختيار مزود خدمة ذو سمعة جيدة.

خصوصية تعدين البيتكوين

بيتكوين هي أشهر عملة مشفرة تم اختبارها عبر الزمن. يعتمد تعدين البيتكوين على خوارزمية توافق الآراء المعروفة باسم إثبات العمل (PoW). تم إنشاء PoW بواسطة ساتوشي ناكاموتو، وتم تقديمه في ورقة البيتكوين البيضاء عام 2008 كآلية توافق في البلوكشين. يحدد PoW كيفية توافق شبكة البلوكشين بين جميع المشاركين الموزعين دون الحاجة إلى وسطاء من طرف ثالث.

من الصعب على الجهات الفاعلة الخبيثة التلاعب بهذه الأنواع من الشبكات، حيث يتطلب الأمر استثمارات ضخمة في تكاليف الكهرباء والموارد الحاسوبية. كما ذُكر سابقًا، في شبكات إثبات العمل (PoW)، يتم تنظيم المعاملات المعلقة من قبل المنقبين وإضافتها إلى الكتل. يستخدم المنقبون معدات متخصصة للتنافس في حل المسائل. المنقب الأول الذي يجد الحل يحصل على الحق في إضافة كتلته إلى سلسلة الكتل. إذا قبل عقد التحقق الكتلة، يتلقى المنقب مكافأة الكتلة.

تعتمد المبالغ المحددة لمكافآت العملات المشفرة على البلوكشين المستخدم. على سبيل المثال، في بلوكشين البيتكوين (حتى ديسمبر 2024)، يحصل المعدنون على مكافأة قدرها 3.125 BTC عن كل كتلة.

تعتمد البيتكوين آلية تقليل المكافآت، حيث يتم تقليل مكافأة BTC بنسبة 50% كل 210,000 كتلة (حوالي أربع سنوات). يضمن هذا التصميم قابلية التنبؤ بإجمالي عرض البيتكوين وندرتها.

تحليل ربحية التعدين

من الممكن كسب الدخل من خلال التعدين، ولكن يتطلب فهمًا عميقًا للعملية وإدارة المخاطر وإجراء بحث شامل. يجب على المستثمرين توخي الحذر عند استثمار الأموال، والنظر في تكاليف الأجهزة، وتقلبات أسعار العملات المشفرة، واحتمالات تغيير البروتوكولات. يجب على المستخدمين اتخاذ تدابير لإدارة المخاطر وتقييم التكاليف والفوائد المحتملة للتعدين.

تعتمد ربحية التعدين على عدة عوامل، من بينها تغير أسعار العملات المشفرة الذي يعد أمراً حاسماً. عندما ترتفع الأسعار، تزداد القيمة القانونية لمكافآت التعدين. وعلى العكس، فإن انخفاض الأسعار يؤدي إلى تقليل الربحية.

كفاءة معدات التعدين هي العامل الرئيسي الذي يحدد العائدات. تكلفة الأجهزة عالية، ويجب على عمال المناجم الموازنة بين استثمار المعدات والعائد المحتمل. فاتورة الكهرباء هي متغير مهم آخر. يمكن أن تتجاوز فاتورة الكهرباء المرتفعة الدخل، مما يجعل التعدين غير مربح.

علاوة على ذلك، يحتاج معدات التعدين إلى تحديثات دورية لأنها تتقادم بسرعة. النماذج الجديدة أكثر قوة، وسيخسر عمال المناجم الذين ليس لديهم أموال كافية للترقية تنافسهم.

لا يمكن تجاهل التغيرات الكبيرة على مستوى البروتوكول. ستؤثر عملية تقليص مكافآت البيتكوين على عائدات التعدين، لأنها ستقلل مكافأة الكتلة إلى النصف. في بعض الحالات، قد يتم استبدال التعدين بآليات تحقق أخرى. على سبيل المثال، في سبتمبر 2022، انتقلت الإيثريوم من آلية إجماع PoW إلى Proof of Stake (PoS)، مما أنهى تمامًا أنشطة التعدين في الشبكة.

ملخص

تعدين العملات المشفرة هو عنصر أساسي في البيتكوين وسلاسل الكتل الأخرى التي تعتمد على إثبات العمل (PoW) ، حيث يشكل أساسًا لأمن هذه الشبكات وإصدار العملات المستقرة. لتعدين مزايا وعيوب. من الواضح أن الميزة الأكثر وضوحًا هي إمكانية الربح من مكافآت الكتل. ومع ذلك ، فإن عائدات التعدين تتأثر بعدة عوامل ، بما في ذلك تكاليف الكهرباء وظروف السوق.

إذا كنت مهتمًا بتعدين العملات المشفرة، يجب عليك إجراء بحث شخصي أولاً، وتقييم شامل للمخاطر والفرص المحتملة، والعمل وفق قدراتك، وتجنب الانجراف وراء الاتجاهات.