Cách thức hoạt động của việc khai thác tài sản kỹ thuật số: phân tích đầy đủ quy trình

Các khía cạnh chính của quá trình

Việc khai thác tiền điện tử là một hoạt động quan trọng trong hoạt động của các mạng phân tán. Quy trình này đồng thời giải quyết hai nhiệm vụ: duy trì tính toàn vẹn và an ninh của các giao dịch thông qua việc kiểm tra và tổ chức các hoạt động vào chuỗi khối, cũng như điều chỉnh việc phát hành các đơn vị tài sản mới vào lưu thông. Những người tham gia vào hoạt động này tiêu tốn nhiều tài nguyên tính toán, tuy nhiên, những chi phí này vẫn là một yếu tố cần thiết trong kiến trúc đồng thuận của các mạng. Việc hoàn thành thành công công việc sẽ được thưởng bằng phần thưởng tiền điện tử và phí giao dịch.

Bản chất của quá trình khai thác tiền điện tử

Hãy tưởng tượng một hệ thống ghi chép kỹ thuật số toàn cầu, trong đó ghi lại mọi khoản thanh toán bằng tiền điện tử. Đó chính là vai trò của blockchain. Khai thác đảm bảo rằng hệ thống này vẫn nguyên vẹn và được bảo vệ khỏi các thao tác.

Các thành viên trong mạng sử dụng thiết bị tính toán chuyên dụng để vượt qua các thử thách mật mã — về cơ bản, là tìm kiếm các tổ hợp số nhất định. Người đầu tiên tìm ra giải pháp đúng sẽ được quyền thêm mảng dữ liệu của mình vào sổ cái và nhận được tài sản kỹ thuật số như một phần thưởng.

Cơ chế này đảm bảo tính toàn vẹn của các hệ thống như Bitcoin. Trong quá trình này, các giao dịch của người dùng được kiểm tra và tích hợp vào sổ cái mở của chuỗi khối. Việc đào coin là một trong những công cụ chính của sự phân quyền trong mạng lưới Bitcoin, cho phép nó hoạt động mà không có cơ quan quản lý. Hơn nữa, quá trình này kiểm soát việc phát hành các tài sản mới. Mặc dù thoạt nhìn điều này giống như việc phát hành tiền, nhưng việc tạo ra tiền điện tử tuân theo một bộ quy tắc thuật toán nghiêm ngặt được tích hợp trong giao thức cơ bản. Những hạn chế này áp dụng cho toàn bộ kiến trúc phân tán và ngăn chặn việc tạo ra các đơn vị dư thừa.

Để tổng hợp các tài sản mới, các thành viên trong mạng thực hiện các phép toán toán học phức tạp. Người đầu tiên tìm ra giải pháp đúng sẽ thêm khối của mình vào chuỗi và nhận được phần thưởng tương ứng.

Cơ chế hoạt động của việc khai thác tiền điện tử

Tóm tắt quy trình

Bước 1: Tập trung thanh toán thành đơn vị dữ liệu

Khi người dùng gửi hoặc nhận tài sản kỹ thuật số, thanh toán của họ được kết hợp với các giao dịch đang chờ khác trong một cấu trúc được gọi là khối. Khối này cần được xác nhận bởi các thành viên trong mạng.

Bước 2: Giải quyết nhiệm vụ mật mã

Các thợ đào sử dụng các thiết bị tính toán để xác định một số đặc biệt (nonce). Kết hợp với nội dung của khối, số này phải cho ra một kết quả nằm dưới ngưỡng mục tiêu. Điều này giống như một trò chơi xổ số kỹ thuật số với một câu đố tích hợp.

Bước 3: Tích hợp vào chuỗi khối

Người tham gia đầu tiên giải quyết được bài toán sẽ có cơ hội thêm khối của mình vào chuỗi. Các nút còn lại kiểm tra tính hợp lệ của khối. Nếu việc kiểm tra thành công, khối sẽ trở thành một phần của sổ cái.

Bước 4: Khuyến khích người tham gia thành công

Người chiến thắng nhận phần thưởng dưới dạng các đơn vị mới của tài sản và phí được thu từ khối đã được bao gồm.

Phân tích chi tiết cơ chế

Tất cả các khoản thanh toán đến trước tiên sẽ vào khu vực bộ nhớ (mempool). Các nút kiểm tra phân tích tính hợp pháp của từng khoản thanh toán. Thợ đào sẽ phải lấy các giao dịch đang chờ và cấu trúc chúng thành các khối.

Khối có thể được coi là một trang trong sổ cái của chuỗi khối, nơi ghi lại nhiều giao dịch và dữ liệu khác. Nút khai thác thu thập các giao dịch chưa được xác nhận từ bộ nhớ và hình thành một ứng cử viên cho khối. Sau đó, người khai thác chuyển đổi ứng cử viên này thành khối được công nhận chính thức bằng cách giải một phương trình toán học phức tạp, yêu cầu một lượng lớn tính toán. Đối với mỗi khối được tạo ra thành công, người khai thác nhận được phần thưởng bao gồm các đơn vị tài sản mới và phí giao dịch.

Giai đoạn đầu tiên: Chuyển đổi thanh toán

Bước khởi đầu bao gồm việc nhận các khoản thanh toán từ bộ nhớ và truyền chúng liên tiếp qua hàm băm. Khi băm bất kỳ thông tin nào, một kết quả có độ dài cố định được tạo ra, gọi là băm. Trong bối cảnh khai thác, băm của mỗi khoản thanh toán là một chuỗi ký tự, phục vụ như một định danh duy nhất. Băm này bao gồm toàn bộ dữ liệu của khoản thanh toán.

Ngoài việc băm các khoản thanh toán riêng lẻ, thợ đào cũng tạo ra giao dịch riêng (coinbase), trong đó chuyển cho mình phần thưởng khối. Hoạt động này tạo ra tài sản mới. Truyền thống, giao dịch coinbase đứng ở vị trí đầu tiên trong khối, sau đó là các khoản thanh toán đang chờ.

Giai đoạn hai: Xây dựng cây băm

Sau khi mã hóa tất cả các khoản thanh toán, các băm của chúng được tổ chức thành một cấu trúc phân cấp (cây Merkle). Việc hình thành diễn ra bằng cách nhóm các băm thành các cặp, sau đó chúng lại được băm một lần nữa. Các băm mới lại được kết hợp và trải qua quá trình băm. Quá trình này lặp lại cho đến khi chỉ còn lại một băm tối thượng (băm gốc), chứa thông tin của tất cả các băm trước đó.

Giai đoạn ba: Phát hiện mã nhận dạng khối hợp lệ

Mã định danh (hesh khối) là một dấu hiệu duy nhất cho mỗi khối. Khi tạo ra một khối mới, người khai thác kết nối hesh từ khối trước với hesh tối cao của khối ứng cử viên của mình. Cũng có một giá trị tùy ý được đưa vào (nonce). Người khai thác kết hợp hesh tối cao, hesh của khối trước và giá trị nonce, sau đó băm tập hợp này. Thao tác này được lặp lại cho đến khi có được một hesh hợp lệ.

Giá trị băm tối cao và băm của khối trước không thể thay đổi, vì vậy thợ mỏ chỉ sửa đổi nonce cho đến khi tìm thấy kết quả. Kết quả đó phải không lớn hơn tham số mục tiêu, được xác định bởi giao thức. Khi khai thác trong mạng Bitcoin, giá trị băm của khối phải bắt đầu với một số lượng 0 nhất định ( chỉ số này được gọi là độ khó khai thác ).

Giai đoạn thứ tư: Phát tán khối vào mạng

Thợ mỏ thực hiện nhiều lần băm tiêu đề với các giá trị nonce khác nhau cho đến khi tìm thấy kết quả hợp lệ. Sau khi nhận được băm hợp lệ, thợ mỏ gửi khối đến toàn bộ mạng. Các nút khác kiểm tra tính hợp pháp của khối này. Nếu kiểm tra thành công, tất cả sẽ thêm nó vào phiên bản chuỗi của riêng họ. Tại thời điểm này, khối ứng cử viên trở thành được phê duyệt, và tất cả các thợ mỏ bắt đầu chu kỳ tiếp theo. Các thợ mỏ không kịp phát hiện kết quả hợp lệ sẽ bị loại bỏ khối ứng cử viên của họ và bắt đầu với cái mới.

Kịch bản khai thác đồng thời hai khối

Đôi khi hai thợ mỏ cùng lúc tìm thấy một khối hợp lệ, và trong mạng xuất hiện các phiên bản chuỗi cạnh tranh. Trong trường hợp này, các thành viên chuyển sang xử lý khối đến với họ sớm hơn. Điều này gây ra sự chia tách tạm thời của mạng thành hai kênh riêng biệt. Cạnh tranh được giải quyết khi khai thác khối tiếp theo, khối này được gắn vào một trong các nhánh. Chuỗi mới này trở thành ưu tiên. Phiên bản bị bỏ rơi được gọi là khối bị tách. Tất cả các thợ mỏ đã làm việc trên khối này chuyển sang phiên bản thắng và tiếp tục dựa trên nó.

Vai trò của độ khó trong bối cảnh khai thác

Độ khó được điều chỉnh liên tục bởi giao thức nhằm duy trì tốc độ ổn định của việc tạo ra các khối mới. Điều này đảm bảo việc phát hành dự đoán các tài sản mới vào lưu thông. Tham số thay đổi tùy thuộc vào hiệu suất tổng hợp của mạng (hashrate).

Khi các thợ đào bổ sung kết nối vào mạng và cạnh tranh gia tăng, tham số độ khó tăng lên, cảnh báo việc tăng tốc độ tạo ra các khối. Quá trình ngược lại: nếu các thợ đào rời khỏi mạng, độ khó giảm xuống, tạo điều kiện thuận lợi cho việc tạo ra các đơn vị mới trong chuỗi. Những cơ chế tự điều chỉnh như vậy giữ cho thời gian sản xuất khối đồng nhất bất kể tổng công suất tính toán của các thành viên.

Các phương pháp và cách tiếp cận để khai thác tài sản kỹ thuật số

Có nhiều phương pháp khác nhau để khai thác tiền điện tử. Thiết bị và các nguyên tắc thuật toán luôn được cải tiến. Thực tiễn tiêu chuẩn yêu cầu sử dụng các hệ thống tính toán chuyên dụng để vượt qua các phương trình mật mã.

Khai thác thông qua bộ xử lý trung tâm

Việc sử dụng (CPU) yêu cầu áp dụng một lõi máy tính tiêu chuẩn để băm trong các hệ thống Proof of Work. Ở những giai đoạn đầu của sự tồn tại của Bitcoin, chi phí và yêu cầu đối với người tham gia vẫn ở mức tối thiểu; một máy tính thông thường có thể xử lý độ khó hiện tại. Bất kỳ người dùng nào quan tâm đều có thể thử khai thác tài sản.

Khi số lượng thợ mỏ tăng lên, hiệu suất của mạng lưới gia tăng, thông số độ khó tăng lên, trong khi lợi nhuận giảm xuống. Sự xuất hiện của thiết bị chuyên dụng với hiệu suất vượt trội đã khiến việc khai thác bằng CPU trở nên không có lãi. Trong điều kiện hiện tại, cách tiếp cận này được coi là lỗ vốn, vì phần lớn người tham gia sử dụng các thiết bị chuyên nghiệp.

Khai thác bằng cách sử dụng card đồ họa

Các bộ xử lý video (GPU) được thiết kế để xử lý đồng thời nhiều thao tác. Mặc dù chúng quen thuộc trong bối cảnh trò chơi video và dựng hình đồ họa, nhưng chúng cũng được sử dụng trong khai thác. Card đồ họa có giá cả hợp lý và khác với thiết bị chuyên dụng, chúng thực hiện các nhiệm vụ đa dạng. GPU phù hợp cho việc khai thác các tài sản thay thế riêng lẻ, nhưng hiệu suất phụ thuộc vào thuật toán áp dụng và các thông số hiện tại.

Khai thác bằng cách sử dụng các vi mạch chuyên nghiệp

Vi mạch tích hợp chuyên nghiệp (ASIC) được thiết kế để thực hiện một chức năng cụ thể. Trong lĩnh vực tiền điện tử, thuật ngữ này chỉ thiết bị chuyên nghiệp để khai thác. Khai thác ASIC thể hiện hiệu suất cao, tuy nhiên yêu cầu vốn đầu tư đáng kể. Bởi vì ASIC đại diện cho công nghệ tiên tiến, chi phí của nó vượt xa so với bộ xử lý trung tâm và bộ xử lý đồ họa. Hơn nữa, sự lạc hậu nhanh chóng của các thế hệ trước yêu cầu cập nhật liên tục. Điều này làm cho khai thác ASIC trở thành một trong những phương pháp tốn kém nhất, nhưng đồng thời cũng là phương pháp hiệu quả nhất và có khả năng sinh lời cao khi mở rộng.

Kết hợp sức mạnh tính toán vào các nhóm

Vì phần thưởng chỉ được trao cho khối đầu tiên được tìm thấy, nên xác suất thành công cho một thợ đào riêng lẻ là cực kỳ nhỏ. Các thành viên với tài nguyên tính toán khiêm tốn gần như không có triển vọng tự phát hiện ra khối tiếp theo. Để giải quyết vấn đề này, các liên minh khai thác (pools) đã được tạo ra.

Các bể khai thác là những hợp tác xã của các thợ đào, kết hợp tiềm năng tính toán (hashrate) để tăng cơ hội phát hiện khối và nhận được phần thưởng. Khi bể khai thác tìm thấy khối thành công, các thành viên của nó sẽ chia sẻ phần thưởng theo tỷ lệ đóng góp tính toán của họ. Những tổ chức như vậy rất hấp dẫn đối với các thợ đào độc lập nhờ vào việc giảm chi phí cho thiết bị và điện. Tuy nhiên, sự thống trị của các bể lớn làm tăng nguy cơ tập trung mạng lưới và các cuộc tấn công có thể xảy ra.

Mô hình khai thác đám mây

Alternativa cho việc mua sắm thiết bị là thuê công suất tính toán từ nhà cung cấp đám mây. Điều này đơn giản hóa việc gia nhập vào lĩnh vực khai thác, tuy nhiên đi kèm với rủi ro lừa đảo và lợi nhuận thấp. Hãy chọn những nhà cung cấp có uy tín để giảm thiểu rủi ro.

Khai thác Bitcoin: đặc điểm và nguyên tắc

Bitcoin là tài sản kỹ thuật số nổi tiếng và đã được kiểm chứng theo thời gian. Việc khai thác của nó hoạt động dựa trên cơ chế đồng thuận Proof of Work (PoW). PoW là thuật toán được Satoshi Nakamoto đề xuất vào năm 2008 trong tài liệu gốc của Bitcoin. Cơ chế này xác định phương pháp đạt được sự đồng thuận giữa các bên phân tán mà không cần đến trung gian.

Các hành động thù địch bị khó khăn do yêu cầu về đầu tư đáng kể vào năng lượng điện và tiềm năng tính toán. Như đã đề cập, các khoản thanh toán đang chờ xử lý trong hệ thống PoW được cấu trúc bởi các thợ mỏ thành các khối, cạnh tranh trong việc giải quyết các câu đố thông qua thiết bị chuyên dụng. Người tham gia đầu tiên giải quyết được bài toán sẽ nhận được đặc quyền thêm khối của mình vào chuỗi. Khi được xác nhận bởi các nút kiểm tra, thợ mỏ sẽ nhận được tiền thưởng cho khối.

Kích thước phần thưởng hoạt động phụ thuộc vào đặc điểm của blockchain. Ví dụ, trong blockchain Bitcoin ( theo dữ liệu vào tháng 12 năm 2024 ), thợ mỏ nhận được 3,125 BTC cho mỗi khối được khai thác. Hệ thống Bitcoin bao gồm cơ chế halving, giảm kích thước phần thưởng một nửa sau mỗi 210.000 khối ( khoảng mỗi bốn năm ).

Tính kinh tế của việc khai thác tài sản kỹ thuật số

Kiếm tiền từ khai thác là có thể, nhưng đòi hỏi một cách tiếp cận hệ thống, phân tích rủi ro và nghiên cứu kỹ lưỡng. Cần có một chiến lược đầu tư hợp lý, xem xét chi phí thiết bị, sự biến động của tỷ giá và những thay đổi tiềm năng trong các giao thức. Các bên tham gia áp dụng các phương pháp giảm thiểu rủi ro và thực hiện tính toán về chi phí và lợi nhuận dự kiến.

Lợi nhuận được xác định bởi nhiều tham số. Yếu tố chính là động thái giá của tài sản. Khi giá tăng, giá trị fiat của phần thưởng cho thợ mỏ tăng lên. Khi giá giảm, tỷ suất lợi nhuận giảm tỷ lệ thuận.

Hiệu quả công nghệ của thiết bị ảnh hưởng đáng kể đến kinh tế khai thác. Máy móc có thể yêu cầu đầu tư lớn; những người khai thác cần phải so sánh chi phí lắp đặt với doanh thu thực tế. Chi phí năng lượng điện là một yếu tố quan trọng. Chi phí điện năng vượt mức có thể làm giảm lợi nhuận, khiến cho việc khai thác trở nên không có lợi.

Thiết bị yêu cầu nâng cấp định kỳ do sự lão hóa nhanh chóng về mặt lý thuyết. Các thế hệ mới có hiệu suất cao hơn; những thợ khai thác không có khả năng tài chính để nâng cấp các cơ sở sẽ mất tính cạnh tranh. Cũng cần xem xét khả năng xảy ra các thay đổi giao thức nghiêm trọng. Halving Bitcoin có thể làm giảm đáng kể sự hấp dẫn của việc khai thác. Hơn nữa, các blockchain riêng lẻ có thể chuyển sang các cơ chế xác thực thay thế. Vào năm 2022, Ethereum đã di chuyển từ PoW sang cơ chế Proof of Stake, hoàn toàn loại bỏ việc khai thác truyền thống.

Kết quả

Việc khai thác tiền điện tử là một thành phần thiết yếu của kiến trúc Bitcoin và các blockchain khác áp dụng đồng thuận PoW. Nó cung cấp bảo vệ cho các hệ thống này và điều chỉnh việc tạo ra các tài sản mới. Quy trình này có cả khía cạnh tích cực lẫn tiêu cực. Lợi thế chính là tiềm năng thu nhập từ phần thưởng. Tuy nhiên, khả năng sinh lời bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố: chi phí điện năng và động lực thị trường. Nếu bạn đang xem xét việc tham gia khai thác, hãy tiến hành phân tích thị trường và đánh giá toàn diện các rủi ro liên quan.

Tài liệu bổ sung

• Kiến trúc blockchain và các cơ chế hoạt động của nó
• Phương pháp và chiến lược khai thác tiền điện tử
• Staking như một cách kiếm tiền thay thế trong blockchain