Đào Bitcoin là gì?

Tổng hợp ý chính cần nhớ

• Đào bitcoin là quá trình tạo bitcoin mới bằng cách giải một thuật toán.
• Đào Bitcoin là quá trình cần thiết để có thể duy trì sổ cái của các giao dịch mà Bitcoin dựa trên.
• Các máy đào đã trở nên rất tinh vi trong những năm qua, với việc sử dụng máy móc phức tạp để tăng tốc hoạt động khai thác.
• Đào bitcoin đã và đang gây ra nhiều tranh cãi vì nó không được coi là thân thiện với môi trường.

Giống như vàng được khai thác từ trái đất bằng các dụng cụ và máy móc lớn, việc khai thác bitcoin cũng sử dụng các hệ thống lớn tương tự như các trung tâm dữ liệu. Các hệ thống này giải những thuật toán được tạo ra bởi thuật toán của Bitcoin để tạo các coin mới.

Bằng việc giải các bài toán có dùng máy tính, máy đào bitcoin cũng làm cho mạng lưới của tiền mã hóa trở nên đáng tin cậy bằng cách xác minh thông tin giao dịch của nó. Họ xác minh các giao dịch trị giá 1 megabyte (MB) — kích thước của một block. Các giao dịch này về mặt lý thuyết có thể nhỏ bằng một giao dịch nhưng thường là hàng nghìn giao dịch, tùy thuộc vào lượng dữ liệu mỗi giao dịch lưu trữ. Ý tưởng đằng sau việc xác minh thông tin giao dịch Bitcoin là để ngăn chặn gian lận lặp chi (double-spending). Với các loại tiền giấy, việc in tiền giả luôn là một vấn đề nan giải. Nhưng nhìn chung, khi bạn chi 20 USD tại cửa hàng, hóa đơn đó sẽ nằm trong tay nhân viên bán hàng. Tuy nhiên, với tiền kỹ thuật số thì nó lại là một câu chuyện khác.

Thông tin kỹ thuật số có thể được sao chép tương đối dễ dàng, vì vậy với Bitcoin và các loại tiền kỹ thuật số khác, tồn tại một rủi ro là người dùng có thể tạo một bản sao bitcoin của họ và gửi nó cho một bên khác trong khi vẫn giữ bản gốc.

Các giao dịch bitcoin được tập hợp thành các block, các block được thêm vào cơ sở dữ liệu gọi là blockchain. Các full node (nút đầy đủ) trong mạng của Bitcoin duy trì bản ghi của blockchain và xác minh các giao dịch xảy ra trên đó. Các máy đào bitcoin tải xuống toàn bộ lịch sử của blockchain và tập hợp các giao dịch hợp lệ thành một khối (block). Nếu khối của các giao dịch đã tập hợp được chấp nhận và xác minh bởi máy đào, máy đào đó sẽ nhận được phần thưởng khối.

Quan trọng: Bitcoin đã thực hiện Halving lần thứ 3 đối với phần thưởng khai thác — từ 12,5 xuống 6,25 —vào ngày 11 tháng 5 năm 2020.

Phần thưởng khối sẽ giảm một nửa sau mỗi 210.000 khối (hoặc khoảng 4 năm một lần). Năm 2009, con số này là 50. Năm 2013, phần thưởng giảm xuống còn 25 và năm 2016, con số này là 12,5. Trong sự kiện halving gần đây nhất của Bitcoin, phần thưởng đã được đổi thành 6,25.

Một động lực khác cho các máy đào bitcoin tham gia vào quá trình này là phí giao dịch. Ngoài phần thưởng, các máy đào cũng nhận được phí từ bất kỳ giao dịch nào được chứa trong khối đó. Khi Bitcoin đạt đến giới hạn dự kiến ​​là 21 triệu (dự kiến ​​vào khoảng năm 2140), các máy đào sẽ được thưởng phí xử lý các giao dịch mà người dùng mạng phải trả. Các khoản phí này đảm bảo rằng các máy đào vẫn có động lực để khai thác và giữ cho mạng lưới hoạt động. Ý tưởng là sự cạnh tranh về các khoản phí này sẽ khiến chúng giữ ở mức thấp sau khi các sự kiện halving kết thúc.

Thuật toán trong khai thác bitcoin là gì?

Trọng tâm của khai thác bitcoin là một thuật toán mà các máy đào phải giải để kiếm được phần thưởng bitcoin. Thuật toán được gọi là proof of work (PoW), một tham chiếu đến công việc tính toán được các máy đào sử dụng để khai thác bitcoin. Mặc dù thường được coi là phức tạp, nhưng thực sự thuật toán khai thác lại khá đơn giản và có thể được mô tả như việc phỏng đoán.

Các máy đào trong mạng lưới của Bitcoin cố gắng đưa ra một số thập lục phân gồm 64 chữ số, được gọi là hash (băm), nhỏ hơn hoặc bằng một hash mục tiêu trong SHA256 – thuật toán PoW của Bitcoin. Hệ thống của máy đào sử dụng brute force đáng kể dưới dạng nhiều đơn vị xử lý xếp chồng lên nhau và tạo ra các hash ở các tốc độ khác nhau — megahashes mỗi giây (MH/s), gigahashes mỗi giây (GH/s) hoặc terahashes mỗi giây (TH/s ) – phụ thuộc vào đơn vị, đoán tất cả các tổ hợp 64 chữ số tiềm năng cho đến khi tìm ra lời giải. Các hệ thống đoán một số nhỏ hơn hoặc bằng hash sẽ được thưởng bằng bitcoin.

Đây là một ví dụ để giải thích quá trình này. Giả sử bạn nhờ bạn bè đoán một số từ 1 đến 100 mà bạn đang nghĩ đến và viết ra một tờ giấy. Bạn bè của bạn không cần phải đoán con số chính xác; họ chỉ cần là người đầu tiên đoán một số nhỏ hơn hoặc bằng số của bạn.

Nếu bạn đang nghĩ đến số 19 và một người bạn đưa ra số 21, thì họ thua vì 21 lớn hơn 19. Nhưng nếu ai đó đoán 16 và một bạn khác đoán 18, thì người sau sẽ thắng vì 18 gần 19 hơn 16. Bằng cách nhìn đơn giải nhất, giải thuật toán trong khai thác bitcoin là tình huống tương tự được mô tả ở trên ngoại trừ các số thập lục phân gồm 64 chữ số và hàng nghìn hệ thống máy tính.

Độ khó khai thác là gì?

Một trong những thuật ngữ bạn thường gặp trong các tài liệu về khai thác bitcoin là mining difficulty (độ khó khai thác). Độ khó khai thác đề cập đến độ khó của việc giải thuật toán và tạo ra bitcoin. Độ khó khai thác ảnh hưởng đến tốc độ bitcoin được tạo ra.

Độ khó khai thác thay đổi sau mỗi 2016 block hoặc khoảng hai tuần một lần. Độ khó kế tiếp phụ thuộc vào mức độ hiệu quả của máy đào trong chu kỳ trước đó. Nó cũng bị ảnh hưởng bởi số lượng máy đào mới đã tham gia vào mạng lưới của Bitcoin vì nó làm tăng hash rate (tỷ lệ băm) hoặc số lượng hệ thống máy tính được triển khai để khai thác tiền mã hóa. Trong năm 2013 và 2014, khi giá bitcoin tăng, nhiều máy đào tham gia vào mạng lưới và thời gian trung bình để khám phá một khối giao dịch giảm từ 10 phút xuống còn 9 phút.

Nhưng điều ngược lại cũng có thể đúng. Nghĩa là, càng có nhiều máy đào cạnh tranh để tìm ra lời giải, thì vấn đề sẽ càng trở nên khó khăn hơn. Nếu hệ thống máy tính bị ngắt khỏi mạng, thì độ khó sẽ điều chỉnh xuống để giúp khai thác dễ dàng hơn.

Độ khó khai thác vào tháng 3 năm 2022 là 27.55 nghìn tỷ. Có nghĩa là, cơ hội để một máy tính tạo ra một hash thấp hơn mục tiêu là 1 trên 27,55 nghìn tỷ. Nói cách khác, khả năng bạn trúng giải độc đắc chỉ với một tờ vé số cao hơn khoảng 91,655 lần so với khả năng bạn chọn đúng hash trong một lần thử.

Tính kinh tế của khai thác Bitcoin là gì?

Gần đây, khai thác bitcoin trở thành một loại hình kinh doanh mạo hiểm. Lợi nhuận thu được từ đầu ra của bitcoin phụ thuộc vào khoản đầu tư được thực hiện đối với đầu vào của nó.

Có ba chi phí chính của việc khai thác bitcoin:

• Điện: Đây là nguồn năng lượng vận hành hệ thống khai thác 24/7. Nó có thể dẫn đến một hóa đơn tiền điện đáng kể. Khi bạn xem quá trình tiêu thụ điện năng của khai thác Bitcoin nhiều như lượng điện của một số quốc gia nhất định tiêu thụ, thì chi phí có thể tính ra là khá lớn.
• Hệ thống khai thác: Trái ngược với câu chuyện phổ biến, máy tính để bàn và hệ thống gaming thông thường không phù hợp hoặc không hiệu quả để khai thác bitcoin. Quá trình này có thể làm nóng các hệ thống như vậy và gây ra các vấn đề về băng thông trong mạng gia đình. Các hệ thống chip tích hợp chuyên dụng (ASIC) – loại máy móc được thiết kế riêng dành cho việc khai thác bitcoin, là khoản đầu tư về cơ sở hạ tầng chính đối với các máy đào bitcoin. Phạm vi giá cho những chiếc máy như vậy có thể dao động từ 4000 đến 12000 USD. Ngay cả với chi phí cao như vậy, một hệ thống được trang bị ASIC chỉ tạo ra ít hơn một bitcoin. Các máy đào Bitcoin tổ chức hàng nghìn hệ thống ASIC thành các nhóm khai thác vận hành 24/7 nhằm tạo ra số thập lục phân gồm 64 chữ số cần thiết để giải một thuật toán hash.
• Cơ sở hạ tầng mạng: Tốc độ mạng không tạo ra sự khác biệt rõ rệt cho quá trình khai thác bitcoin. Tuy nhiên, điều quan trọng là phải có kết nối Internet hoạt động 24/7 mà không bị gián đoạn. Kết nối cũng phải có độ trễ từ các nhóm khai thác gần đó. Các mạng chuyên dụng làm giảm sự phụ thuộc bên ngoài và đảm bảo rằng độ trễ được giảm đến mức tối thiểu. Chuyển sang chế độ offline không nhất thiết phải dừng quá trình đồng bộ hóa các giao dịch. Nhưng có thể khiến quá trình mất thời gian và dễ xảy ra lỗi khi kết nối trở lại.

Tổng chi phí của ba đầu vào này phải nhỏ hơn đầu ra (tức là giá bitcoin) để các máy đào thu được lợi nhuận từ hoạt động kinh doanh của mình. Xem xét giá bitcoin tăng chóng mặt, ý tưởng tự khai thác tiền mã hóa nghe có vẻ là một đề xuất hấp dẫn.

Tuy nhiên, bất chấp những người ủng hộ Bitcoin nói gì, thì khai thác tiền mã hóa không phải là một loại thú vui. Đó là một hình thức kinh doanh tốn kém với khả năng thất bại cao. Như đã minh họa trong phần độ khó khai thác, không có gì đảm bảo rằng bạn sẽ kiếm được phần thưởng bitcoin ngay cả khi đã bỏ ra chi phí và nỗ lực đáng kể. Tổng hợp các hệ thống khai thác để điều hành một doanh nghiệp nhỏ khai thác bitcoin có thể đưa ra một lối thoát. Tuy nhiên, ngay cả những doanh nghiệp như vậy cũng phải chịu ảnh hưởng của giá cả tiền mã hóa biến động. Nếu giá của tiền mã hóa lao dốc như năm 2018, thì việc vận hành các hệ thống khai thác bitcoin sẽ không mang lại lợi nhuận và các công ty khai thác nhỏ sẽ buộc phải phá sản. Lượng bitcoin được thưởng cho máy đào giảm dần cứ 4 năm một lần khiến hoạt động khai thác càng trở nên kém hấp dẫn hơn.

Vì khó khăn đáng kể tồn tại trong tính kinh tế của việc khai thác bitcoin, nên hoạt động này hiện đang bị chi phối bởi các công ty khai thác lớn có hoạt động trải dài trên nhiều lục địa. AntPool – công ty khai thác bitcoin lớn nhất thế giới – điều hành các nhóm khai thác ở nhiều quốc gia. Nhiều công ty khai thác bitcoin cũng đã niêm yết cổ phiếu, mặc dù định giá của họ tương đối khiêm tốn.

Quá trình khai thác bitcoin tiêu thụ lượng điện lớn như thế nào?

Trong phần lớn lịch sử ngắn ngủi của Bitcoin, quá trình khai thác vẫn là một quá trình tiêu tốn nhiều năng lượng. Trong thập kỷ sau khi ra mắt, hoạt động khai thác bitcoin tập trung ở Trung Quốc, một quốc gia phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch như than để sản xuất phần lớn điện năng. Không có gì ngạc nhiên khi chi phí năng lượng khổng lồ của hoạt động khai thác bitcoin đã thu hút sự chú ý của các nhà hoạt động biến đổi khí hậu, những người cho rằng hoạt động này là nguyên nhân làm tăng lượng khí thải. Theo một số ước tính, quá trình khai thác tiền mã hóa tiêu thụ nhiều điện năng bằng toàn bộ một số quốc gia. Nhưng những người ủng hộ bitcoin đã đưa ra các nghiên cứu khẳng định rằng tiền mã hóa được tạo ra từ nguồn năng lượng tái tạo.

Một điều cần lưu ý về những nghiên cứu này là chúng dựa trên các phỏng đoán và dữ liệu tự báo cáo từ các nhóm khai thác. Ví dụ: một báo cáo của Coinshares từ năm 2019 đưa ra một số giả định liên quan đến nguồn năng lượng cho các máy đào được bao gồm trong đánh giá của họ về hệ sinh thái khai thác bitcoin.

Lịch sử khai thác Bitcoin

Hai sự phát triển đã góp phần vào sự tiến hóa và kết cấu của khai thác bitcoin như ngày nay. Đầu tiên là sản xuất các máy khai thác thiết kế riêng cho bitcoin. Bởi vì khai thác bitcoin về cơ bản là phỏng đoán, việc cho ra đáp án phù hợp nhanh hơn các máy đào khác hầu như chỉ liên quan đến tốc độ máy tính có thể tạo ra các hash. Vào thời kỳ đầu của Bitcoin, máy tính để bàn với CPU thông thường đã thống trị hoạt động khai thác bitcoin. Nhưng các máy tính này bắt đầu tiêu tốn nhiều thời gian để khám phá các giao dịch trên mạng lưới của tiền mã hóa, khi độ khó thuật toán tăng lên theo thời gian. Theo một số ước tính, sẽ phải mất “trung bình vài trăm nghìn năm” sử dụng CPU để tìm một khối hợp lệ, ở độ khó của đầu năm 2015.

Theo thời gian, mọi người nhận ra rằng card đồ họa, còn được gọi là đơn vị xử lý đồ họa (GPU), khai thác hiệu quả và nhanh hơn. Nhưng chúng tiêu thụ rất nhiều năng lượng cho các hệ thống phần cứng riêng lẻ, điều này không thực sự cần thiết để khai thác tiền mã hóa. Field-programmable gate arrays (FPGA) (một loại mạch tích hợp cỡ lớn dùng cấu trúc mảng phần tử logic mà người dùng có thể lập trình được), một loại GPU, là một cải tiến nhưng chúng mắc phải những nhược điểm tương tự như GPU.

Ngày nay, các máy đào sử dụng các máy khai thác tùy chỉnh, được gọi là máy khai thác ASIC, được trang bị các chip chuyên dụng để khai thác bitcoin nhanh và hiệu quả hơn. Chúng có giá từ vài trăm đến hàng chục nghìn USD. Ngày nay, việc khai thác bitcoin mang tính cạnh tranh cao đến mức nó chỉ mang lại lợi nhuận khi được thực hiện bởi các ASIC hiện đại nhất. Khi sử dụng máy tính để bàn, GPU hoặc các mẫu ASIC cũ hơn, chi phí tiêu thụ năng lượng thực sự vượt quá doanh thu được tạo ra. Ngay cả với đơn vị mới nhất theo ý của bạn, thì một máy tính hiếm khi đủ sức để cạnh tranh với các nhóm khai thác — các nhóm máy đào kết hợp sức mạnh hệ thống máy tính với nhau và chia số bitcoin được khai thác giữa họ.

Các bitcoin fork cũng ảnh hưởng đến cấu trúc của mạng lưới khai thác bitcoin. Giữa tỷ lệ cược 1 trong 16 nghìn tỷ, độ khó tăng lên và mạng lưới khổng lồ của người dùng xác minh giao dịch, một khối giao dịch được xác minh khoảng 10 phút một lần. Nhưng điều quan trọng cần nhớ: 10 phút là một mục tiêu, không phải quy tắc.

Mạng Bitcoin hiện chỉ có thể xử lý dưới 4 giao dịch mỗi giây, với các giao dịch được ghi vào blockchain cứ sau 10 phút.Trong khi đó, Visa có thể xử lý khoảng 65.000 giao dịch mỗi giây. Tuy nhiên, khi mạng lưới người dùng Bitcoin tiếp tục phát triển, số lượng giao dịch được thực hiện trong 10 phút cuối cùng sẽ vượt quá số lượng giao dịch có thể được xử lý trong 10 phút. Tại thời điểm đó, thời gian chờ đợi cho các giao dịch sẽ bắt đầu và tiếp tục lâu hơn, trừ khi giao thức Bitcoin được thay đổi.

Vấn đề trọng tâm này của giao thức Bitcoin được gọi là scaling (mở rộng quy mô). Mặc dù các máy đào bitcoin thường đồng ý rằng phải làm gì đó để giải quyết vấn đề scaling, nhưng có ít sự đồng thuận về cách thực hiện. Đã có hai giải pháp chính được đề xuất để giải quyết vấn đề scaling. Các nhà phát triển đã đề xuất tạo một lớp Bitcoin “off-chain” thứ cấp cho phép các giao dịch nhanh hơn có thể được blockchain xác minh sau này hoặc tăng số lượng giao dịch mà mỗi khối có thể lưu trữ. Với ít dữ liệu hơn để xác minh trên mỗi khối, giải pháp đầu tiên sẽ giúp các giao dịch nhanh hơn và rẻ hơn đối với các máy đào. Phương pháp thứ hai sẽ giải quyết vấn đề scaling bằng cách cho phép xử lý nhiều thông tin hơn trong mỗi 10 phút bằng cách tăng kích thước khối.

Vào tháng 7 năm 2017, những máy đào bitcoin và các công ty khai thác đại diện cho khoảng 80% đến 90% mạng lưới máy tính đã bỏ phiếu để áp dụng một chương trình giúp giảm lượng dữ liệu cần thiết để xác minh mỗi khối.

Chương trình mà các máy đào đã bỏ phiếu để thêm vào giao thức Bitcoin được gọi là segregated witness, hoặc SegWit. Thuật ngữ này là sự kết hợp của segregated và witness, đề cập đến các chữ ký trên một giao dịch Bitcoin. Khi đó, SegWit có nghĩa là tách các chữ ký giao dịch khỏi một khối và đính kèm chúng dưới dạng một khối mở rộng. Mặc dù việc thêm một chương trình vào giao thức Bitcoin có vẻ không giống một giải pháp, nhưng dữ liệu chữ ký đã được ước tính chiếm tới 65% dữ liệu được xử lý trong mỗi khối giao dịch.

Chưa đầy một tháng sau, vào tháng 8 năm 2017, một nhóm máy đào và nhà phát triển đã khởi xướng một đợt hard fork (hiện tượng phân tách blockchain do sự thay đổi giao thức và chức năng trong phiên bản mới, không còn tương thích với phiên bản cũ), rời mạng Bitcoin để tạo ra một loại tiền mã hóa mới sử dụng cùng một codebase như Bitcoin. Mặc dù nhóm này đồng ý về sự cần thiết của một giải pháp đối với scaling, nhưng họ lo lắng rằng việc áp dụng công nghệ SegWit sẽ không giải quyết triệt để vấn đề scaling.

Thay vào đó, họ sử dụng giải pháp thứ hai là tăng số lượng giao dịch mà mỗi khối có thể lưu trữ. Loại tiền mã hóa kết quả, được gọi là Bitcoin Cash, đã tăng kích thước khối lên 8MB để đẩy nhanh quá trình xác minh nhằm cho phép thực hiện khoảng 2 triệu giao dịch mỗi ngày.

Kết luận

Khai thác bitcoin là một quá trình tiêu tốn nhiều năng lượng với các hệ thống khai thác được tùy chỉnh cạnh tranh để giải các thuật toán. Máy đào giải được thuật toán trước tiên sẽ nhận bitcoin như một phần thưởng. Quá trình khai thác bitcoin cũng xác nhận các giao dịch trên mạng của tiền mã hóa và khiến chúng trở nên đáng tin cậy.

Mặc dù các công ty khai thác riêng lẻ sử dụng hệ thống máy tính để bàn đã đóng một vai trò quan trọng trong thời kỳ đầu của tiền mã hóa, nhưng ngày nay hệ sinh thái khai thác bitcoin bị chi phối bởi các công ty khai thác lớn điều hành những nhóm khai thác trải rộng trên nhiều khu vực địa lý. Việc khai thác bitcoin cũng gây tranh cãi vì nó sử dụng lượng năng lượng khổng lồ. Với nhận thức ngày càng cao về biến đổi khí hậu, một số máy đào đã chuyển hoạt động khai thác sang các khu vực sử dụng nguồn năng lượng tái tạo để sản xuất điện.