دستگاه بیت‌کوین ماینینگ چگونه کار می‌کند؟

بیت‌کوین‌کاوی یا بیت‌کوین ماینینگ در حال حاضر به یکی از روش‌های محبوب کسب درآمد برای برخی از افراد تبدیل‌شده است. برای بیت‌کوین ماینینگ می‌توان از دو ابزار متفاوت استفاده کرد. کامپیوتر و دستگاه‌های بیت‌کوین ماینینگ.

ما در این مقاله قصد داریم به این ساختار این دستگاه‌های بیت‌کوین ماینینگ، نحوه عملکرد آن‌ها و میزان سود تولیدی از این دستگاه‌ها بپردازیم.

بیت‌کوین ماینینگ چیست؟

خود بیت‌کوین ماینینگ یا همان استخراج بیت‌کوین ارتباط چندانی با معنایی که از ظاهر آن برمی‌آید، ندارد. بیت‌کوین چیزی نیست که استخراج بشود. در‌ واقع بیت‌کوین وجود فیزیکی یا نرم‌افزاری ندارد که بتوان آن را استخراج کرد.

بیت‌کوین ماینینگ فرآیندی است که در طی آن شما با استفاده دستگاه ماینینگ و یا کامپیوتر تعدادی از تراکنش‌های مورد درخواست در شبکه بیت‌کوین را کنار هم جمع می‌کنید، تایید می‌کنید و آن‌ها را به بلاک‌چین متصل می‌کنید.

شبکه بیت‌کوین هم در ازای این کار تعدادی بیت‌کوین به‌عنوان پاداش به شما می‌دهد. این پاداش در ابتدای روزهای تولد بیت‌کوین یعنی اواخر سال ۲۰۰۹، ۵۰ بیت‌کوین بود که هر چهار سال یک‌بار نصف شد و در حال حاضر ۱۲.۵ بیت‌کوین است. در ماه سوم یا چهارم سال ۲۰۲۰ نیز این پاداش دوباره نصف خواهد شد و به ۶.۲۵ بیت‌کوین خواهد رسید.

دستگاه بیت‌کوین ماینینگ Antminer S11 با ظرفیت 19TH/s ساخته شرکت Bitmain

علاوه بر این، کسانی که می‌خواهند با استفاده از بیت‌کوین پولی را کسی منتقل کنند، همراه با درخواست تراکنش مقداری بیت‌کوین هم به‌عنوان هزینه تراکنش اضافه می‌کنند. دستگاه یا فرد ماینر (Miner) یا استخراج‌کننده هم در ازای تایید این تراکنش، این هزینه‌های تراکنش را که از تراکنش‌هایی تاییدی‌اش از به دست می‌آیند، دریافت می‌کند.

این دو عدد یعنی پاداش شبکه و هزینه تایید تراکنش، کل دریافتی است که یک فرد یا گروه بیت‌کوین ماینینگ دریافت می‌کنند. برای اینکه قضیه روشن‌تر شود، بگذارید کمی عقب برگردیم و دقیقا توضیح دهیم که در فرآیند ماینینگ چه اتفاقی می‌افتد.

وقتی تراکنش بیت‌کوینی انجام دهید

فرض کنید شخص الف می‌خواهد ۱۰۰ بیت‌کوین به شخص ب پرداخت کند. او در کیف پول دیجیتال خود این صد بیت‌کوین را با استفاده از کلید خصوصی خود امضا می‌کند و سپس همراه با آدرس کیف پول دیجیتال شخص ب که همان یکی از کلید‌های عمومی کیف پول دیجیتال شخص ب است، درخواستش را به شبکه بیت‌کوین می‌فرستد.

شبکه بیت‌کوین هم متشکل از کامپیوترها و دستگاه‌های بیت‌کوین ماینینگ یا اصطلاحا نودها (Node) است. در این شبکه، کامپیوترها هم کار ذخیره‌سازی بلوک‌هایی را که تولید و به بلاک‌چین متصل می‌شود، به عهده دارند و هم می‌توانند خود فرآیند تایید تراکنش‌ها را انجام دهند.

دستگاه بیت‌کوین ماینینگ Antminer S9J با ظرفیت 14TH/s ساخته شرکت Bitmain

کامپیوترهای این شبکه ابتدا با بررسی امضای دیجیتال فرد الف و تطبیق دادن آن با کلید عمومی یا همان آدرس کیف پول دیجیتال فرد الف، ابتدا تایید می‌کنند که این ۱۰۰ بیت‌کوین متعلق به فرد الف است. سپس بررسی می‌کنند که این پول به فرد دیگری ارسال نشده است.

زیرا فرد الف ممکن است همان درخواست را که با همان امضا قبلا به فرد ج فرستاده است، دوباره به فرد ب بفرستد. یکی از کارهای کامپیوترهای بیت‌کوین ماینینگ این است که بررسی کنند که آیا این امضا قبلا در بلاک‌چین ذخیره‌شده است یا نه.

اگر این امضا قبلا ذخیره‌شده باشد، تراکنش تقلب به‌حساب می‌آید و تایید نمی‌شود.

اگر همه‌چیز درست باشد، تراکنش در شبکه بیت‌کوین پخش می‌شود تا با روش اثبات کار (Proof of Work or PoW) تایید نهایی و به بلاک‌چین متصل شود.

این فرآیند بررسی درستی درخواست تراکنش را هرکدام از نودهای شبکه یا کامپیوترهای متصل به شبکه نیز می‌توانند انجام دهند؛ اما انجام این کار مستلزم این است که آن‌ها کل بلاک‌چین یا بخش‌هایی از آن را قبلا ذخیره کرده باشند.

اما ازآنجایی‌که حجم فایل بلاک‌چین بسیار زیاد است (۲۰۰ گیگابایت برای بیت‌کوین) در نتیجه همه نودها آن را مستقل ذخیره نمی‌کنند. بلکه خود را به یک استخر بیت‌کوین ماینینگ (Bitcoin Mining Pool) متصل می‌کنند. در این استخر وقتی کامپیوتر مرکزی، درستی یک امضا را تایید کرد، آن را برای تایید نهایی در اختیار کامپیوترها یا دستگاه‌های تحت کنترل خود قرار می‌دهد.

اثبات کار برای بیت‌کوین ماینینگ

سخت‌ترین، زمان‌برترین و انرژی‌برترین بخش بیت‌کوین ماینینگ همین فرآیند اثبات کار است.

در این فرآیند دستگاه‌ها یا کامپیوترهای بیت‌کوین ماینینگ، تراکنش‌های قابل‌قبولی را که از ده دقیقه پیش در شبکه پخش‌شده ولی تایید نشده‌اند، روی هم جمع می‌کنند. تجمیع این تراکنش‌ها روی هم به رشته‌ای از اطلاعات یا اصطلاحاً یک بلوک (Block) منجر می‌شود. سپس تلاش می‌کنند آن را به یک بلاک متعبر تبدیل کنند یا تراکنش‌هایی را به آن اضافه یا کم کنند که بتوانند بلوک معتبری بسازند.

بلاک معتبر بلاکی است که بتواند شرایطی را که شبکه به‌طور خودکار تعیین می‌کند داشته باشد.

سپس ماینرها این اطلاعات را به یک تابع درهم‌سازی یا تابع هش (Hash) به نام SHA-256 می‌دهند.

این تابع مستقل از اینکه مقدار اطلاعات ورودی چقدر است و چیست، یک رشته ۳۲ کاراکتری از اعداد و حروف متناسب با ورودی را تولید می‌کند.

در حال حاضر شرط معتبر بودن یک بلاک که می‌تواند به بلاک‌چین متصل شود این است که این خروجی تابع هش، حداقل ۱۴ صفر در ابتدای خود داشته باشد.

دستگاه بیت‌کوین ماینینگ Tardis با ظرفیت 80TH/s ساخته شرکت Bitfury

ازآنجایی‌که تابع SHA-256 یک تابع نیمه‌تصادفی (pseudorandom) است، به‌هیچ‌وجه نمی‌توان با توجه به این خروجی مطلوب، ورودی را طوری تغییر داد که حداقل ۱۴ صفر در ابتدا خود داشته باشد.

تنها کاری که می‌توان انجام داد این است که مثلا چیدمان اطلاعات در بلوک را تغییر دهیم، یا داده‌های بی‌معنی به آن اضافه کنیم تا شاید به یک خروجی مطلوب با ۱۴ صفر در ابتدایش برسیم؛ یعنی فقط می‌توانیم حالت ورودی گوناگون را حدس بزنیم بلکه یکی از آن‌ها به خروجی مطلوب برسد.

ازآنجایی‌که این حدس‌ها حالات بسیار زیادی می‌توانند داشته باشند، برای یافتن یک بلوک درست، شاید میلیارد‌ها یا صدها میلیارد حدس گوناگون لازم است. یک بلوک درست همچنین شامل برخی از داده‌های بلوک پیشین نیز است. وقتی یک بلوک تایید شد و همه نودهای شبکه توافق کردند که این بلاک درست است، همه آن‌ها این بلوک جدید را به بلاک‌چین بیت‌کوین که هرکدام یک نسخه از آن را دارند، متصل می‌کنند.

سختی اثبات کار

اثبات کار در فرآیند بیت‌کوین ماینینگ دقیقا همین است؛ یعنی هر دستگاه ماینر هر بار اطلاعات تراکنش‌های ده دقیقه قبل را که حدود یک مگابایت حجم دارد دانلود می‌کند، آن را وارد همین تابع هش SHA-256 می‌کند. خروجی را چک می‌کند و اگر خروجی شرط لازم را داشت، به‌عنوان یک بلوک قابل‌قبول پذیرفته می‌شود. سپس آن بلوک را به بقیه نودها می‌فرستد که آن‌ها نیز درستی آن را بررسی کنند.

شبکه بیت‌کوین طوری تنظیم‌شده است که نودها بتوانند در هر ۱۰ دقیقه یک بلوک معتبر بسازند و به بلاک‌چین متصل کنند. اگر برای افزایش سرعت تایید بلوک‌ها ما میزان توان پردازشی کل شبکه (سرعت حدس زدن دستگاه‌ها) را زیاد کنیم، شبکه متوجه می‌شود که مدت‌زمان تایید بلوک به زیر ده دقیقه کاهش‌یافته است. در نتیجه به‌صورت خودکار میزان سختی بیت‌کوین ماینینگ (Bitcoin Mining Difficulty) را افزایش می‌دهد تا دوباره مدت‌زمان تولید بلوک‌ها به ده دقیقه برسد.

اگر هم توان پردازشی شبکه کمتر شود و زمان تولید بلوک ها بیشتر از ۱۰ دقیقه شود، سیستم به صورت خودکار سختی کار را پایین می‌آورد.

مدار الکترونیکی دستگاه Antminer S4

افزایش سختی هم یعنی سخت کردن شرایط معتبر بودن یک بلوک. برای مثال اگر امروز این‌گونه تنظیم‌شده است که بلوک معتبر باید رشته هش خروجی با ۱۴ صفر در ابتدا داشته باشد، برای افزایش سختی، این شرط به ۱۵ صفر در ابتدا رشته خروجی افزایش می‌یابد.

اگر هم‌زمان دو دستگاه در شبکه به ترکیب‌های متفاوتی دست یابند که خروجی معتبری را تولید کند، خروجی پذیرفته خواهد شد که تعداد صفرهای بیشتری دارد.

البته چند شرط دیگر نیز برای تایید وجود دارند که مشخص می‌کند کدام پذیرفته شود و کدام نه. در ضمن احتمال اینکه دو دستگاه دقیقا در یک‌لحظه به نتیجه یکسانی برسند و گزارش ساخت بلاک معتبر هم‌زمان در شبکه توزیع شود و به همه نودها هم‌زمان برسد، بسیار کم است.

بیت‌کوین ماینینگ با کارت‌ها گرافیکی

در روزهای ابتدایی بیت‌کوین این عملیات ماینینگ با استفاده از سی‌پی‌یو کامپیوترها انجام می‌گرفت. بیت‌کوین ماینرها بعدها متوجه شدند که این کار با استفاده از پردازنده گرافیکی بسیار بهینه‌تر است.

معمولا کارت‌های گرافیکی بر مبنای AMD این کار را بهتر انجام می‌دادند. البته امروز کارت‌های گرافیکی مبتنی بر Nvidia هم وجود دارد که مخصوص ماینینگ ارزهای دیجیتال ساخته شده‌اند.

مشکل کارت گرافیک و سی‌پی‌یو این بود که این تجهیزات برای کار ماینینگ به‌صرفه نبودند. یک کارت گرافیک و یا سی‌پی‌یو برای اینکه بتواند روی کامپیوتر کار کند باید انعطاف‌پذیر ساخته شود و بتواند چندین کار مختلف را انجام دهد؛ یعنی باید کلی قطعات و قابلیت‌های گوناگون داشته باشد.

تراشه ASIC بیت‌کوین ماینینگ شرکت Bitfury

عملیات ماینینگ که در اصل حدس زدن یک رشته جدید و وارد کردن آن در تابع هش است، عملیات پردازشی بسیار ساده‌ای است که نیازمند توان پردازشی و حتی رم بالایی هم نیست. چند مگابایت رم برای کار کافی است.

وقتی شما بخواهید چند مادربرد، سی‌پی‌یو و کارت گرافیک برای بیت‌کوین ماینینگ بخرید، شما بابت توانایی‌هایی مختلف این‌ قطعات پول پرداخت کرده‌اید و این در حالتی است که شما قرار است با آن فقط یک کار خیلی خاص و ساده بکنید.

یعنی شما برای قابلیت‌هایی پول می‌دهید که استفاده نخواهد کرد. مشخص است که این کار خیلی بهینه نیست.

بیت‌کوین ماینینگ با ASIC

برای رفع این مشکل غیر بهینه بودن، تراشه‌های مخصوص بیت‌کوین ماینینگ ساخته شد که فقط و فقط می‌توانستند یک کار خاص بکنند؛ یعنی ورودی‌های مختلف را حدس بزنند، روی آن تابع هش را اجرا کنند، خروجی را بررسی کنند و اگر شروط موردنیاز را نداشت، دوباره این کار را انجام دهند.

این تراشه‌های مخصوص در ابتدا بر پایه فناوری FPGA ساخته شدند. خود FPGA حدی از انعطاف‌پذیری را دارد و به همین دلیل برای توسعه قطعاتی که قرار نیست تولید انبوه شوند و درعین‌حال باید سریع باشند استفاده می‌شود.

اما وقتی تولید قطعات بیت‌کوین ماینینگ آرام‌آرام به یک صنعت بزرگ تبدیل شد، شرکت‌های تولیدکننده این دستگاه‌ها، به‌جای تکیه‌بر FPGA ها که باز هم به دلیل همان انعطاف‌پذیری گران‌تر بودند و آن‌قدرها هم نمی‌توانستند سریع باشند، خودشان شروع به تولید چیپ‌های مخصوص تک‌کاره یا Application Specific Integrated Chip یا همان ASIC کردند.

تراشه‌های ASIC ماینینگ بیت‌کوین در دستگاه‌ Antminer S1

بسیاری از قطعاتی که در تجهیزات الکترونیکی وجود دارد یک نوع ASIC هستند؛ مثلا آی‌سی پاور (Power IC) یا کنترل‌کننده میزان شارژ باتری روی گوشی‌ها و لپ‌تاپ‌ها همه یک نوع ASIC هستند. برخی دیجیتال و برخی آنالوگ‌اند. خود سی‌پی‌یو هم نوعی ASIC است.

دستگاه‌های بیت‌کوین ماینینگ همه متشکل از ده‌ها یا شاید صدها تراشه ASIC برای بیت‌کوین ماینینگ همراه با یک برد کنترلی ضعیف و کوچک مثل برد رزبری‌پای (Raspberry Pi) برای کنترل دستگاه هستند.

این دستگاه‌ها فقط چند ورودی برای متصل کردن منبع تغذیه و یک ورودی شبکه برای متصل کردن آن‌ها به اینترنت دارند.

کنترل آن نیز با استفاده از یک واسط کاربری بر پایه وب انجام می‌گیرد. دقیقا مثل کنترل یک مودم که شما آی‌پی مودم را در مرورگر وارد می‌کنید، صفحه‌ای باز می‌شود و با ورود به آن می‌تواند آن را کنترل کنید.

پس از اتصال یک دستگاه ماینر به شبکه نیز باید آی‌پی آن را در مرورگر خود وارد کنید تا وارد صفحه آن شوید و آن را کنترل کنید.

اطلاعاتی که باید برای استفاده از یک ماینر وارد کنید آدرس استخر ماینینگ یا کامپیوتر مرکزی و نام کاربری و پسورد این استخر است.

دستگاه‌های بیت‌کوین ماینینگ نمی‌توانند مستقل کار کنند

دستگاه‌های ماینینگ نمی‌توانند مستقل کار کنند؛ زیرا آن‌ها فضای ذخیره‌سازی کوچکی دارند و رم کمی‌ هم دارند. وقتی شما بخواهید با استفاده چند کامپیوتر بیت‌کوین ماینینگ کنید، معمولا یک کامپیوتر را به‌عنوان نود اصلی در نظر می‌گیرید.

این نود اصلی وظیفه ذخیره بلاک‌چین آن ارز خاص، به‌روزرسانی بلاک‌چین و توزیع بلاک‌های تولیدشده در شبکه را به عهده دارد. بقیه نودها کارشان فقط حدس زدن ورودی و اعمال تابع هش روی آن است.

یعنی شما روی یک کامپیوتر هارد، رم و سی‌پی‌یوی خوب لازم دارید و بقیه کامپیوترها فقط کافی است مقدار کمی فضای ذخیره‌سازی، مقدار کمی رم و چندین کارت گرافیک داشته باشند.

دستگاه‌های سری Antminer درون روغن معدنی (Mineral oil) برای خنک‌سازی

چنین قضیه‌ای در مورد دستگاه‌های ماینینگ درست است. کسانی که با این دستگاه‌ها کار بیت‌کوین ماینینگ انجام می‌دهند، یا باید یک کامپیوتر مرکزی برای همین کارها داشته باشند و حدس زدن و هش کردن را به عهده دستگاه‌ها بگذارند و یا این دستگاه‌ها را وارد یک استخر ماینینگ کنند.

یعنی شما باید پس از اتصال به اینترنت در صفحه تنظیمات آن آدرس سرور آن استخر و نام کاربری و پسورد را وارد کنید. یا اینکه آدرس کامپیوتر مرکزی را که خود درست کرده‌اید وارد کنید.

مشخصا برای استفاده از این استخرهای بیت‌کوین ماینینگ شما حتما باید قبلا در آنجا ثبت‌نام کرده باشید.

استخرهای متعددی هم برای بیت‌کوین ماینینگ در جهان وجود دارند که هرکدام سهمی از کل توان پردازشی شبکه بیت‌کوین را دارند. در نمودار زیر سهم هر یک از این استخرها از توان پردازشی شبکه بیت‌کوین را می‌بینید.

در این نمودار دو استخر بیت‌کوین ماینینگ AntPool و Bitfury متعلق به دو شرکت تولیدکننده تجهیزات ماینینگ Bitmain و Bitfury هستند.

وقتی وارد استخر شدید فرآیند حدس زدن بین نودهای گوناگون تقسیم می‌شود و فقط تعدادی از حدس‌های موردنیاز به شما سپرده می‌شود. شما هم بر نسبت توان پردازشی که وارد استخر کرده‌اید پاداش دریافت می‌کنید.

همچنین با توجه به میزان سختی استخراج بیت‌کوین در حال حاضر، شما به‌هیچ‌وجه نمی‌توانید با یک دستگاه بیت‌کوین ماینینگ پولی به دست بیاورید. برای کسب درآمد حتما باید وارد یک استخر شوید یا آن‌قدر پول داشته باشید که خودتان یک استخر بسازید.

یک دستگاه بیت‌کوین ماینینگ چقدر درآمد تولید می‌کند؟

در حال حاضر فقط دو شرکت بیت‌مین (Bitmain) و بیت‌فیوری (Bitfury) تولیدکننده دستگاه‌های ASIC برای بیت‌کوین ماینینگ هستند. در بین این دو، شرکت چینی بیت‌مین بسیار پیشتازتر از رقیبت آمریکایی خود بیت‌فیوری است.

بیشتر دستگاه‌های بیت‌کوین ماینینگی هم که در این ایران یافت می‌شود همه ساخته شرکت بیت‌مین هستند.

میزان درآمد حاصل از یک دستگاه بیت‌کوین ماینینگ تابع توان پردازشی آن است. توان پردازشی یک دستگاه ماینینگ بر مبنای نرخ هش بیان می‌شود؛ یعنی تعداد توابع هشی که یک دستگاه می‌تواند در هر ثانیه اجرا کنید.

ما پیش‌ازاین در مقاله زیر به‌تفصیل تمام جزئیات مربوط به بیت‌کوین ماینینگ و نحوه محاسبه درآمد آن را توضیح داده‌ایم. در اینجا فقط می‌‌خواهیم فقط درآمد حاصل از دو دستگاه بیت‌کوین ماینینگ Antminer S11 و Antminer S9J را حساب کنیم.

توان پردازشی دستگاه Antminer S11 برابر ۱۹ ترا هش در ثانیه (TH/s) است. توان پردازشی Antminer S9J هم برابر با ۱۴ ترا هش بر ثانیه. با ارجاع به مقاله بیت‌کوین‌کاوی یا بیت‌کوین ماینینگ که در سطور بالا به آن اشاره کردیم می‌بینیم که درآمد حاصل از مدل S11 برابر ۲ میلیون و ۳۳۳ هزار تومان و درآمد حاصل از مدل S9J برابر یک میلیون و ۷۱۹ هزار تومان است.

توجه داشته باشید که در این محاسبات اولا قیمت بیت‌کوین برابر با 7988.41 دلار و قیمت دلار 13 هزار تومان در نظر گرفته‌شده است.

در ضمن ازآنجایی‌که ما نمی‌دانیم درآمد حاصل از هزینه تراکنش‌های چقدر خواهد بود، درآمد حاصل از این هزینه‌های تراکنش را در نظر نگرفته‌این و فقط درآمد ناشی از پاداش شبکه را حساب کرده‌ایم.

شما برای محاسبه سود خالص باید هزینه برق را نیز از این اعداد کم کنید. توان مصرفی مدل S11 برابر 1530 وات و توان مصرفی مدل S9J برابر 1350 وات است. با توجه به اینکه این دستگاه‌ها باید دائما روشن باشند، در نتیجه میزان مصرف برق ماهانه آن‌ها به ترتیب ۲۵۰ هزار تومان و ۲۲۰ هزار تومان خواهد بود.

منبع تغذیه ۱۸۰۰ واتی مخصوص دستگاه‌های ماینینگ شرکت بیت‌مین

هزینه این برق هم با توجه به اینکه تعرفه برق مصرفی شما چیست، فرق می‌کند. اگر برق خانگی را در نظر بگیریم، در منطقه محل سکونت من هزینه هر کیلووات ساعت برق 227 تومان است. در نتیجه هزینه برق به ترتیب برای مدل S11 و S9 برابر با … و … خواهد بود که باید برای محاسبه درآمد نهایی این اعداد را نیز آن درآمد حاصله کسر کنید.

نباید برق قطع شود

درنهایت ذکر این نکته ضروری است که وقتی می‌خواهید از بیت‌کوین ماینینگ برای کسب درآمد استفاده کنید، هر ثانیه‌ای که دستگاه شما خاموش است، به معنای از دست دادن پول است. پس باید کار خود را در منطقه‌ای انجام دهید که قطعی برق نداشته باشد یا از UPS هایی استفاده کنید که بتوانند چندین ساعت این دستگاه‌های پرمصرف را تامین کنند.

دستگاه‌های ماینینگ فقط برای بیت‌کوین نیستند؛ مثلا مدل Antminer L3 برای استخراج لایت‌کوین و Antminer D3 برای استخراج ارز دیجیتال دش (Dash) ساخته شده‌اند. لایت‌کوین از الگوریتم اسکریپت (scrypt) و دش از الگوریتم X11 برای تایید تراکنش‌ها و هش استفاده می‌کند. ازاین‌روی در استخراج هر ارز دیجیتال دیگری هم که از این الگوریتم‌ها استفاده کند، می‌توان از این دو دستگاه استفاده کرد.