SHA-256 · Пошук нонсу · Коригування складності · Нагороди за блоки
Цей симулятор показує, як працює доказ роботи (Proof-of-Work) у Bitcoin. Майнери багаторазово хешують заголовок блоку з різними значеннями нонсу, поки отриманий хеш не починатиметься з необхідної кількості нулів — це ціль складності. Що більше нулів потрібно, то важче знайти дійсний хеш — потрібна експоненційно більша кількість спроб. Коли майнер знаходить рішення, новий блок додається до ланцюжка і майнер отримує нагороду за блок (наразі 3.125 BTC після халвінгу 2024 р.).
Складність Bitcoin коригується кожні 2 016 блоків (~2 тижні), щоб один блок у середньому знаходили раз на 10 хвилин, незалежно від загального хешрейту мережі. Станом на 2025 рік мережа Bitcoin виконує понад 700 ексахешів на секунду — 700 000 000 000 000 000 000 операцій хешування щосекунди. Цей симулятор використовує спрощену хеш-функцію для наочності.
Цей симулятор моделює майнінг Bitcoin на основі доказу роботи — криптографічний процес, за допомогою якого нові блоки додаються до блокчейну Bitcoin. Майнери багаторазово обчислюють хеші SHA-256 заголовка блоку, змінюючи поле під назвою нонс, поки отриманий хеш не опуститься нижче числової цілі, що візуально означає, що він починається з необхідної кількості нулів. Складність цієї головоломки коригується кожні 2016 блоків, щоб мережа завжди створювала приблизно один блок кожні 10 хвилин, незалежно від загальної обчислювальної потужності.
Майнінг Bitcoin вперше описано в білій книзі Сатоші Накамото 2008 року і запущено в січні 2009 року. Сьогодні він захищає глобальну мережу, що обробляє транзакції на сотні мільярдів доларів, а сукупний хешрейт перевищує 700 ексахешів за секунду — це робить її однією з найбільших розподілених обчислювальних систем, коли-небудь створених.
Доказ роботи (Proof-of-Work) — це механізм, що вимагає від майнерів реальних обчислювальних зусиль, перш ніж вони зможуть додати блок до блокчейну. Майнер повинен знайти таке значення нонсу, щоб хешування заголовка блоку дало хеш нижче встановленої цілі. Оскільки хеш-функції односторонні, єдиний практичний метод — перебір методом грубої сили: обхідного шляху немає, що робить роботу перевірюваною, але витратною для виконання.
Натисніть Почати майнінг, щоб розпочати пошук нонсу. Використовуйте повзунок Складність, щоб збільшити або зменшити кількість необхідних нулів на початку — вища складність означає в середньому експоненційно більше спроб. Збільшіть повзунок Майнери, щоб змоделювати конкуренцію між кількома майнерами, що змагаються за пошук наступного блоку, і спостерігайте, як полотно блокчейну внизу зростає в міру виявлення дійсних блоків.
Кожен додатковий необхідний нуль на початку зменшує частку дійсних хешів у 16 разів (оскільки цифри хешу шістнадцяткові). За 4 нулів на початку приблизно 1 з 65 536 хешів дійсний; за 8 нулів — лише близько 1 з 4 мільярдів. Ця експоненційна залежність означає, що невелике збільшення складності перетворюється на величезне зростання очікуваної кількості спроб до знаходження блоку.
SHA-256 (Secure Hash Algorithm 256-bit) — це криптографічна хеш-функція з родини SHA-2, стандартизована NIST у 2001 році. Вона видає фіксований 256-бітний (64 шістнадцяткові символи) результат з будь-якого вхідного значення, причому крихітні зміни вхідних даних повністю змінюють результат (ефект лавини), а обернути функцію чи знайти два входи з однаковим виходом обчислювально неможливо. Bitcoin фактично застосовує SHA-256 двічі (подвійний SHA-256) для додаткової безпеки. Цей симулятор використовує спрощену хеш-функцію заради продуктивності, але візуальна поведінка відображає реальний процес.
Кожні 2016 блоків — приблизно два тижні за цільовою швидкістю один блок на 10 хвилин — вузли Bitcoin порівнюють фактичний час, витрачений на видобуток цих блоків, з ідеальними 20 160 хвилинами. Якщо блоки з'являлися швидше, ніж очікувалося, складність зростає; якщо повільніше — зменшується. Коригування обмежене коефіцієнтом 4 в будь-якому напрямку за період, що запобігає екстремальним коливанням. Цей механізм самокорекції утримував середній час блоку близьким до 10 хвилин з 2009 року, попри зростання хешрейту мережі на багато порядків.
Коли майнер успішно видобуває блок, він отримує нагороду за блок — новостворений Bitcoin — плюс усі комісії за транзакції, включені до цього блоку. Нагорода за блок починалася зі 50 BTC у 2009 році і зменшується вдвічі кожні 210 000 блоків (приблизно кожні чотири роки) у подію під назвою «халвінг». Після халвінгу квітня 2024 року вона становить 3,125 BTC. Загальна пропозиція обмежена 21 мільйоном BTC, яких буде досягнуто приблизно у 2140 році, після чого майнери повністю залежатимуть від комісій за транзакції.
Ні. Bitcoin використовує подвійний SHA-256, який зручний для ASIC і призвів до того, що мережею домінує вкрай спеціалізоване обладнання для майнінгу. Інші криптовалюти навмисно обрали інші алгоритми: Litecoin використовує Scrypt (спочатку розроблений вимогливим до пам'яті), Monero використовує RandomX (оптимізований для процесорів загального призначення), а Ethereum використовував Ethash до переходу на proof-of-stake у 2022 році. Кожен алгоритм відображає різні пріоритети щодо децентралізації, доступності обладнання та енергоефективності.
Концепцію доказу роботи вперше запропонували Синтія Дворк і Моні Наор у 1993 році як спосіб стримування спаму електронною поштою, а термін «proof of work» ввели Маркус Якобссон та Арі Джуелс у 1999 році. Сатоші Накамото адаптував і поєднав ці ідеї із системою Hashcash Адама Бека (1997 рік), щоб створити механізм консенсусу Bitcoin, опублікувавши білу книгу Bitcoin у жовтні 2008 року та видобувши генезис-блок 3 січня 2009 року.
Майнінг Bitcoin пов'язаний з кількома ширшими темами: криптографічні хеш-функції лежать в основі всієї безпеки блокчейну; теорія ігор пояснює стимули майнерів і чому чесний майнінг є домінантною стратегією (за винятком атаки «егоїстичного майнінгу»); мережева економіка керує формуванням пулів майнінгу; а термодинаміка обмежує ефективність, оскільки вся робота хешування зрештою розсіюється як тепло. Пов'язані симуляції на цьому сайті включають динаміку фінансових бульбашок, моделі цін на акції (ГБР) та ціноутворення опціонів — усі вони досліджують, як складна емерджентна поведінка виникає з простих правил в економічних системах.
Сучасний майнінг Bitcoin використовує спеціалізовані інтегральні схеми (ASIC) — чіпи, розроблені виключно для обчислення подвійного SHA-256 якнайшвидше й ефективніше. Провідні ASIC у 2024-2025 роках досягають понад 200 терахешів за секунду (ТХ/с) приблизно за 20 джоулів на терахеш — покращення ефективності в багато мільйонів разів порівняно з майнінгом на процесорах, що використовувався у 2009 році. Майнери зазвичай приєднуються до пулів, щоб згладити дохід, ділячи нагороди пропорційно внесеному хешрейту. Промислові майнінгові ферми тепер споживають стільки ж електроенергії, скільки деякі невеликі країни, що спричиняє постійні дебати щодо інтеграції відновлюваної енергії.
Активні напрями досліджень включають: атаки «егоїстичного майнінгу», коли пул з достатнім хешрейтом може отримувати непропорційні винагороди, стратегічно затримуючи блоки; безпеку, засновану лише на комісіях, вивчаючи, чи забезпечать самі лише комісії за транзакції адекватні стимули для майнінгу, коли нагороди за блок наблизяться до нуля; проблему атаки на широкому діапазоні для вузлів, що синхронізуються заново; та екологічну економіку доказу роботи проти доказу частки. Криптографи також вивчають, чи зможуть квантові комп'ютери зрештою зламати односторонність SHA-256, хоча поточні оцінки відносять практичну квантову загрозу на багато десятиліть уперед.