Что такое биткоины

Биткоин — виртуальная криптовалюта, которую легко можно назвать электронными деньгами. С их помощью уже сейчас продаются товары в магазинах, оплачивается телефон или хостинг. При всём этом система считается анонимной и надёжной, несмотря на её полную открытость. Технический директор TJournal попробовал подробно разобраться в вопросе устройства этой валюты.

Как всё происходит

Чтобы хранить, принимать и передавать биткоины, необходим кошелёк, который состоит из публичного идентификатора (адреса), баланса, а также приватного ключа, позволяющего распоряжаться средствами с этого кошелька. Для отправки перевода достаточно знать только адрес получателя — идентификатор вида19noTg4T9TeFpT4ZTASvQxf7a1LYLSJa38, а также иметь собственный кошелёк с положительным балансом и его приватный ключ. Адрес и ключ можно сравнить с привычными логином и паролем — логином можно делиться со всеми, а вот пароль должен тщательнейшим образом охраняться, ибо в основной системе нет возможности восстановить его, если он оказался утерян.

Каждый пользователь может создавать неограниченное количество кошельков, при их создании даже не требуется подключения к интернету (сеть потребуется при попытке совершить транзакцию). Процесс создания кошелька заключается в генерации абсолютно случайного приватного ключа. Имея приватный ключ, можно получить соответствующий адрес кошелька, но нельзя повторить эту операцию в обратном направлении — за это отвечает криптографическая функция, называемая хэшированием. Нет никакого центра, который бы координировал создание кошельков, поэтому такая система теоретически позволяет сгенерировать кошелёк с положительным балансом, правда вероятность этого примерно равна 1,813595*10-62 — это исчезающе маленькое число, поэтому можно не волноваться.

Анонимность транзакций

Биткоин часто называют анонимным платёжным средством, но это не совсем так. Действительно, однозначно идентифицировать владельца любого кошелька не получится, но если этот кошелёк был пополнен с использованием обменных сервисов или бирж (как купить биткоины), то есть немаленькая вероятность, что ваш IP будет записан, а значит, в таком случае можно будет отследить всю цепочку переводов. Помешать этому призваны специальные «миксеры» (mixing service) — анонимные сервисы, которые смешивают на своих счетах деньги разных клиентов, а потом переводят их на новые, «чистые кошельки» так, что сопоставить исходный источник средств и итогового получателя крайне сложно.

Чтобы сохранить анонимность, для каждого входящего платежа рекомендуется заводить новый кошелёк — это усложнит задачу идентификации. Определить, кто является владелецем кошелька довольно сложная задача, да и то выполнима лишь если пользователь купил биткоины, засветив где-то настоящие документы. При этом способов получить биткоины не раскрывая своей личности довольно много, например, можно просто обменять их на одном из форумов.

Где хранятся данные

Биткоин — децентрализованная распределённая система. Это означает, что в сети нет единого управляющего центра, который бы хранил информацию о балансе на кошельках и список транзакций. Эта информация хранится на компьютерах обычных владельцев биткоинов. После установки программа-кошелёк скачивает у других пользователей системы полную базу данных обо всех совершенных когда-либо транзакциях (несколько гигабайт). Это значит, что никто и никогда не сможет вломиться в какой-то дата-центр и уничтожить или изменить эту информацию. Кстати, вы можете и не скачивать такой объём данных, а воспользоваться одним из онлайн-кошельков, который и будет хранить ваш приватный ключ.

Получается, что кошельки с биткоинами надёжно защищены, а все их данные, кроме приватного адреса доступны любому пользователю. В удобном для исследования виде они доступны на сайте Blockchain. Например, можно посмотреть список последних крупных транзакций.

Сколько всего существует биткоинов

Очень важное отличие биткоинов от обычных денег — отсутствие единого выпускающего центра. Известно, что, например, доллары США могут выпускаться в любом количестве, при этом они ничем не обеспечены. То есть раньше доллары были обеспечены золотом, то есть они могли быть гарантированно обменены на определённое количество золота, а общее количество долларов не могло превышать накопления Соединённых Штатов Америки в золотом эквиваленте, которые хранятся в знаменитом Форт Ноксе. Однако уже в 1933 году Золотой стандарт был отменён, а в 1971 году какое-либо обеспечение долларов золотом исчезло вообще, то есть Федеральная резервная система начала печатать доллары в таком количестве, что они никогда не смогли бы быть обменены на золото и их ценность держится лишь на авторитете Америки на мировом рынке.

В этом и состоит основное отличие биткоинов от традиционных валют — общее количество биткоинов, которые когда-либо поступят в оборот алгоритмически ограничено 21 000 000 штук. При этом не стоит беспокоиться о том, что их не хватит на всех — каждый биткоин может быть поделён на 100 000 000 долей, одна такая доля называется 1 Satoshi (Сатоши), в честь создателя биткоинов. Конечная стоимость определяется компаниями или людьми, принимающими биткоины в оплату за товары или услуги, а также балансом спроса и предложения на многочисленных биржах, самая крупная из которых Mt.Gox.

На данный момент в оборот выпущено немногим более 12 миллионов биткоинов, а полностью все биткоины будут выпущены примерно к 2140 году, при этом с каждым днём количество выпускаемых виртуальных монет сокращается.

Почти сразу после того как биткоин стал популярен, появились отлитые в металле монеты со спрятанными внутри публичным и приватным ключами, поэтому большинство СМИ изображают в качестве криптовалюты именно их. Монеты до сих пор доступны в продаже на eBay.

Как добываются

Выпуск биткоинов происходит благодаря людям и компаниям, занятым в майнинге — специальном процессе, сложность которого алгоритмически запрограммирована и постоянно увеличивается в соответствии с количеством технических ресурсов, занятых в нём (технические подробности). Именно поэтому те, кто начал майнить биткоины несколько лет назад могли получать по несколько десятков тысяч биткоинов, а сложность вычисления постоянно росла: сначала для этого можно было эффективно использовать ресурсы компьютерных процессоров, затем начали использовать видеокарты, чья эффективность намного выше, а теперь используют специально разработанные устройства (ASIC).

Процесс майнинга сопряжён с вычислением математических задач, которые обеспечивают в том числе и подтверждение всех транзакций — так как система открыта, нельзя допустить, чтобы одни и те же биткоины были потрачены несколько раз, но мы вернёмся к этому позже.

Итак, количество биткоинов ограничено, а новые появляются с помощью майнинга — решения математических задач, сложность решения которых постоянно растёт. Можно очень просто сравнить добычу биткоинов с добычей золота — его количество в мире тоже ограничено, а благодаря его редкости, сложности подделки и добычи оно имеет высокую ценность, что и давало возможность использовать его как основную валюту много веков подряд.

Представьте, что золото разбросано повсюду, его количество довольно велико, а чтобы его добыть необходимо лишь нагнуться и собрать как можно больше — это похоже на то, что делали майнеры биткоинов несколько лет назад. Однако, из-за легкости добычи золото пока не очень высоко ценится.

Прошло некоторое время и всё золото с поверхности собрано, теперь нужно покупать экскаватор, чтобы добыть его из верхних слоёв земли, сложность добычи увеличилась, стоимость золота тоже растёт вверх.

Прошло ещё время и теперь нужно нанимать учёных, разрабатывать месторождения, покупать дорогостоящую технику и земли — стоимость снова растёт, а окружающие видят, что появился новый способ обменивать товары на их эквивалент в золоте, это удобно, отсюда и спрос. Теперь люди обменивают золото на товары, товары на золото и его стоимость уже обеспечивают спрос и предложение.

Аналогичные процессы происходят и с биткоинами.

Надёжность системы

Надёжность биткоина заключается в том, что:

• Невозможно обойти сложный процесс майнинга, чтобы легко получить нераспределенные биткоины (во всяком случае, лучшие криптоаналитики мира не смогли найти такой способ);
• Предельно сложно взломать чужой кошелёк, чтобы проверить хотя бы половину всех возможных пар приватных и публичных ключей нужно потратить не один десяток тысяч лет;
• Невозможно потратить имеющиеся биткоины более одного раза, потому что каждая транзакция должна получить не менее шести подтверждений из новых добытых блоков — если будет найден перерасход средств, лишние транзакции будут отменены, поэтому все услуги за биткоины оказываются только после нескольких подтверждений (от нуля до шести или более, в зависимости от сервиса).

При этом к каждой транзакции можно добавить комиссию — это увеличит скорость её подтверждения, так как она получит высший приоритет в очереди на добычу блоков. Комиссия может составлять даже 1 Сатоши, а может быть и вовсе нулевой — в таком случае процесс подтверждения может затянуться на несколько дней. Эта комиссия добавляется к вознаграждению майнеров, поэтому даже когда новые биткоины будут выпускаться совсем редко, майнеры будут заинтересованы в том, чтобы продолжать добычу — комиссия будет обеспечивать рентабельность затрат на майнинг (оборудование + электричество).

Необратимые транзакции

Транзакции биткоинов являются необратимыми, именно поэтому практически невозможно купить биткоины с помощью Paypal или кредитных карт. Многие называют биткоины пирамидой или пузырём, но на самом деле он ими не является. В биткоине нет центрального координирующего органа, нет обещаний преумножения средств, в отличие от пирамид выгоду получают не только ранние участники, но и позднее — им становится доступно распространённое конфиденциальное платёжное средство. Ровно в такой же мере пирамидой можно назвать акции Apple или Google, ведь те, кто купил их по несколько десятков долларов за штуку тоже получили огромную прибыль.

Выгодно ли заниматься майнингом

На данный момент заниматься майнингом без профессионального оборудования стало почти нерентабельно: сложность добычи новых блоков слишком высока. Мы попробовали делать это на двух процессорах Intel E5-2630 в 24 потока и смогли намайнить примерно 0,000001 биткоина, примерно 3 копейки по текущему курсу. Майнинг с помощью видеокарт также может не окупиться из-за их стоимости и стоимости электричества. А вот вкладывать деньги в биткоин всё ещё считается выгодным занятием: распространение биткоинов, несмотря на ажиотаж, ещё невелико и с включением в гонку крупных игроков его курс неизбежно вырастет. Вопрос лишь в том, насколько.

Как добываются биткоины или что такое майнинг

Процесс выпуска биткоинов называется «майнинг» — единственный способ получения криптовалюты, построенный на решении компьютерами математических задач. 

Как работают шахтёры

Суть майнинга заключается в том, что компьютеры, находящиеся в разных точках Земли, решают математические задачи, в результате которых создаются биткоины. Процесс их добычи не контролируется единым выпускающим центром, а распределенность обеспечивает безопасность.

Все биткоин-переводы записываются в общедоступный лог транзакций. По цепочке они передаются майнерам, чья работа состоит в том, чтобы подобрать из миллионов комбинаций один-единственный хэш, подходящий ко всем новым транзакциям и секретному ключу, который и обеспечит майнеру получение награды в 25 биткоинов за раз. Множество «добытчиков» одновременно борются за награду, пытаясь первыми угадать хэш. Как только хэш угадан, блок со всеми транзакциями закрыт, майнеры переходят к следующему.

Хэш, который ищут майнеры состоит из хэша предыдущего блока, суммы хэшей транзакций за последние 10 минут и случайного числа, которое майнеры меняют, чтобы итоговый хэш удовлетворял условиям системы. Именно изменение этих условий и определяет сложность нахождения хэша, они изменяются раз в 2016 закрытых блоков и автоматически подбираются так, чтобы расчёт каждых 2016 блоков занимал 2 недели.

После того, как рассчитаны 6 блоков подряд, денежные переводы, включённые майнерами в самый первый из этих блоков считаются подтверждёнными, однако, многие магазины считают достаточным условием вычисление одного или двух блоков с участием нужной транзакции.

Майнеров можно сравнить с теми, кто раздает файл на закрытом торрент-трекере. Именно они обеспечивают работу p2p-сети — дают возможность любому желающему загрузить фильм или музыкальный альбом, получая за это рейтинг, а, значит, и возможность в будущем скачивать файлы у других. В случае с Bitcoin, майнеры, играющие роль «раздающих», поддерживают работу денежной системы: проводят транзакции и сохраняют «договоренность» о едином состоянии всей сети. Только за вложение ресурсов они получают не эфемерный рейтинг, а биткоины, легко конвертируемые в реальные деньги.

Каска и кирка

Сложность растёт так как всё больше усилий затрачивается на майнинг — всё больше и больше мощностей включаются в игру. Первоначально для майнинга хватало простого домашнего компьютера, затем «цифровые шахтеры» перешли к расчету на топовых игровых видеокартах, а потом и вовсе к специализированным устройствам для майнинга. Сначала это были просто перепрограммированные чипы, а затем в использование вошли ASIC, интегральные схемы специального назначения, отличающиеся высокой скорость расчёта хэшей и низким энергопотреблением.

Для примера, мощность одной видеокарты Radeon HD 7990 (решения от Nvidia не подходят для майнинга) составляет 1,2 гигахэша в секунду при потреблении в несколько сотен ватт, а современная ASIC-система Red Fury стоимостью 125 долларов генерирует уже 2,5 гигахэша в секунду при потреблении 2,5 ватта. Майнингом без использования ASIC уже почти никто не занимается, так как это коммерчески невыгодно.

После покупки железа бизнес майнера фактически заключается в трате электричества в обмен на биткоины (счета за интернет в данном случае совсем небольшие, так как для работы достаточно минимальной скорости — лишь бы подключение оставалось стабильным). Стоимость добычи одного биткоина может составлять 900 рублей, так и 20 000 рублей, в зависимости от используемого оборудования и тарифов. В 2011 году покупка топовой игровой видеокарты для майнинга окупалась примерно за две недели, однако с ростом сложности расчета добывать биткоины в одиночку становилось все более накладно.

Поэтому майнеры начали собираться в пулы, объединяющие несколько десятков, сотен или тысяч «шахтеров» в единое звено: в случае успешного нахождения блока каждый из них получает свою долю в соответствии с размером вклада в общее дело. Система видит пул как одного майнера, производящего сотни гигахэшей в секунду, однако на практике он представляет из себя главный сервер, раздающий задачи майнерам, включенным в его пул. В отличие от соло-майнинга, майнинг внутри пула быстрее приносит средства, однако делает это маленькими порциями.

В последние месяцы в СМИ все чаще начали появляться истории об уникальных биткоин-фермах, самая крупная из которых расположена в Гонконге. 25 ноября там была запущена фабрика с жидкостным охлаждением, мощность которой составила 4% от всей мощности в сети — 35 терахэшей в секунду. Она производит около 26 биткоинов в сутки, что на момент написания статьи составляет десятки тысяч долларов. А в апреле 2013 Лаборатория Касперского сообщила об обнаружении трояна, который превращает компьютеры пользователей в биткоин-фермы без их ведома.

Награда за создание нового блока уменьшается каждые четыре года: ещё в начале 2013 она составляла 50 биткоинов, сейчас уменьшилась до 25, а к 2017 упадет до 12,5.