التعدين العملات الرقمية: ما هو وكيف يعمل

احذر! الكثير من النص.

• يتم استخدام تعدين العملات المشفرة للتحقق من المعاملات وتأكيدها في سلسلة الكتل، بالإضافة إلى إنشاء وحدات جديدة من العملات المشفرة.

• تتطلب عملية التعدين موارد حسابية كبيرة، لكنها ضرورية لضمان أمان شبكة البلوكشين.

ما هو تعدين العملات المشفرة

تعدين العملات المشفرة هو عملية أساسية تضمن أمان العملات المشفرة ولامركزيتها، بناءً على آلية الإجماع Proof of Work (PoW). خلال هذه العملية، يتحقق المعدنون من معاملات المستخدمين ويضيفونها إلى السجل العام للبلوكشين. بفضل التعدين، يمكن أن تعمل مثل هذه العملات المشفرة مثل بيتكوين دون الحاجة إلى سلطة مركزية للإدارة.

الميزات الرئيسية للتعدين:

1. التحقق من المعاملات وتأكيدها
2. الحفاظ على أمان الشبكة
3. إصدار عملات جديدة للتداول

تتم إدارة تعدين العملات المشفرة بشكل صارم من خلال مجموعة من القواعد التي تمنع الإنشاء العشوائي للعملات الجديدة. هذه القواعد مضمنة في البروتوكولات الأساسية للعملات المشفرة وتنتشر عبر الشبكة المكونة من آلاف العقد.

كيف يعمل تعدين العملات المشفرة؟

يمكن تقسيم عملية التعدين إلى عدة مراحل متتالية. في البداية، يتم إرسال جميع المعاملات الجديدة إلى تجمع الذاكرة (mempool). تتمثل مهمة المعدن في التحقق من صحة هذه المعاملات ودمجها في كتلة.

يمكن تمثيل الكتلة كصفحة في سجل البلوكشين، حيث يتم تسجيل المعلومات حول عدة معاملات. تقوم عقدة التعدين بجمع المعاملات غير المؤكدة من تجمع الذاكرة وتشكيل كتلة مرشحة.

بعد تشكيل كتلة المرشح، يحاول المعدن تحويلها إلى كتلة مؤكدة من خلال حل مسألة رياضية معقدة تتطلب موارد حسابية كبيرة. مقابل كل كتلة تم إنشاؤها بنجاح، يحصل المعدن على مكافأة على شكل عملات جديدة ورسوم المعاملات.

الخطوة 1. تجزئة المعاملات

في المرحلة الأولى، يقوم المنجم باستخراج المعاملات غير المعالجة من مجموعة الذاكرة وتجزئتها. التجزئة هي عملية تحويل بيانات الإدخال بأي حجم إلى بيانات إخراج بطول ثابت (هاش).

يمثل تجزئة كل معاملة سلسلة فريدة من الأرقام والحروف، وتعمل كمعرف. من المهم ملاحظة أن التجزئة تحتوي على جميع معلومات المعاملة بشكل مضغوط.

بالإضافة إلى تجزئة معاملات المستخدمين، يقوم المنقب بإضافة معاملته الخاصة، المسماة coinbase، حيث يرسل لنفسه مكافأة عن الكتلة. تولد هذه المعاملة عملات جديدة وعادة ما تُدرج أولاً في الكتلة الجديدة.

الخطوة 2. إنشاء شجرة ميركل

بعد تجزئة جميع المعاملات، يتم تنظيم التجزئات الناتجة في هيكل يعرف باسم شجرة ميركل أو شجرة التجزئة. يتشكل هذا الهيكل من خلال دمج أزواج التجزئات للمعاملات بشكل متسلسل وإعادة تجزئتها.

تستمر العملية حتى يتبقى تجزئة واحدة فقط – التجزئة الجذرية (جذر ميركل). تتضمن هذه التجزئة معلومات حول جميع المعاملات في الكتلة، مما يسمح بالتحقق الفعال من سلامة البيانات.

الخطوة 3. البحث عن عنوان الكتلة الصحيح

عنوان الكتلة هو معرف فريد لكل كتلة في السلسلة. عند إنشاء كتلة جديدة، يقوم المنقب بدمج:

• جذر هاش لكتلة المرشح الخاصة بك
• هاش الكتلة السابقة في السلسلة
• عدد عشوائي (nonce)

ثم يقوم المُعدِّن بتجزئة هذه المجموعة من البيانات. هدف المُعدِّن هو العثور على قيمة nonce بحيث يتوافق التجزئة الناتجة مع متطلبات معينة (على سبيل المثال، أن تبدأ بعدد معين من الأصفار ). يُطلق على هذا المتطلب صعوبة التعدين.

نظرًا لأنه من المستحيل التنبؤ بنتيجة التجزئة، يُجبر القائمون بالتعدين على تجربة قيم nonce مختلفة، مما يؤدي إلى إجراء ملايين الحسابات بحثًا عن تجزئة مناسبة.

الخطوة 4. نقل الكتلة إلى الشبكة

عندما يتمكن المنقب من العثور على هاش صالح للكتلة، فإنه ينقل هذه الكتلة إلى الشبكة. تتحقق العقد الأخرى من صحة الكتلة، وإذا كانت كل شيء صحيحًا، فإنها تضيفها إلى نسختها من سلسلة الكتل.

في هذه اللحظة، يصبح كتلة المرشح كتلة مؤكدة، ويبدأ جميع المعدنين العمل على الكتلة التالية، باستخدام الكتلة المؤكدة الجديدة كأساس.

حل النزاعات عند تعدين الكتل في نفس الوقت

أحيانًا يجد عمال المناجم كتلاً صالحة في وقت واحد وينقلونها إلى الشبكة. في هذه الحالة، يحدث تفرع زمني في سلسلة الكتل، حيث يستمر جزء من عمال المناجم في العمل استنادًا إلى كتلة واحدة، بينما يعمل الجزء الآخر استنادًا إلى كتلة أخرى.

يتم حل الصراع عندما يصبح أحد خيارات السلسلة أطول من الآخر. وفقًا لقواعد التوافق، تقبل الشبكة دائمًا أطول سلسلة على أنها صالحة. يُطلق على الكتلة التي وجدت في السلسلة المرفوضة اسم يتيم أو مفصول، ويتحول عمال المناجم الذين عملوا عليها إلى السلسلة الرئيسية.

صعوبة التعدين وتنظيمها

صعوبة التعدين هي معلمة تحدد مدى صعوبة العثور على هاش صحيح للكتلة. يقوم البروتوكول بضبط الصعوبة تلقائيًا لضمان وقت ثابت لإنشاء كتل جديدة.

عندما ينضم عمال المناجم الجدد إلى الشبكة وتزداد القوة الحاسوبية (هش ريت)، تزداد الصعوبة للحفاظ على وقت إنشاء الكتلة ثابتًا. وعلى العكس، إذا غادر عمال المناجم الشبكة، تنخفض الصعوبة.

تضمن هذه الآلية الآلية إصدارًا متوقعًا من العملات الجديدة وعمل الشبكة بشكل مستقر بغض النظر عن عدد المُعدِّنين.

الأنواع الرئيسية لتعدين العملات المشفرة

على مر فترة وجود العملات المشفرة، ظهرت عدة طرق للتعدين. دعونا نستعرض الأكثر شيوعًا منها:

تعدين على وحدة المعالجة المركزية (CPU)

في السنوات الأولى من وجود البيتكوين، كان من الكافي استخدام وحدة المعالجة المركزية العادية للتعدين. كان بإمكان أي شخص يرغب في ذلك استخراج BTC باستخدام الكمبيوتر المنزلي.

ومع ذلك، مع زيادة شعبية العملات المشفرة وزيادة صعوبة التعدين، أصبح تعدين وحدة المعالجة المركزية غير فعال. اليوم، نادراً ما يتم استخدام هذه الطريقة للعملات المشفرة الشهيرة، حيث تتجاوز تكلفة الطاقة الأرباح المحتملة.

تعدين باستخدام وحدات معالجة الرسوميات (GPU)

تم تطوير وحدات معالجة الرسوميات في الأصل لمعالجة الرسوميات، لكن معماريتها أثبتت فعاليتها أيضًا في تعدين العملات المشفرة. يمكن لوحدات معالجة الرسوميات تنفيذ العديد من العمليات الحسابية المتوازية، مما يجعلها أكثر كفاءة بكثير من وحدات المعالجة المركزية في مهام التجزئة.

مزايا تعدين GPU:

• تكلفة المعدات معقولة نسبياً
• يمكن استخدام ( للعديد من العملات الرقمية )
• إمكانية إعادة بيع المعدات لأغراض أخرى

لا يزال يتم استخدام تعدين GPU لاستخراج بعض العملات البديلة، على الرغم من أن هذه الطريقة لم تعد مجدية للعديد من العملات المشفرة.

التعدين باستخدام الدوائر المتكاملة المتخصصة (ASIC)

أجهزة ASIC هي أجهزة مصممة خصيصًا لاستخراج العملات الرقمية المحددة. على عكس وحدات المعالجة المركزية (CPU) ووحدات معالجة الرسوميات (GPU) التي هي أجهزة حوسبة عامة، تم تصميم أجهزة ASIC لحل خوارزمية تجزئة معينة فقط.

ميزات تعدين ASIC:

• أقصى كفاءة وإنتاجية
• تكلفة المعدات العالية
• سرعة تقادم النماذج
• عدم وجود شمولية ( كل ASIC مصمم لخوارزمية معينة )

في الوقت الحالي، تهيمن أجهزة التعدين ASIC على تعدين البيتكوين وبعض العملات المشفرة الأخرى التي تستخدم خوارزمية SHA-256.

مجمعات التعدين

نظرًا لأن احتمال العثور على كتلة بشكل مستقل لعمال المناجم الفرديين ضئيل للغاية، تم إنشاء تجمعات التعدين - تجمعات من عمال المناجم الذين يستخدمون معًا مواردهم الحاسوبية.

عندما يجد التجمع كتلة، يتم توزيع المكافأة بين المشاركين بشكل يتناسب مع مساهمتهم في إجمالي القدرة الحاسوبية. وهذا يسمح للعمال بالحصول على دخل أكثر استقرارًا، وإن كان أقل.

ومع ذلك، فإن تركيز قوة الحوسبة في تجمعات كبيرة يخلق مخاطر مركزية للشبكة. إذا كان تجمع واحد يتحكم في أكثر من 51% من إجمالي معدل الهاش، فإنه يمكن نظريًا تنفيذ هجوم على الشبكة.

ميزات تعدين البيتكوين

تستخدم البيتكوين آلية توافق Proof of Work (PoW)، التي أنشأها ساتوشي ناكاموتو. تحدد هذه الآلية كيفية وصول الشبكة إلى توافق بشأن حالة البلوكشين دون الحاجة إلى وسطاء مركزيين.

ميزات تعدين البيتكوين:

• خوارزمية التجزئة SHA-256
• الوقت المستهدف لإنشاء الكتلة هو حوالي 10 دقائق
• تعديل الصعوبة كل 2016 كتلة ( تقريباً كل أسبوعين )
• مكافأة الكتلة التي تتناقص إلى النصف تقريبًا كل أربع سنوات (هافينغ)

منذ إنشاء البيتكوين في عام 2009، زادت صعوبة تعدينه بملايين المرات. اليوم، التعدين الفعال لـ BTC ممكن فقط باستخدام أجهزة ASIC المتخصصة، وعادة ما يكون ذلك ضمن مجمعات التعدين.

على الرغم من المنافسة العالية والتكاليف، يظل تعدين البيتكوين عنصرًا مهمًا في النظام البيئي، حيث يوفر الأمان واللامركزية لأشهر وأول عملة مشفرة في العالم.