Miner là ai? Bitcoin mining hoạt động như thế nào?

1. Miner là ai? Bitcoin mining là như thế nào?

Miner hay thợ đào là thuật ngữ dùng để đề cập đến những cá nhân tham gia vào quá trình khai thác Bitcoin.

Trong đó, Bitcoin mining (đào Bitcoin hay khai thác Bitcoin) là thuật ngữ diễn tả quá trình xác thực thông tin trong một khối blockchain bằng cách tạo ra một đáp án giải đáp mật mã phù hợp với các tiêu chí cụ thể. 

Khi đạt được một đáp án chính xác, phần thưởng dưới dạng Bitcoin và phí hoàn thành công việc sẽ được trao cho các thợ đào thực hiện xong sớm nhất.  

2. Cách thức hoạt động của Bitcoin mining

Trong mạng lưới Bitcoin, một số yếu tố góp phần tạo nên cách thức hoạt động có một không hai trong quá trình khai thác Bitcoin như sau:  

2.1. Hàm băm

Hàm băm là một dãy số thập lục phân gồm 64 chữ số đại diện cho kết quả của việc gửi thông tin trong một khối thông qua thuật toán băm.

Khai thác Bitcoin liên quan đến việc tạo ra một hàm băm cho một khối và càng nhiều năng lực băm trong mạng lưới thì tính bảo mật và khả năng chống tấn công từ bên thứ ba càng lớn. 

Khi khai thác Bitcoin, hàm băm được sử dụng để tạo ra một hàm băm khối được tích hợp vào tiêu đề của khối tiếp theo như một phần của thông tin chạy qua đoạn mã hóa. Mỗi khối sử dụng hàm băm của khối trước đó và được kết nối với nhau tạo thành blockchain.

2.2. Hàm băm mục tiêu

Hàm băm mục tiêu là con số mà các thợ đào phải chú ý khi họ khai thác một loại tiền điện tử như Bitcoin. Đây là một loại hàm băm được chuyển đổi từ dạng thập lục phân sang dạng thập phân.

Hàm băm mục tiêu được sử dụng để xác định độ khó khai thác đặc biệt là đo lường mức độ khó và thời gian để tìm ra hàm băm phù hợp cho mỗi khối.  

Ví dụ như hàm băm của một khối 786,729 là:

00000000000000000005a849c28eb24b8a5e04fcecc1ccb3eb2998e4730a456e

Và hàm băm mục tiêu sẽ có nhiều số 0 ở trước hoặc sau như:

0x1705c739

Nhiệm vụ của thợ đào là tạo ra một con số nhỏ hơn hoặc bằng với hàm băm mục tiêu.

2.3. Nonce

Nonce là một từ ghép của "số chỉ được sử dụng một lần” và là một con số ngẫu nhiên mà các thợ đào cố gắng tìm kiếm khi khai thác Bitcoin.

Nonce là một yếu tố quan trọng để blockchain của Bitcoin hoạt động trơn tru, là một trong những yếu tố chính trong thuật toán Proof-of-Work (PoW) và cơ chế đồng thuận. Hầu hết việc khai thác bắt đầu từ số 0 và tăng dần giá trị nonce. 

Khi khai thác Bitcoin, một số ngẫu nhiên được gọi là nonce được tạo ra bởi chương trình khai thác và được gắn vào một hàm băm. Nonce bắt đầu từ 0 và thay đổi theo từng lần thử cho đến khi hàm băm và nonce được tạo ra nhỏ hơn hoặc bằng hàm băm mục tiêu do mạng lưới đặt ra. 

Thợ đào đầu tiên đạt được mục tiêu sẽ nhận được phần thưởng cùng với phí và một khối mới được mở. Có nhiều cơ hội tìm thấy "nonce vàng" và nhận phần thưởng khối tỷ lệ với năng lực tính toán của thợ đào. 

2.4. Bằng chứng công việc

Bằng chứng công việc (PoW) là một cơ chế đồng thuận blockchain khuyến khích việc xác thực bằng cách tặng thưởng cho các thợ đào vì đã đóng góp năng lực tính toán cho mạng lưới. Để đạt được mục tiêu nhỏ hơn hoặc bằng một hàm băm mục tiêu thì thợ đào phải mất rất nhiều công sức.

2.5. Mức xác thực

Ngay cả một ký tự trong một khối bị thay đổi thì giá trị băm sẽ thay đổi theo khiến việc cập nhật thông tin trong một khối trước khi được xác thực sẽ khó khăn hơn.

Sau khi khối đã đóng và bạn đã nhận phần thưởng thì khối đó vẫn chưa được xác thực. Khối không được xác thực cho đến khi năm khối sau được xác nhận thành công.

Tuy nhiên, việc thay đổi thông tin trong một khối trước khi được xác thực (tức là trước khi trải qua năm lần xác nhận) là có thể, nhưng rất khó xảy ra vì những lý do sau:

• Khả năng tính toán: Thay đổi thông tin trong một khối sẽ không chỉ thay đổi hàm băm của chính nó mà còn phải thay đổi trong các khối tiếp theo và điều này thực tế không thể đạt được do năng lực có giới hạn của máy tính.

• Kiểm soát mạng lưới: Để kẻ tấn công thay đổi thành công thông tin trong một khối thì họ cần phải kiểm soát toàn bộ mạng lưới và điều này rất khó xảy ra.

• Xung đột hàm băm: Mặc dù khả năng xảy ra cực kỳ hiếm, nhưng về mặt lý thuyết, xung đột hàm băm có thể xảy ra do những hạn chế về mật mã của các hàm băm hiện tại. Tuy nhiên, xác suất xảy ra xung đột như vậy là cực kỳ thấp nên việc thay đổi thông tin trong một khối trước khi xác nhận là không thể.

2.6. Phần thưởng

Phí khai thác Bitcoin hay phần thưởng khối là số tiền mã hóa được người dùng trả cho các thợ đào sau khi xác nhận giao dịch. Ngoài phần thưởng khối, thợ đào cũng nhận được phí từ bất kỳ giao dịch nào có trong khối giao dịch đó.

Các khoản phí này đảm bảo rằng các thợ đào có thêm động lực để khai thác và giúp cho mạng lưới hoạt động bình thường.

Phần thưởng cho việc khai thác Bitcoin giảm theo thời gian và quá trình nhận thưởng này tiếp diễn cho đến khi có 21 triệu Bitcoin lưu hành. Tính đến tháng 11/2023, Bitcoin giao dịch ở mức khoảng 36.400 USD, tạo ra 6,25 Bitcoin trị giá 227.500 USD. 

Khi đạt đến giới hạn 21 triệu Bitcoin, phần thưởng Bitcoin dự kiến sẽ chấm dứt và các thợ đào Bitcoin sẽ được thưởng thông qua các khoản phí hoàn thành công việc.

2.7. Độ khó khai thác

Độ khó khai thác Bitcoin là thước đo mức độ khó tìm hàm băm dưới một mục tiêu nhất định. Độ khó thường thay đổi khoảng hai tuần một lần dựa trên hiệu quả của các thợ đào và tốc độ băm của mạng. 

Độ khó được điều chỉnh để duy trì thời gian khối trung bình là 10 phút, với mức độ khó tăng lên nếu thời gian dưới 10 phút và giảm nếu trên 10 phút. Mức độ khó hiện tại để khai thác vào tháng 10/2023 là 57,3 nghìn tỷ đồng nghĩa là cơ hội tạo ra hàm băm thành công là 1/57,3 nghìn tỷ.

3. Nghề đào Bitcoin là gì?

Nghề đào Bitcoin là một loại hình liên doanh kinh doanh cần nguồn vốn đầu tư chủ yếu cho ba đầu vào là điện, hệ thống khai thác và cơ sở hạ tầng mạng. Điện là năng lượng chạy các hệ thống khai thác 24/7. Bên cạnh đó, việc làm mát khu vực đặt hệ thống khai thác cũng có thể khá tốn kém.

Các hệ thống khai thác có thể là máy tính để bàn, máy chơi game thông thường đến máy khai thác ASIC với giá đắt hơn nhưng có thể khai thác nhanh hơn. 

Cơ sở hạ tầng mạng yêu cầu nhiều kết nối nội bộ để kết nối mỗi giàn khai thác với bộ định tuyến chính hoặc máy chủ có kết nối với internet. 

Tổng chi phí cho ba đầu vào này phải ít hơn giá của Bitcoin ở đầu ra để liên doanh có thể tạo ra lợi nhuận. Trên thực tế, tổng chi phí sản xuất cho mỗi Bitcoin là khoảng 26.500 đô la, bao gồm CapEx, điện và các OpEx khác cho mỗi Bitcoin. Tuy nhiên, chi phí khai thác một khối có thể tăng cao tới 40.000 USD cho mỗi Bitcoin sau kỳ halving vào năm 2024.

4. Lịch sử nghề đào Bitcoin

Sự phát triển của nghề đào Bitcoin đã được đánh dấu bằng những thay đổi đáng kể trong công nghệ được sử dụng để khai thác. Trong những ngày đầu của Bitcoin, máy tính để bàn với CPU thông thường được dùng chủ yếu để khai thác Bitcoin. 

Tuy nhiên, khi mức độ khó của thuật toán tăng theo thời gian, máy tính phải mất nhiều thời gian hơn để phát hiện ra các giao dịch trên mạng của tiền điện tử. 

Theo một số ước tính, CPU thông thường phải mất trung bình vài trăm nghìn năm để tìm ra một khối hợp lệ ở mức độ khó vào đầu năm 2015. Giai đoạn từ năm 2009 đến năm 2015 được đánh dấu bằng một loạt các đổi mới và sự kiện quan trọng để định hình cho tương lai của việc khai thác Bitcoin. 

Một trong những cột mốc quan trọng nhất trong thời gian này là quá trình chuyển đổi từ khai thác bằng CPU sang GPU hoặc các đơn vị xử lý đồ họa. 

Ngành công nghiệp khai thác tiếp tục phát triển cùng với những nỗ lực thúc đẩy phân cấp bao gồm phát triển các thuật toán khai thác, khám phá các cơ chế đồng thuận mới và đưa ra các sáng kiến để khuyến khích các cá nhân tham gia vào khai thác.

4.1. Khai thác bằng GPU

Theo thời gian, các thợ đào nhận ra rằng các đơn vị xử lý đồ họa (GPU) hiệu quả hơn và khai thác nhanh hơn do khả năng thực hiện nhiều phép tính giúp cải thiện sản lượng cho quá trình khai thác tiền điện tử.

GPU được thiết kế để nhanh chóng thực hiện các phép tính lặp đi lặp lại khi hiển thị trò chơi điện tử, đồ họa hoặc video 3D, giúp hoạt động khai thác hiệu quả hơn. 

4.2. Khai thác bằng ASIC

Hiện nay, các thợ đào thường sử dụng các máy khai thác chuyên dụng gọi là máy khai thác mạch tích hợp chuyên dụng (ASIC), được trang bị chip chuyên dụng để khai thác Bitcoin nhanh hơn và hiệu quả hơn.

Giá của ASIC có thể từ vài trăm đến hàng chục nghìn đô la. Khai thác Bitcoin ngày càng tăng mức cạnh tranh và một số thợ đào chỉ có thể thực hiện có lợi nhuận với các ASIC được cập nhật mới nhất.

5. Vấn đề khi đào Bitcoin

Giữa một trong 57,6 nghìn tỷ tỷ lệ cược, mức độ khó mở rộng và mạng lưới người dùng xác minh giao dịch khổng lồ thì một khối giao dịch được xác minh khoảng 10 phút một lần. Nhưng điều quan trọng cần nhớ là 10 phút là một mục tiêu, không phải là một quy tắc. Bên cạnh đó, một số vấn đề khi đào Bitcoin mà người chơi nên chú ý như sau:

• Tốc độ

Mạng Bitcoin chỉ có thể xử lý từ ba đến sáu giao dịch mỗi giây với các giao dịch được ghi vào blockchain khoảng 10 phút một lần. Theo thực tế, Visa có thể xử lý khoảng 65.000 giao dịch mỗi giây

Tuy các giải pháp như lớp thứ hai và nâng cấp cho blockchain Bitcoin đang từng bước giải quyết các vấn đề về tốc độ nhưng các mạng ngân hàng hiện đại và các blockchain khác vẫn tạo nhiều số lượng giao dịch hơn mạng lưới Bitcoin.

• Khả năng mở rộng

Mặc dù các thợ đào Bitcoin đã đồng ý rằng phải có biện pháp để giải quyết vấn đề mở rộng quy mô nhưng vẫn chưa đồng lòng về cách thực hiện. Do đó, Bitcoin đã được chỉnh sửa bằng cách giới thiệu các bản nâng cấp và chấp nhận đầu vào từ các lớp thực hiện công việc ngoài chuỗi. Tuy nhiên, khả năng mở rộng vẫn chưa tạo nhiều đột phá.

• Lượng điện năng sử dụng

Mạng lưới Bitcoin thường tiêu thụ năng lượng rất đáng kể. Người ta ước tính rằng Bitcoin tiêu thụ 127 terawatt-giờ (TWh) điện mỗi năm, nhiều hơn một số quốc gia. Chỉ riêng việc khai thác Bitcoin đã chiếm một phần lớn mức tiêu thụ này và ước tính rằng một giao dịch Bitcoin phải mất 1.449 kWh để hoàn thành.  

Vấn đề tiêu thụ năng lượng là kết quả của quá trình khai thác bằng chứng công việc (PoW) độc nhất của Bitcoin. Việc sử dụng nhiều điện năng liên quan đến khai thác PoW là hậu quả tất yếu của thiết kế hệ thống và nhu cầu của các thợ mỏ để giải quyết các tính toán phức tạp.

Khai thác Bitcoin chạy bằng năng lượng tái tạo đã được đưa ra như một giải pháp tiềm năng để giảm tác động môi trường, nhưng thách thức về tiêu thụ năng lượng và hậu quả kinh tế vẫn còn đó.

6. Kết luận

Khai thác Bitcoin là một quá trình sử dụng nhiều tài nguyên năng lượng với các hệ thống khai thác chuyên dụng cạnh tranh để giải quyết các giao dịch. Quá trình khai thác Bitcoin cũng xác nhận các giao dịch trên mạng của tiền điện tử và làm cho chúng đáng tin cậy.

Bên cạnh đó, Bitcoin được thưởng cho những người giành chiến thắng (miner) trong khi khai thác như một động lực để tham gia vào quá trình này. 

Mặc dù các thợ đào cá nhân đã sử dụng hệ thống máy tính thông thường trong những ngày đầu của tiền điện tử nhưng hệ sinh thái khai thác Bitcoin bị chi phối bởi các công ty khai thác lớn điều hành các nhóm khai thác đang ngày càng trải rộng trên nhiều khu vực địa lý.

Trên đây là chia sẻ của Bigcoin Việt Nam về quá trình khai thác Bitcoin. Nếu như có bất kỳ thắc mắc nào khác, bạn có thể đặt câu hỏi tại nhóm Bigcoin Việt Nam để được giải đáp.

Đọc thêm:

• Liquidity Pool là gì? Tìm hiểu chi tiết về Liquidity Pool
• Bitcoin ETF là gì? Sự khác biệt giữa Bitcoin ETF Spot và Bitcoin ETF Futures
• KYC là gì? Quy trình xác minh KYC khi giao dịch crypto