Slovní spojení těžba kryptoměn je dnes slyšet ze všech stran. Obecné publikum vidí jen velké těžařské farmy a jejich výnosy, popřípadě neekologickou a zbytečnou práci.
Málokdo však skutečně ví, k čemu těžba slouží, proč je pro kryptoměnové sítě tak důležitá, a že vlastně ani neekologická ani moc není.
Pojďme se proto společně podívat na celou problematiku těžby kryptoměn a rozebrat si její jednotlivé části.
Obsah článku o těžbě kryptoměn
Jak funguje těžba – Proof of Work
Laická veřejnost má na těžbu kryptoměn spoustu názorů. Ať už ale jsou nebo nejsou pravdivé či relevantní, je důležité si uvědomit, že těžba ve své podstatě poskytuje jedinou věc:
Zabezpečení.
Abychom to pochopili, musíme znát princip těžby a alespoň povrchovou stavbu ekosystému kryptoměn. V této části budeme popisovat věc výhradně na Bitcoinu, který byl první kryptoměnou, která těžbu typu Proof of Work, využívala.
Jednotlivé skupiny lidí v tomto ekosystému
Máme tu celkem tři skupiny lidí, kteří v celém ekosystému kryptoměn hrají nějakou roli – uživatelé, provozovatelé node a těžaři.
Uživatelé
První skupinou jsou uživatelé. Ty asi není třeba nijak dlouze představovat. Je jím každý, kdo někdy Bitcoin nebo jinou kryptoměnu využil – ať už jakýmkoli způsobem.
Uzly
Další skupinou jsou provozovatelé uzlů (anglicky nodů). Ti už jsou zajímavější. Každý z těchto operátorů má malé zařízení, které ukládá celou historii blockchainu dané kryptoměny.
Blockchain si můžeme představit jako účetní knihu se záznamy všech transakcí, které se za jeho existenci staly. Práce node je pak ověřování čísel – jestli sedí obnosy na adresách, jestli jsou transakce validní, jestli někdo nepodvádí atd.
Nody jsou základním kamenem myšlenky kryptoměn, jelikož to, že existují, dává každému na světě možnost vlastnit svoji vlastní kopii účetní knihy dané měny a ověřovat pravost jednotlivých transakcí.
Těžaři
Posledním dílkem této skládačky jsou těžaři. Jejich prací je slučovat transakce, které na síti dané kryptoměny proběhly, do bloků, a uzamykat jednotlivé bloků za sebe. To přináší zabezpečení blockchainu.
Z technického pohledu není těžba nijak složitá, pokud ale nejste v této tematice kovaní, radši vám výše řečené po lopatě vysvětlíme.
Co je to blok?
Každý blok je "košík", který obsahuje hned několik věcí.
Tou hlavní a největší položkou je soupis transakcí, které se uskutečnily za určité časové období. V Bitcoinu je systém nastavený na okno o zhruba 10 minutách.
Další věc je nonce. To je náhodně generovaný kód, který se do bloku přidává.
Těžaři tyto dvě věci vezmou, dají je dohromady a pomocí algoritmu je převedou na hash – můžeme si ho představit jako podpis bloku. Každý hash je unikátní určitému souboru dat. Pokud bychom změnili jediný znak, celý hash se kompletně promění.
Teď zpět k těžařům.
Jak bylo zmíněno výše, těžaři vezmou transakce, přidají k nim číslo nonce (které si vymyslí) a projedou data přes algoritmus.
- Pokud má výsledný hash správný tvar (určitý počet nul), blok uzamykají, získávají odměnu v podobě nově vytvořených mincí a vrhají se do těžení dalšího bloku.
- Pokud však hash, který tímto výpočtem získali, nesedí, musí zkusit jiný nonce a algoritmus spustit znovu. Toto dělají milionkrát za vteřinu až do doby, kdy tuto "hádanku" opravdu vyřeší – naleznou správnou nonce a následně tedy správný hashe.
Další bloky už se liší jen v jedné věci. Každý z nich obsahuje hash předchozího bloku. Fakticky se tak v každém bloku nachází celá historie transakcí a stává se z nich řetěz – to je celý princip blockchain.
Jak těžba kryptoměny zabezpečuje?
Zabezpečení sítě kryptoměn vychází z jednoduchého principu, který už jsme nastínili výše. Blok lze uzamknout a transakce potvrdit jedině tak, že najdeme správný nonce. Jelikož se jedná o naprosto náhodné číslo, může nám jeho hádání zabrat i miliardy pokusů (teoreticky se těžař může trefit hned napoprvé, na to je ale samozřejmě téměř nulová pravděpodobnost).
Druhým klíčem k pochopení bezpečnosti je princip, že platí jenom nejdelší blockchain. Jinak řečeno – těžař, který před ostatní těžaře a uzly postaví nejdelší blockchain plný správných hashů, má zákonitě pravdu a tento blockchain je pokládán za jediný pravý. Všichni ostatní těžaři a uzly tento blockchain "převezmou" a pracují na dalším prodloužení řetězce. Cokoliv kratšího je zamítnuto.
Třetí a poslední důležitý princip je tzv. difficulty adjustment. Už jsme si řekli, že čas pro vytěžení bloku se má v průměru rovnat 10 minutám. Při zrodu Bitcoinu byla těžba na jednom počítači a každých 10 minut byl uzavřený jeden blok – systém fungoval stejně. Ve chvíli, kdy přibyl další počítač o stejném výkonu, čas se zkrátil na polovinu, protože dva těžaři hádali čísla 2x rychleji než jeden těžař.
Z toho důvodu systém Bitcoin obsahuje pojistku – obtížnost těžby se neustále zvyšuje v poměru k výkonu sítě. Pokud bude miliarda počítačů, těžba bude miliardkrát složitější než na počátku. V důsledku je tak nový blok vždy vytěžen v průměru jednou za deset minut.
Tři věci zmíněné výše už nám říkají vše potřebné.
Pokud chci změnit historii transakcí (například 10 bloků zpět), musím:
- Vyřešit nonce posledních 10 bloků sám (síť už bloky vyřešila a běží dál, já potřebuji vyřešit bloky v minulosti a přednést nejdelší řetězec).
- Musím mít přístup k výkonu stejně velkému, jako celá síť, jelikož těžím na stejné obtížnosti.
- Musím bloky řešit rychleji než celá síť, abych jí jednou předběhl a platila má verze. Potřebuji mít tedy dokonce větší výkon než celá síť.
Dnes už se spotřeba elektřiny všemi těžaři světa rovná spotřebě elektřiny malých států a jejich vybavení má hodnotu miliard dolarů.
Pro jednotlivce (dnes už i pro státy) je v podstatě nemožné na takový výkon dosáhnout. Síť je tím pádem velmi dobře zabezpečená proti přepisování historie transakcí a následným problémům. To je celý princip těžby.
Typy těžebních algoritmů
Jak jsme si již říkali, u Bitcoinu je třeba zkoušet číslo nonce, které dosadíme do hashovacího algoritmu a získáme tak hash. Těžební algoritmus, který nám hash získá, ale není jen jeden. Pojďme se podívat na pár dalších příkladů.
SHA-256
První algoritmus, který byl kdy použit v kryptoměnách. Adoptoval ho na svém počátku Bitcoin a pracuje s ním dodnes. Jeho otevřenost dovoluje velkou specializaci hardwaru a od těžby pomocí procesoru a grafických karet se přešlo na ASIC minery – zařízení, jejichž jediná funkce je těžba. Nic jiného neumí a proto neztrácí čas zbytečnostmi a těží velmi rychle. Díky tomu má algoritmus SHA-256 dnes největší výpočetní sílu na světě.
Ethash a Scrypt
Modernější algoritmy, jejichž hlavním cílem je zabránit využití ASICů. ASIC minery jsou velmi drahá a specializovaná zařízení. Může si je tak dovolit poměrně málo lidí. To přispívá k větší centralizaci.
Při zamezení jejich využití je možné těžit např. na výkonných grafických kartách, které už si může dovolit podstatně širší publikum. Ethash byl využíván například u Etherea a Scrypt stále využívá např. Dogecoin.
Druhy těžařského hardware (strojů)
Společně se softwarovou částí se vyvíjí i hardwarová stránka těžby. Vybavení se stále specializuje a jeho výkon v poměru k nákladům pořád roste.
CPU (procesor)
Těžba pomocí procesorů, které byste využívali v raných počátcích kryptoměn. Dnes už se na "velkých" kryptoměnách v podstatě nevyužívá, jelikož je neefektivní. Procesory pálí příliš mnoho elektřiny v poměru k poskytnutému výkonu.
GPU (grafické karty)
Jedna ze standardních variant. Těžba na grafických kartách je u některých kryptoměn jediná možnost. Poměr mezi výkonem a spotřebou je podstatně lepší, avšak stále se nejedná o vrchol specializace. Na druhou stranu si je může dovolit skoro každý. Těžba má tak šanci na vyšší úroveň decentralizace.
Na grafických kartách se dříve těžilo například Ethereum.
ASIC (těžební stroj)
Královský hardware pro těžbu kryptoměn. Specializace je cesta k efektivitě. Tzv. ASIC miner má pouze jedno využití – těžbu. Nic jiného neumí. To těmto strojům umožňuje co nejvíce optimalizovat výkon v poměru k nákladům a ASIC miner se tak stává nejlepším strojem k těžbě – pokud se dá samozřejmě využít.
ASIC minery jsou nejvíce využívané pro těžbu Bitcoinu.
Vyplatí se těžba kryptoměn?
Za odvedenou práci dostávají těžaři motivační odměnu v podobě nových jednotek dané kryptoměny a zaplacených poplatků v síti. S dnešními cenami je to velmi lákavá věc. Má to však pár háčků.
Celá problematika se dá shrnout do pár vět. Největším nákladem při těžbě je elektřina. Pokud ji máte dostatečně levnou, pak může být těžba rentabilní. Ceny elektřiny však v současnosti vyřazují drtivou většinu zájemců o těžbu.
Pokud jste však šťastlivci a elektřinu pro těžbu máte dostatečně levnou, narazíte záhy na další zásadní problém, kterým je samotná šance na úspěšné vytěžení nového bloku, pokud těžíte na vlastní pěst. Současná obtížnost těžby Bitcoinu je na tak vysokých úrovních, že šance na vytěžený blok se blíží téměř šanci na výhru v loterii.
Čekat doslova roky na první vytěžený blok se tím pádem téměř nikomu nevyplatí, alespoň ne malým soukromníkům (velké těžební farmy už jsou něco jiného, jejich těžební výkon šanci na vytěžení bloku radikálně zvyšuje). Pro běžné těžaře je tím pádem lepší využít tzv. mining pooly.
Mining pooly
Marek Palatinus přezdívaný Slush je programátor z České republiky, který má ve svém životopise kromě vynálezu hardwarových peněženek Trezor také nápad na mining pool.
Pokud jednomu samotnému člověku bude těžba jednoho bloku trvat 1000 let, ale takových lidí se spojí dohromady 10, bude jim to trvat už jen 100 let.
A co když jich je 100? Nebo 100 000?
Mining pool není nic jiného, než spojení těžařů do jedné digitální skupiny, která v těžbě táhne za jeden provaz.
Výnosy z vytěžených bloků se pak dělí mezi účastníky podle poskytnutého výkonu. Jedná se o nejférovější nabídku – když budete spolu se svými kolegy v poolu těžit bloky častěji a o profit se rozdělíte, budete mít mnohem stabilnější zdroj příjmů.
Dnes už se těžba nedá provozovat jinak. Na světě existuje mnoho poolů, avšak většinová výpočetní síla přichází z Číny (díky jejich levné elektřině).
Cloud mining
V základu se jedná o myšlenku vypůjčení výpočetního výkonu. Firmě zaplatíte nějakou fixní částku za pronájem těžebních strojů, například na rok dopředu, a zpět budete dostávat procento výnosů z těžby.
Na papíře to zní možná krásně. Realita ale je ve většině případů úplně jiná.
Jelikož si uživatel nemůže nic ověřit (jestli těžební stroje vůbec existují, kde se nachází atd.), často se objevovaly firmy s podobným záměrem. Jejich skutečné fungování bylo ale čisté letadlo. Výnosy byly vyplácené z nových uživatelů a když už nikdo nepřicházel, celá věc se zřítila a "investoři" přišli o peníze.
Další typ "těžby" – Proof of Stake
Každá kryptoměna potřebuje svůj bezpečnostní a potvrzovací mechanismus, jinými slovy mechanismus pro dosažení souhlasu (konsenzu) mezi jednotlivými účastníky sítě o jejím stavu v daném čase. Jako první byl využit Proof of Work u Bitcoinu, který jsme si popsali výše. S postupem času ale vznikaly nové směry a jedním z nich je dnes velmi rozšířený Proof of Stake.
Nejedná se o těžbu v pravém slova smyslu.
PoW využívá jako svůj základní mechanismus vynaložený výkon. Aby někdo mohl uzamykat bloky, potvrzovat transakce a tvořit historii, musí nakoupit hardware a poskytovat výkon (práci). Za tu samozřejmě platí nemalé výdaje – zejména spotřebovanou elektřinu. Pokud by se těžař choval nečestně, jeho práce a peníze přijdou vniveč.
Proof of Stake (PoS) jde na to z jiné strany. Validátoři (ne těžaři) pokládají na stůl své kryptoměny. Jejich oprávnění k tvorbě historie (uzamykání bloků) je vlastnictví jednotek. Algoritmus náhodně vybere jednoho uživatele, který své kryptoměny pro šanci vyhrát uzamkne (stake). Vybraný uživatel může blok uzavřít blok a dostat odměnu. Pokud by tito uživatelé chtěli nějakým způsobem síť podvádět, o kryptoměny přijdou skrze tzv. slashing.
To je základní premisa, na které PoS systém stojí.
Chcete validovat nové bloky? Ukažte nám, že na to máte a uzamkněte své kryptoměny. Čím více dáte, tím větší šanci na uzamknutí bloku máte. Ale pokud budete podvádět, uzamknuté kryptoměny jsou naše.
Které kryptoměny Proof of Stake využívají?
Nejznámějším příkladem kryptoměny využívající Proof of Stake je od září 2022 Ethereum. Ethereum do té doby využívalo algoritmus Proof of Work podobně jako Bitcoin, přechod na Proof of Stake byl velmi dlouho plánovaný, testovaný a několikrát odkládaný.
Dle vývojářů je Ethereum s novým mechanismem konsenzu připraveno na aplikaci dalších aktualizací, jejichž efektem bude např. snížení transakčních poplatků, zvýšení propustnosti sítě a masivní zvýšení decentralizace skrze zavedení konceptu absolutní nezávislosti, což dnes v zásadě neplatí, neboť je Ethereum závislé na centralizovaných síťových poskytovatelích jako je např. Infura, kterou používá i nejznámější decentralizovaná peněženka MetaMask či prohlížeč Brave s jeho tokenem BAT.
Dalšími příklady kryptoměn využívajících Proof of Stake jsou např. Cardano, Solana, BNB se svým BNB Chainem či např. Near Protokol.
Náklady a bezpečí PoS
Co se týče nákladovosti, na plné čáře vyhrává Proof of Stake. Vše se děje v digitální podobě a není tak potřeba nakupovat drahé vybavení a spotřebovávat elektřinu. PoS je tedy i mnohem, mnohem ekologičtější.
Na druhé straně je to ale velká bezpečnostní neznámá. Náklady v reálném světě slouží jako ochrana sítě před změnou historie. Pro její přepsání je nutné vynaložit ohromné peníze a neustále udržovat těžařské vybavení v chodu. Tyto náklady v PoS neexistují a tím pádem ani tato vrstva bezpečnosti.
Různé druhy PoS
Různé kryptoměnové projekty postupem času přicházely i s dalšími druhy PoS, do kterých vždy přidali i něco navíc.
- "Normální" Proof of Stake – každý může stakovat (ucházet se o uzamčení bloku) ze své peněženky.
- Delegated Proof of Stake – vybere se několik validátorů, kteří mohou bloky uzavírat. Nikdo jiný to dělat nesmí.
- Leased Proof of Stake – uživatelé mají možnost svůj podíl vypůjčit. Někdo provádí staking za ně.
- Masternode Proof of Stake – uzamykat bloky mohou jen "velké ryby".
Jiné způsoby konsenzu
Kromě Proof of Work a Proof of Stake, které jsme nastínili výše, existují ale i jiné typy, jak docházet ke shodě.
Proof of Authority
Velká podoba s PoS. Systém je složený z vybraných validátorů, jejichž identita je ale vnitřně známá. Pokud někdo z nich bude chtít podvádět, bude odhalen a ztratí práva na uzamykání bloků a na odměnu.
Tento systém je ale velmi centralizovaný a proto není většinovou kryptoměnovou komunitou uznáván.
Proof of Capacity
Všechna řešení každého bloku jsou dopředu známá a jsou zapsána na nějaké volné místo v úložišti. Proces těžby už je pak pouze o tom "s jakou pravděpodobností se na mém disku nachází to správné řešení". Těžbu tohoto typu nabízí např. kryptoměna Chia.
Čím více volného úložiště poskytnu, tím víc řešení se na něj zapíše a tím větší šanci budu mít na to, že mám to správné.
Závěr k těžbě kryptoměn
Těžba poskytuje síti dvě věci.
- Tou první je vkládání dat do jednotlivých bloků a jejich následné uzamykání. K tomu by však stačil i jeden počítač a vlastně by tak šlo o pouhý databázový program.
- Druhá, podstatně důležitější, je bezpečnost. Těžaři svou "utracenou" prací zabezpečují historii proti jejímu přepsání. Díky výdajově náročnému postupu při řešení bloku je dnes v podstatě nemožné, aby byla nějaká transakce v historii změněna.
Bez těžařů by Bitcoin, potažmo blockchain, ztratil svou důvěryhodnost.
Ať už se tedy na problematiku koukáme z jakéhokoliv úhlu, musíme se nutně dobrat k závěru, že těžba (případně staking) je jedním ze základních stavebních kamenů kryptoměn. A lidé či firmy, které tuto práci zastávají, by za ni měli být náležitě odměněni.
