ما هو تعدين البيتكوين وكيف يتم ذلك؟

تعريف تعدين البيتكوين

تعدين البيتكوين هو عملية إنشاء عملات بيتكوين جديدة، والتحقق من المعاملات وإضافتها إلى سلسلة الكتل. تستخدم عملية التعدين أجهزة كمبيوتر قوية قادرة على حل مسائل رياضية معقدة لتأمين شبكة البيتكوين والحفاظ على هيكلها اللامركزي.

دور التعدين في نظام بيتكوين البيئي

يلعب التعدين دورًا رئيسيًا في ضمان أمن وسلامة نظام البيتكوين البيئي. يتضمن هذا الدور حل مشكلات برمجية معقدة للتحقق من المعاملات وإضافة كتل جديدة. في الوقت نفسه، ونظرًا لمحدودية عرض البيتكوين، يلعب التعدين أيضًا دورًا في توزيع عملات بيتكوين جديدة.

العلاقة بين التعدين والبلوكشين

في التعدين، يُحلُّ المشكلات على سلسلة الكتل باستخدام خوارزمية إثبات العمل (Proof of work). يتطلب إثبات العمل من المُعَدِّنين (أجهزة الكمبيوتر) إيجاد قيمة تجزئة تُحقِّق هدفًا مُحدَّدًا. تُحصَل هذه القيمة باستخدام دوال تجزئة تشفيرية مثل SHA-256.

يُعيد المُعدّنون حساب قيمة التجزئة باستمرار بإضافة قيمة خاصة إلى البلوكشين. عند العثور على قيمة التجزئة الصحيحة، أي أقل من مستوى صعوبة مُعين، تُنشأ كتلة جديدة.

يُشكَّل رابط تشفيري ثابت بين الكتل، إذ تحتوي كل كتلة على قيمة تجزئة الكتلة السابقة. إذا تغيّرت أي بيانات على كتلة، تتغير قيمة تجزئة تلك الكتلة أيضًا، مما يُؤدي إلى تناقضات في بقية السلسلة. وبالتالي، يُمكن اكتشاف التغييرات في سلسلة الكتل ومنعها بسهولة.

كيف يعمل تعدين البيتكوين؟

خطوات عملية التعدين

• تجميع المعاملات: تُجمع جميع المعاملات على شبكة بيتكوين في مجمع يُسمى “ميمبول”. يأخذ المعدنين المعاملات من هذا المجمع ويستخدمونها لإنشاء كتلة جديدة.
• إعداد رأس الكتلة: لإنشاء كتلة جديدة، يُعِدّ المُعَدِّن رأس الكتلة أولاً. يحتوي رأس الكتلة على معلومات مثل قيمة تجزئة الكتلة السابقة، وقيمة تجزئة المعاملات (شجرة ميركل)، والطابع الزمني، ومستوى الصعوبة، والرقم العشوائي.
• تعيين قيمة Nonce: يتم تغيير قيمة Nonce باستمرار في رأس الكتلة للعثور على قيمة التجزئة الصحيحة لضمان أن تنتج الوظيفة قيمة أقل من مستوى صعوبة معين.
• حساب التجزئة (Hash): يحسب المُعَدِّن قيمة تجزئة رأس الكتلة باستخدام دوال تجزئة تشفيرية مثل SHA-256. عند العثور على قيمة التجزئة الصحيحة، تُنشأ الكتلة.
• نشر الكتلة: بعد العثور على قيمة التجزئة الصحيحة، يُتيح المُعدِّن الكتلة الجديدة للعقد الأخرى في الشبكة. تتحقق العقد الأخرى من صحة الكتلة، وتؤكدها، ثم تُضيفها إلى سلسلة الكتل.

وظائف التجزئة التشفيرية وSHA-256

دوال التجزئة التشفيرية المستخدمة في تعدين البيتكوين هي دوال برمجية تُعالج البيانات وتتحقق منها بأمان. خوارزمية التجزئة الآمنة SHA-256 (256 بت) هي دالة شائعة الاستخدام في التعدين. تُنتج SHA-256 قيمة تجزئة ثابتة الطول (256 بت) بغض النظر عن طول المُدخلات.

تتميز دالة التجزئة SHA-256 بخصائص رئيسية عديدة:

1. أولًا، هي حتمية، أي أن نفس المدخلات تُنتج دائمًا نفس المخرجات.
2. ثانيًا، تُجرى حسابات التجزئة بسرعة، مما يجعل العملية أكثر كفاءة.
3. ثالثًا، تُنتج مخرجات ثابتة الطول عن طريق تلخيص المدخلات، مما يُسهّل تلخيص وتخزين حتى البيانات الكبيرة.
4. وأخيرًا، تتميز SHA-256 بمقاومة عالية للتعارضات؛ فاحتمالية إنتاج مدخلات مختلفة لنفس المخرجات ضئيلة للغاية.

إنشاء الكتل وإضافتها

إنشاء وإضافة الكتل هو الخطوة الأخيرة في عملية التعدين، وتسبقها ثلاث خطوات أخرى أكثر أهمية:

1. إعداد رأس الكتلة: يقوم المعدنين بإعداد رأس كتلة يحتوي على قيمة التجزئة للكتلة السابقة وقيمة التجزئة للمعاملات الجديدة (شجرة ميركل).
2. ضبط قيمة النونس وحساب التجزئة: يحسب المعدنين قيمة التجزئة لرأس الكتلة بتغيير قيمة النونس. تستمر هذه العملية حتى يتم العثور على قيمة التجزئة الصحيحة.
3. العثور على قيمة التجزئة الصحيحة: عندما تكون قيمة التجزئة أقل من مستوى الصعوبة، فهذا يعني أنه تم العثور على قيمة nonce الصحيحة وتم إكمال الكتلة.
4. إنشاء الكتلة وإضافتها: تُبث الكتلة المكتملة إلى العقد الأخرى في الشبكة. تتحقق العقد الأخرى من صحة الكتلة وتضيفها إلى سلسلة الكتل.

معدات التعدين

الأجهزة المطلوبة للتعدين (ASIC / GPU / CPU)

• ASIC (الدائرة المتكاملة المخصصة للتطبيقات): هي رقاقة دقيقة مصممة خصيصًا لتشغيل خوارزمية تجزئة بسرعة. كما أنها دائرة متكاملة مخصصة للتطبيقات لأنها مصممة خصيصًا لخوارزمية تجزئة واحدة. لذلك، يجب استخدام دوائر ASIC مختلفة لكل عملة ترغب في تعدينها. تكلفة ASIC مرتفعة نظرًا لطبيعتها المتخصصة ومجالات تطبيقها المتخصصة.
• وحدة معالجة الرسومات (GPU): هي وحدة معالجة رسومات، وهي الشريحة الموجودة على بطاقة الرسومات، والتي تُجري عمليات حسابية متكررة، عادةً لعرض الرسومات. على الرغم من أنها ليست بقوة ASIC، إلا أن وحدات معالجة الرسومات (GPU) مرنة للغاية في استخداماتها. مع أن استخدام وحدات معالجة الرسومات في التعدين أمرٌ مثير للجدل، إلا أنها تُستخدم غالبًا لفك تشفير وعرض الرسوم المتحركة ومقاطع الفيديو ثلاثية الأبعاد بسلاسة.
• وحدة المعالجة المركزية (CPU): هي وحدة المعالجة المركزية في الحاسوب. تُصنّع شركتا Intel وAMD معظمها. تُعدّ وحدات المعالجة المركزية بمثابة عقل الحاسوب، حيث تُنفّذ جميع المهام المرتبطة عادةً به، مثل حفظ المستندات عن طريق كتابتها على القرص الصلب. في الواقع، تُوجد معظم مكونات الحاسوب الأخرى لدعم عمل وحدة المعالجة المركزية.

أجهزة التعدين الشائعة

تتمتع أجهزة ASIC بمزايا كبيرة لعمليات التعدين واسعة النطاق. بفضل كفاءتها العالية ومعدلات التجزئة العالية، تستطيع ASICs توليد بيتكوين أكثر من وحدات معالجة الرسومات (GPUs) بنفس استهلاك الطاقة.

وتزداد الكفاءة وضوحًا في عمليات التعدين واسعة النطاق التي تُستخدم فيها عدة ASICs، ويمكن أن يؤدي هذا التأثير التراكمي إلى زيادة الأرباح.

يتيح تعدين وحدة المعالجة المركزية للأفراد المشاركة في عملية التعدين دون الحاجة إلى تحضير كبير. ورغم أن هذا النوع من التعدين ليس بقوة تعدين وحدات معالجة الرسومات (GPU) والدوائر المتكاملة المُعَدَّلة (ASIC)، إلا أنه لا يزال يلعب دورًا حيويًا في منظومة العملات المشفرة.

ويعود ذلك إلى أن مُعَدِّني وحدة المعالجة المركزية يُساهمون في لامركزية شبكات البلوكشين، مما يوفر الاستقرار والأمان.

من أهم مزايا تعدين وحدات معالجة الرسومات (GPU) تعدد استخداماتها. فتعدد استخداماتها يجعل وحدات معالجة الرسومات (GPU) قيّمة للغاية خارج نطاق التعدين.

فعلى عكس الدوائر المتكاملة المتخصصة (ASICs)، المخصصة حصريًا لتعدين العملات المشفرة، تُعد وحدات معالجة الرسومات (GPU) معالجات متعددة الأغراض، قادرة على تنفيذ مجموعة متنوعة من المهام الحسابية.

مجمعات التعدين

ما هي مجمعات التعدين؟

مجمعات التعدين (Mining Pools) هو نوع من الشبكات الرقمية للمُعدِّنين. في مجمعات التعدين، يتعاون المُعدِّنون لتعدين الكتل، وتُوزَّع المدفوعات وفقًا لمساهمة كل مُعَدِّن في التجمع.

مزايا وعيوب مجمعات التعدين

إن الانضمام إلى مجمع تعدين (Mining Pool) يُتيح بالفعل مزايا عديدة للمُعدِّن الفردي. ولعل أهمها تدفق دخل ثابت. ففي نظام يتنافس فيه المُعدِّنون مع منظمات ذات موارد أكبر بكثير، تُتيح العضوية في مجمع تعدين للمُعدِّنين العمل بشكل تعاوني. في مثل هذه المنظمات، يُمكنهم التعاون لحل الكتل والحصول على حصة من المكافآت بشكل أكبر. يُقلل هذا من عنصر الصدفة بشكل كبير، ويُستبدل بتدفق دخل ثابت ومنتظم.

من المزايا الإضافية للانضمام إلى مجمع تعدين تقليل تعقيد عملية التعدين. ففي نهاية المطاف، يتطلب التعدين الجماعي معرفة تقنية أقل من التعدين لوحدك. وهذا يسمح بمشاركة مجموعة أوسع من المشاركين في العملية من خلال الاهتمام بالعديد من الجوانب المعقدة.

لقرار الانضمام إلى مجمع تعدين بعض العيوب. من أبرزها انخفاض حجم المكافأة الفردية. فبينما تقدم مجمعات التعدين مدفوعات أكثر انتظامًا، إلا أنها أصغر نظرًا لتوزيع الأرباح بين المشاركين. بالإضافة إلى صغر حجم المدفوعات، عادةً ما تفرض مجمعات التعدين على المشاركين رسومًا. تُفرض هذه الرسوم لتغطية تكاليف صيانة وتشغيل المجمع. قد تبدو هذه الرسوم ضئيلة للوهلة الأولى، إلا أنها تتراكم مع مرور الوقت، مما يقلل من إجمالي أرباح المُعدِّن.

بالإضافة إلى ذلك، تُعدّ مسألة المركزية المرتبطة بمجموعات التعدين من أهم نقاط الخلاف في مجتمع العملات المشفرة. فالسمة الرئيسية للعملات المشفرة هي لامركزيتها. ومع ذلك، فإن مجموعات التعدين، وخاصةً الكبيرة منها، تجمع قدرًا كبيرًا من طاقة التجزئة.

أشهر مجمعات التعدين

هناك العديد من مجمعات التعدين التي اكتسبت شعبية على مر السنين. وتشمل هذه المجمعات Slush Pool، أول مجمع تعدين؛ وF2Pool، المعروف بخياراته الواسعة من العملات الرقمية؛ وAntPool، الذي تديره Bitmain؛ وBTC.com، المعروف بواجهته سهلة الاستخدام.

تصنيف صعوبة التعدين والمكافآت

ما هي صعوبة التعدين وكيف يتم تحديدها؟

في تعدين البيتكوين، يُشير تصنيف الصعوبة إلى مدى صعوبة تعدين كتلة بنجاح. ويُعدّل تلقائيًا وفقًا لإجمالي القدرة الحاسوبية (معدل التجزئة) لشبكة البيتكوين.

ويُضبط مستوى الصعوبة بحيث تُنشأ كتلة جديدة كل 10 دقائق في المتوسط. كما يُعاد حسابه كل 2016 كتلة، أي كل أسبوعين تقريبًا.

وتُجرى إعادة الحساب لأسباب أمنية وللحفاظ على ثبات وقت تعدين الكتلة. وتزداد الصعوبة بازدياد إجمالي القدرة الحاسوبية للمُعدِّنين في الشبكة.

مكافآت الكتلة وأحداث الهالفينج

في تعدين البيتكوين، يُكافأ المُعدّنون بمبلغ مُحدد من البيتكوين في كل مرة يُنشئون فيها كتلة جديدة. تُعرف مكافأة الكتلة بأنها إحدى آليات التحفيز في البيتكوين.

تُقلّص مكافآت الكتل إلى النصف كل 210,000 كتلة (كل أربع سنوات تقريبًا). بدءًا من 50 بيتكوين، تنخفض المكافأة إلى 25 بيتكوين في النصف الأول، ثم 12.5 بيتكوين في النصف الثاني، ثم 6.25 بيتكوين في النصف الثالث، وأخيرًا 3.125 بيتكوين في النصف الرابع.

استهلاك الطاقة والتأثيرات البيئية للتعدين

احتياجات الطاقة لتعدين البيتكوين

يستهلك تعدين البيتكوين حوالي 120 تيراواط/ساعة من الطاقة سنويًا. وهذا يُعادل تقريبًا الاستهلاك السنوي للطاقة في دول مثل هولندا والأرجنتين. يعتمد الطلب على الطاقة في شبكة البيتكوين بشكل رئيسي على الكهرباء اللازمة لتشغيل أجهزة ASIC. تستهلك هذه الأجهزة كميات كبيرة من الكهرباء ولا تتوقف عن استهلاكها باستمرار.

التأثيرات البيئية والاستدامة

من المتوقع أن يكون الأثر البيئي لتعدين البيتكوين كبيرًا. ووفقًا لمؤشر كامبريدج لاستهلاك الكهرباء في بيتكوين (CBECI)، يُصدر تعدين البيتكوين حوالي 60 مليون طن من ثاني أكسيد الكربون سنويًا. وهذا يُعادل 0.2% من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري في العالم. كما أن لإنتاج وإيقاف تشغيل معدات التعدين آثار بيئية.

هناك عدة طرق لتقليل التأثير البيئي لتعدين البيتكوين وتحسين كفاءة الطاقة التي يمكن أن تحدث فرقًا:

• الطاقة المتجددة: يتزايد استخدام الطاقة المتجددة في تعدين البيتكوين يومًا بعد يوم. على سبيل المثال، في منطقة سيتشوان الصينية، تُشغّل الطاقة الكهرومائية 50% من عمليات التعدين.
• معدات الطاقة: شهدت كفاءة استخدام الطاقة في معدات التعدين تحسنًا ملحوظًا في السنوات الأخيرة. توفر أجهزة ASIC من الجيل الجديد قوة حوسبة أعلى باستهلاك طاقة أقل. على سبيل المثال، يستهلك جهاز Bitmain Antminer S19 Pro حوالي 29.5 جول من الطاقة لكل تيراهاش.
• المناطق ذات المناخ البارد: يُمكن أن يُقلل إجراء عمليات التعدين في المناخات الباردة من استهلاك الطاقة من خلال توفير التبريد الطبيعي. تُعدّ دول مثل أيسلندا وكندا أكثر ملاءمةً للتعدين بفضل انخفاض درجات الحرارة فيها ومصادر الطاقة المتجددة.

التعدين في المنزل: هل هو ممكن؟

ما تحتاجه للتعدين في المنزل

يُمكنك التعدين في المنزل إذا استوفيت المتطلبات الأساسية. يتطلب الأمر جهاز تعدين قويًا، جهاز كمبيوتر عالي الأداء مزود بوحدة معالجة رسومية (GPU) أو وحدة معالجة مركزية (CPU)). بعد ذلك، ستحتاج إلى تثبيت برنامج التعدين وتكوينه.

مزايا وعيوب التعدين في المنزل

للتعدين المنزلي مزايا عديدة. أولًا، تُتاح لك فرصة ربح العملات الرقمية باستخدام أجهزتك الخاصة. إذا زادت قيمتها، يُمكنك تحقيق ربح كبير. إضافةً إلى ذلك، يُعدّ تعلّم عملية التعدين وسيلةً جيدةً لفهم التكنولوجيا والتعرّف على نظام التعدين بشكل كامل.

بالطبع، للتعدين المنزلي عيوبه. فمعدات التعدين باهظة الثمن، وتؤدي إلى ارتفاع فواتير الكهرباء عند تشغيلها بشكل مستمر. كما قد تُصدر معدات التعدين ضوضاء أثناء التشغيل، مما قد يُسبب إزعاجًا في بيئة المنزل. كما أن ازدياد المنافسة يُقلل من ربحية التعدين الفردي؛ وهذا يُضعف من ربحية التعدين الفردي مقارنةً بمجموعات التعدين الكبيرة.

الأسئلة الشائعة حول التعدين