В основу экономической части концепции новой валюты Сатоси Накамото поставил свойства золота. Поэтому выпуск (эмиссию) монет в криптовалютах и подобных им блокчейнах принято сравнивать с добычей драгоценных металлов. Количество биткоинов ограничено, а получение одного биткоина сейчас требует затрат в несколько тысяч долларов, поэтому такая точка зрения более чем справедлива.

По аналогии с добычей полезных ископаемых процесс эмиссии монет (токенов) в классических блокчейнах называется майнингом (англ. mining – добыча полезных ископаемых).

Майнинг в блокчейнах осуществляют так называемые майнеры (англ. miner – шахтер), которые выполняют требуемые для создания новых блоков вычисления и получают за это вознаграждение в монетах того блокчейна, в котором они работают. Кроме того, майнерами называются специализированные устройства для майнинга, например ASIC-майнеры или GPU-майнеры.

В 2011 году был изобретен совместный майнинг в нескольких блокчейнах (merged mining), где вычисления выполняются по одному алгоритму хеширования. Например, наиболее известен совместный майнинг в блокчейнах Bitcoin и Namecoin (алгоритм хеширования SHA256), а также Litecoin и Dogecoin (алгоритм хеширования Scrypt).

Майнинг в блокчейне осуществляется с помощью стандартного или специализированного кошелька, аналогичного кошелькам всех остальных пользователей. Программное обеспечение кошелька предназначено для выполнения набора правил протокола, установленного разработчиками каждого блокчейна, регулирующих в том числе и майнинг. Протокол обеспечивает согласованное выполнение пользователями блокчейна таких правил, как:

Также есть множество менее существенных правил, помогающих сделать работу блокчейна более быстрой, эффективной и безопасной.

Процесс майнинга состоит в подборе хеш-суммы содержимого блока, соответствующей заданным протоколом правилам, алгоритму хеширования и уровню сложности (параметр протокола, определяющий ресурсоемкость вычислений для создания блока). На основе этого хеша происходит сборка нового блока и включение в него транзакций, имеющихся в пуле памяти узла (mempool). Каждый последующий блок прицепляется к предыдущему с помощью хеш-суммы содержимого предыдущего блока, которая включается в заголовок нового. Именно эта последовательность сцепления блоков привела к появлению термина «блокчейн», то есть «цепочка блоков».

При добыче нового блока в нем автоматически создается транзакция, которая отправляет в кошелек майнера некоторое количество новых монет, до этого не существовавших в блокчейне. Они называются наградой за блок (block reward). К награде присоединяются комиссионные сборы, выплачиваемые пользователями за включение их транзакций в блоки. В блокчейне Bitcoin (и большинства криптовалют) эта награда постепенно уменьшается, что приводит к замедлению эмиссии и вызывает увеличение спроса на монеты. В Bitcoin майнеры первоначально получали 50 BTC, а через каждые 210 000 блоков награда уменьшается вдвое. К 2018 году произошло уже два уменьшения награды, и на момент издания книги майнеры получают только 12,5 BTC и около 1–2 BTC комиссионных сборов. В 2020 году произойдет очередное уменьшение награды, после которого майнеры будут получать только 6,25 BTC за каждый блок, и так далее. Полностью эмиссия биткоинов закончится примерно в 2140 году, но уже задолго до этой даты основной статьей дохода майнеров должны стать комиссионные сборы.

Особенностью майнинга является то, что за единицу времени добывается в среднем фиксированное количество монет, не зависящее от количества и производительности работающих в сети майнеров. При росте суммарной производительности майнеров эмиссия монет на некоторое время ускоряется, но через определенное количество блоков происходит перерасчет сложности, и уже увеличившаяся производительность майнеров приводит к добыче стандартного количества монет. Если майнеры начинают отключаться от сети, процесс корректировки сложности происходит в обратном порядке.

В блокчейне Bitcoin перерасчет сложности происходит через каждые 2016 блоков, на что в среднем требуется две недели. Такой период был признан слишком длинным, так как вызывает достаточно резкие колебания скорости эмиссии. В новых блокчейнах разработчики устанавливают более короткий период перерасчета сложности, в идеале она пересчитывается после каждого нового блока на основании усредненной скорости добычи последних нескольких сотен блоков.

Все вышеизложенное относится к большинству криптовалютных блокчейнов, применяющих метод Proof-of-Work. Несколько лет назад среди разработчиков блокчейнов появилось новое веяние – так называемый предварительный майнинг, или премайн (premine). Он состоит в том, что при запуске блокчейна в первом блоке задается мгновенное создание монет – сразу всех или доли от запланированного максимального их числа. Эти монеты оказываются в руках разработчиков, которые и занимаются их распределением. В таких блокчейнах влияние майнеров снижается и повышается уровень централизации, поэтому сообщество относится к ним с подозрением. В блокчейнах с альтернативными методами консенсуса (см. ниже) премайн уже стал общей практикой, и во многих из них все монеты (токены) создаются в первом блоке. Такая же практика используется при создании на блокчейнах производных активов – токены выпускаются разработчиками в полном объеме и впоследствии продаются пользователям.

Популярность майнинга росла вместе с распространением и ценой криптовалют. До середины 2010 года майнингом в сети Bitcoin занимались только Сатоси Накамото и немногочисленные энтузиасты, так как будущее криптовалюты было еще туманным и знали о ней не более нескольких тысяч людей во всем мире. И даже для большинства этих «ранних адептов» Bitcoin оставался всего лишь любопытным научным и социальным экспериментом.

В то время майнинг происходил на процессорах обыкновенных ПК или ноутбуков с помощью стандартного кошелька. Сложность майнинга увеличивалась достаточно медленно, поскольку он еще не стал коммерчески выгодным. Но в конце 2010 года новости о криптовалюте появились в крупных СМИ, начали открываться биржи, сервисы и магазины, принимающие оплату в криптовалюте. Цена биткоина активно росла, и майнинг стал экономически выгодным занятием.

После этого количество майнеров и производительность оборудования начали быстро увеличиваться, и уже в 2013 году появились фермы для промышленного майнинга. Сейчас суммарное энергопотребление майнеров всех ведущих PoW-блокчейнов можно сравнить с потреблением крупных европейских стран. В ближайшем будущем майнеры будут потреблять более 1 % всей генерируемой в мире электроэнергии.

И еще один любопытный момент, наглядно показывающий ресурсоемкость майнинга. Несколько лет назад широко распространялась информация о том, что вычислительная мощность сети Bitcoin во много раз превышает возможности любого суперкомпьютера в мире. Однако это касается только скорости расчета хешей для формирования блоков. Поскольку майнинг биткоина происходит на специализированном оборудовании, которое не способно выполнять другие операции, подобные сравнения некорректны. И все же в майнинге сейчас задействованы огромные вычислительные ресурсы, которыми не может похвастаться ни одно из научных учреждений мира. Но GPU-майнеры работают на универсальном оборудовании, которое может использоваться для других задач. После того как во II квартале 2018 года прибыльность майнинга значительно снизилась, некоторые крупные майнеры начали искать дополнительные источники дохода, предоставляя свои майнинговые фермы в аренду для проведения научных или инженерных расчетов, рендеринга видео и других задач, где требуются значительные вычислительные ресурсы.

Учитывая текущие вычислительные мощности, затрачиваемые на функционирование блокчейна Bitcoin, он остается самым безопасным блокчейном в мире и будет таковым до тех пор, пока не появятся и не будут проверены на практике кардинально новые методы обеспечения безопасности транзакций в блокчейне.