Jak se těží bitcoiny – hashrate, obtížnost a další pojmy

Technický článek o bitcoinu. V tomto článku popíši vývoj hashrate, rychlosti těžení bloků a obtížnosti těžení bloků od začátku bitcoinového blockchainu, tj. od roku 2009, a speciálně za posledních 30 dní.

Základní pojmy

Hashrate (někdy česky též nazýván celková míra hashování) je stručně řečeno výpočetní síla bitcoinové sítě. Ačkoliv bitcoinová výpočetní síla (hashing power) není přesně známa, je ji možno odhadnout z počtu těžených bloků a aktuální obtížnosti těžení bloku.

Hashrate je klíčový ukazatel bezpečnosti sítě. Čím vyšší je hashrate, tím bezpečnější je síť a tím těžší je na ní zaútočit.

Denní hodnoty hashrate mohou růst a klesat kvůli náhodnosti při těžení bloků. To proto, že rychlost vytěžení nového bloku závisí na tom, jak rychle těžaři uhodnou náhodné číslo, které řeší rovnici generovanou systémem.

I při konstantní výpočetní síle (hashing power) se může počet vytěžených bloků za den měnit. Proto je průměrná hodnota hashrate za 7 dní považována za lepší ukazatel výpočetní síly, viz vyhlazené grafy hashratu uvedené níže.

Obtížnost těžení se upravuje po každých 2 016 blocích, tj. přibližně jednou za 14 dní. Upravuje se tak, aby průměrný čas mezi dvěma bloky byl 10 minut. To se sice nikdy přesně nepodaří nastavit. Cílem změn obtížnosti těžení je se co nejvíce přiblížit těm 10 minutám.

Hashrate – vývoj za posledních 30 dní

11. května t.r. v pozdních večerních hodinách našeho středoevropského času proběhl halving bitcoinu. Tím klesla odměna za vytěžení bloku na polovinu.

Těžaři byli po halvingu konfrontování s tím, že jejich příjmy klesly zhruba na polovinu, zatímco jejich náklady na elektřinu se nezměnily. Někteří těžaři v důsledku toho bitcoin (dočasně) přestali těžit. Tím klesl hashrate, jak je vidět na následujícím grafu.

Těsně před halvingem hashrate dosáhl rekordu 137 terahashů za vteřinu. 17. května klesl na 86 terahashů za vteřinu.

Všechny grafy hashrate uvedené v tomto článku jsem převzal 8. června 2020 ze stránek https://www.blockchain.com/cs/charts/hash-rate. (Na stránkách si je možno nastavit češtinu. Texty v obrázcích tedy nejsou mé překlady z angličtiny.)

Kvůli poklesu hashrate (poklesu hashing power) se zpomalilo těžení bloků. Obtížnost těžení se upravuje zhruba jednou za 14 dní. Obtížnost těžení byla snížena 20. května a pak 4. června t.r. Jak vidíme na výše uvedeném grafu, po obou sníženích obtížnosti hashrate na pár dní stoupl, ale později opět začal klesat. O rychlosti těžení bloků a změnách obtížnosti podrobněji pojednám v tomto článku níže, v kapitole Rychlost těžení bloků a změna obtížnosti těžení.

Přikládám ještě vyhlazený (s průměry za 7 dní) graf hashratu za posledních 30 dní.

Vývoj hashrate od roku 2009

Vývoj hashrate od počátku bitcoinového blockchainu v roce 2009 je dobře vidět na následujících grafech:

Při použití logaritmické stupnice, viz graf výše, je graf přehlednější.

Rozdělení hashrate mezi těžaře a těžařské skupiny

Na grafu vidíme, jak je hashrate rozdělen mezi těžaře a těžařské skupiny (pooly). Cituji z https://www.blockchain.com/cs/charts/pools :

„Graf výše ukazuje tržní podíl nejoblíbenějších fondů těžby bitcoinů. Měl by být používán pouze jako hrubý odhad a z různých důvodů nebude 100% přesný. Velká část bloků je seskupena do kategorie „Neznámé“. To neznamená útok na síť, jednoduše to znamená, že jsme nebyli schopni určit původ.““MethodologyThe coinbase transaction (first transaction in a block) helps identify the mining pool. Its input script usually contains a tag which can be mapped to the Mining Pool using the pools.json file from our public repository Blockchain-Known-Pools. Also, this same file contains a list of payout addresses linked to Mining Pools which are checked against the output addresses of the coinbase transactions.”

Na grafu vidíme, že tři skupiny těžařů mají nyní společně zhruba 50% hashrate.

Jak jsem napsal na začátku článku, hashrate je klíčový ukazatel bezpečnosti sítě. Čím vyšší je hashrate, tím bezpečnější je síť a tím těžší je na ni zaútočit. I při vysokém hashrate však tři skupiny spolu nyní dominují těžení. Kdyby se tyto skupiny spojily, tak by teoreticky mohly provést 51% útok na síť. Toto je dle mne velmi nepravděpodobné z následujících důvodů:

1. Po útoku by podvod byl odhalen. Na blockchainu by se dalo vyhledat, že vytěžený blok nesouhlasí.
2. Proč by se tyto tři skupiny pokoušely zabít slepici, která jim snáší zlatá vejce?
3. Například největší těžařská skupina F2Pool je skupina ve které jsou těžaři z celého světa a funguje už od roku 2013. Nedovedu si představit, že by členové této skupiny souhlasili s útokem na bitcoinovou síť.

Rychlost těžení bloků a změny obtížnosti těžení

Rychlost těžení bloků / průměrný čas na vytěžení nového bloku

Rychlost těžení bloku závisí na hash power, na obtížnosti těžení, ale také na náhodě. To proto, že rychlost vytěžení nového bloku závisí na tom, jak rychle těžaři uhodnou náhodné číslo, které řeší rovnici generovanou systémem. Čím větší výpočetní sílu má těžařův počítač, tím vícekrát za vteřinu se může pokusit uhodnout to číslo a to zvětšuje jeho šanci vytěžit blok.

Místo rychlosti těžení bloků (to by byl například počet nových bloků za hodinu) se zpravidla pracuje s pojmem průměrný (za 14 dní) čas na vytěžení nového bloku. Čím vyšší je průměrný čas na vytěžení nového bloku, tím menší je rychlost těžení.

Výše uvedená tabulka je print screen ze stránky blockchain  exploreru pořízený v okamžiku, kdy píší tyto řádky, tj. 11.6.2020 14:39.

Vidíme, že poslední blok byl vytěžen před 2 minutami, předposlední před 7 minutami, předpředposlední před 8 minutami, předpředpředposlední před 25 minutami, … před 29 minutami, … před 48 minutami atd. Intervaly mezi vytěžením následujících bloků jsou tedy velmi rozdílné. V tomto případě 5, 1, 17, 4, 19 atd. minut.

Proto, pokud chceme rozumně určit čas potřebný na vytěžení nového bloku (nepřímo i rychlost těžení), je třeba pracovat s průměry za nějaké období. Přikládám graf časů potřebných na vytěžení nového bloku za poslední tři měsíce.

Na grafu vidíme, že po halvingu, který proběhl 11. května, čas potřebný na vytěžení nového bloku začal stoupat a to ze zhruba 10 minut na 12 minut (jde o průměry za 14 dní). Obtížnost těžení byla snížena 20. května (a pak 4. června) a na grafu vidíme, že pak průměrná doba potřebná na vytěžení jednoho bloku začala klesat. Na grafu je to vidět o něco později, protože na něm jsou průměry za 14 dní.

Přikládám ještě dva grafy průměrného času potřebného k vytěžení nového bloku:

Na výše uvedeném logaritmickém grafu časů potřebných k vytěžení nového bloku (průměry za 14 dní) od začátku bitcoinového blockchainu vidíme, že v roce 2009 14-denní průměrná doba na vytěžení jednoho bloku byla i 80 minut. Od roku 2010 se však již pohybuje zhruba mezi 6 a 12 minutami.

Na tomto lineárním grafu za poslední dva roky jsou průměrné časy těžení nového bloku dobře vidět. Průměrný čas vytěžení nového bloku se pohybuje mezi 9 a 12 minutami.

Obtížnost těžení

Jak jsem napsal výše: Obtížnost těžení se upravuje po každých 2 016 blocích, tj. přibližně jednou za 14 dní. Upravuje se tak, aby průměrný čas mezi dvěma bloky byl 10 minut. To se sice nikdy přesně nepodaří. Cílem změn obtížnosti těžení je se co nejvíce přiblížit těm 10 minutám.

Kdy přibližně příští změna obtížnosti proběhne a odhad, jak bude velká, je možno sledovat na stránce https://diff.cryptothis.com/.

Přikládám print screen této stránky z 11.6.2020:

Vidíme, že příští změna obtížnosti proběhne příští úterý 16. června (článek jsem psal 11.6.20). Jelikož bloky jsou nyní těženy rychleji než jednou za deset minut, tak dle současného odhadu obtížnost těžení bude zvýšena o 13 – 17 procent. To ukazuje na to, že těžaři se snaží a buď se jim těžení vyplácí nebo těží do zásoby a věří, že stoupne cena bitcoinu.

Přikládám dva grafy obtížnosti těžení v bitcoinové síti:

Na tomto grafu vidíme obtížnost těžení v minulých 60 dnech. Z grafu je zřejmé, že po minulém halvingu 11. května, po první úpravě obtížnosti 20. května obtížnost klesla, po další úpravě 6. června též klesla.

Při příští úpravě obtížnosti, v úterý 16. června dle výše uvedeného odhadu obtížnost stoupne.

Na (logaritmickém) grafu výše vidíme, že obtížnost těžení během let nesmírně stoupla. To ukazuje, že o bitcoin je mezi těžaři stále větší zájem. Stále větší počet těžařů, stále výkonnější zařízení a větší spotřeba elektřiny zvyšují hashing power. V důsledku toho se zvyšuje hashrate a zrychluje se těžení bloků. Aby se rychlost těžení nového blok v průměru udržela na 10 minutách, tak je pravidelně zvyšována obtížnost těžení.

Tento článek byl prvně publikován 15. června 2020 na btctip, viz Jak se těží bitcoiny – hashrate, obtížnost a další pojmy.

Zdroj fotografie perexu: pixabay.com, public domain