Cách một thợ đào xây dựng và thêm một khối
Khi bạn gửi bitcoin, giao dịch của bạn được phát đi khắp mạng lưới và chờ trong một khu vực lưu giữ thường được gọi là mempool. Thợ đào chọn các giao dịch từ nhóm này và ráp chúng lại thành một khối ứng viên, cùng với một mục đầu tiên đặc biệt trả tiền cho thợ đào. Về cơ bản, một khối là một lô giao dịch cộng với một phần tiêu đề gọn nhẹ liên kết nó với khối trước đó.
Để thêm khối vào chuỗi, thợ đào phải tìm ra một "bằng chứng công việc" (proof of work) hợp lệ: một phiên bản của tiêu đề khối mà dấu vân tay mật mã của nó (hàm băm, hay hash) rơi xuống dưới một giá trị mục tiêu. Vì hàm băm không thể đoán trước, nên không có lối tắt khôn ngoan nào. Thợ đào chỉ đơn giản thay đổi một bộ đếm nhỏ gọi là nonce và băm lại, hết lần này đến lần khác, cho đến khi một lần thử tình cờ tạo ra một con số đủ nhỏ.
Thợ đào đầu tiên tìm ra một hàm băm hợp lệ sẽ phát khối đi. Mọi người tham gia khác có thể kiểm tra nó trong tích tắc, và một khi được chấp nhận, nó trở thành đỉnh mới của chuỗi mà mọi người tiếp tục xây dựng lên trên. Mỗi khối bổ sung được xếp chồng lên trên được gọi là một xác nhận (confirmation), và càng nhiều xác nhận thì một giao dịch trong quá khứ càng khó bị đảo ngược hơn.
Bằng chứng công việc và sự điều chỉnh độ khó
Quy tắc rằng hàm băm của một khối phải thấp hơn một mục tiêu chính là điều khiến việc tìm ra nó trở nên khó khăn. Hạ thấp mục tiêu nghĩa là tồn tại ít hàm băm hợp lệ hơn, nên trung bình cần nhiều lần thử hơn. Đây là "công việc" trong bằng chứng công việc: điện năng thực sự bị tiêu tốn cho phép tính thực sự.
Bitcoin nhắm tới một khối mới khoảng mỗi mười phút. Khi càng nhiều sức mạnh tính toán gia nhập mạng lưới, các khối sẽ bắt đầu đến nhanh hơn, nên phần mềm tự động tái điều chỉnh độ khó khoảng mỗi hai tuần (mỗi 2.016 khối) để kéo mức trung bình trở lại quanh mười phút. Nếu sức mạnh khai thác rời đi, độ khó giảm xuống. Cơ chế tự điều chỉnh này giữ cho việc phát hành đúng lịch trình bất kể có bao nhiêu máy đang cạnh tranh.
Phần thưởng khối, phí và sự kiện halving
Thợ đào thắng cuộc được trả theo hai cách. Cách thứ nhất là khoản trợ cấp khối (block subsidy): bitcoin hoàn toàn mới do chính giao thức tạo ra và được phát hành thông qua giao dịch đầu tiên đặc biệt đó (coinbase). Cách thứ hai là tổng các khoản phí giao dịch mà người dùng đính kèm để khoản thanh toán của họ được đưa vào.
Khoản trợ cấp không cố định. Nó bắt đầu ở mức 50 BTC mỗi khối vào năm 2009 và bị cắt giảm một nửa sau mỗi 210.000 khối, khoảng bốn năm một lần, trong một sự kiện được gọi là halving. Nó đã giảm dần xuống 25, rồi 12,5, rồi 6,25, và sau đợt halving năm 2024 xuống còn 3,125 BTC mỗi khối. Lịch trình này là lý do tổng nguồn cung được giới hạn ở khoảng 21 triệu đồng coin.
Theo thời gian, khoản trợ cấp co lại về không, và phí giao dịch được thiết kế để chiếm một phần lớn hơn trong những gì thợ đào kiếm được. Sự chuyển giao dần dần từ các đồng coin mới phát hành sang phí này là một trong những câu hỏi dài hạn được theo dõi sát sao nhất của Bitcoin.
Sử dụng năng lượng và cuộc săn tìm điện giá rẻ
Vì việc thắng cuộc phụ thuộc vào việc thực hiện nhiều phép tính hơn đối thủ, nên khai thác tiêu thụ một lượng điện lớn trên toàn thế giới. Chi phí đó không phải là một tai nạn hay một khiếm khuyết cần được tối ưu hóa loại bỏ hoàn toàn; nó là mỏ neo vật lý khiến việc viết lại lịch sử trở nên đắt đỏ và do đó bất khả thi về mặt thực tế.
Điện là chi phí thường xuyên lớn nhất của một thợ đào, nên các nhà vận hành không ngừng tìm kiếm nguồn điện rẻ nhất mà họ có thể tìm được. Trên thực tế, điều này đã đẩy hoạt động khai thác hướng tới thủy điện dư thừa, điện gió và điện mặt trời bị cắt giảm, cùng năng lượng bị lãng phí theo cách khác như khí tự nhiên bị đốt bỏ. Một số nhà vận hành cũng bán lại tính linh hoạt cho lưới điện bằng cách tắt máy trong giờ cao điểm nhu cầu.
Cuộc tranh luận về môi trường là có thật và chưa ngã ngũ. Những người chỉ trích chỉ ra quy mô tiêu thụ khổng lồ và cường độ carbon của một số khu vực; những người ủng hộ lập luận rằng khai thác có thể biến năng lượng bị mắc kẹt hoặc bị lãng phí thành giá trị và hỗ trợ cân bằng lưới điện. Tóm tắt trung thực là tác động phụ thuộc rất nhiều vào việc một hoạt động cụ thể lấy điện từ đâu và bằng cách nào, và bức tranh vẫn tiếp tục thay đổi.
Động lực: tại sao khai thác giữ cho Bitcoin trung thực
Phần thông minh của Bitcoin không phải là bản thân việc băm mà là cấu trúc động lực xung quanh nó. Chơi theo luật sẽ kiếm được một phần thưởng có thể dự đoán được. Cố gắng gian lận, chẳng hạn như cố đảo ngược khoản chi tiêu trong quá khứ của chính mình, sẽ đòi hỏi phải tính toán vượt trội hơn phần còn lại của mạng lưới, điều vô cùng tốn kém và có khả năng làm mất giá chính những đồng coin mà kẻ tấn công hy vọng giành được.
Các nút (node) độc lập xác minh mọi khối theo các quy tắc đồng thuận, và mạng lưới coi chuỗi có nhiều công việc tích lũy nhất là chuỗi có thẩm quyền. Một thợ đào công bố một khối không hợp lệ chỉ đơn giản là bị từ chối và mất trắng lượng điện đã tiêu tốn. Nói cách khác, sự trung thực không được thực thi bằng lòng tin hay quyền lực; nó được biến thành lựa chọn có lợi nhất.
Đây cũng là lý do tổng sức mạnh khai thác, hay tốc độ băm (hash rate), thường được dùng như một chỉ báo thô về mức độ tốn kém của một cuộc tấn công. Nó phản ánh chi tiêu cho bảo mật hơn là giá cả, mặc dù hai điều này có liên quan với nhau về lâu dài.
Pool, ASIC và khai thác trông như thế nào ngày nay
Thuở đầu, các CPU thông thường và sau đó là card đồ họa có thể khai thác một cách có lãi. Ngày nay công việc bị thống trị bởi ASIC, những con chip được chế tạo để không làm gì khác ngoài phép tính băm cụ thể của Bitcoin một cách hiệu quả nhất có thể. Sự chuyên biệt hóa này là lý do khai thác tại nhà trên một chiếc laptop không còn thực tế để kiếm được phần thưởng đáng kể nữa.
Vì một cỗ máy đơn lẻ có thể phải chờ nhiều năm để tự mình thắng một khối, nên hầu hết thợ đào tham gia vào các pool. Một pool kết hợp sức mạnh băm của nhiều người tham gia, thắng các khối đều đặn hơn, và chia phần thưởng theo tỷ lệ với công việc mà mỗi thành viên đã đóng góp. Điều này làm mượt tính ngẫu nhiên giống xổ số thành những khoản chi trả đều đặn hơn, nhỏ hơn.
Khai thác nằm ở phía cung của Bitcoin: nó chi phối cách các đồng coin mới đi vào lưu thông và cách các giao dịch được thanh toán. Việc nguồn cung mới đó tương tác với các điều kiện tài chính rộng lớn hơn như thế nào lại là một câu hỏi riêng về bối cảnh thị trường. Một góc nhìn phân tích tập trung vào thanh khoản như BIKENZO, vốn vẽ đồ thị Chỉ số Thanh khoản Toàn cầu (Global Liquidity Index) so với giá Bitcoin, có thể giúp định khung bối cảnh đó, mặc dù nó mô tả các điều kiện chứ không phải cơ chế của bản thân việc khai thác.