فهم تعدين البيتكوين: كيف يساهم العمل الحسابي في حماية أمان سلسلة الكتل

تعدين البيتكوين هو أكثر من مجرد عملية تقنية—إنه الآلية الأساسية التي تحافظ على عمل شبكة البيتكوين بأكملها، وتأمينها، ولامركزيتها. في جوهره، يتضمن عمل التعدين حل ألغاز رياضية معقدة تصادق على المعاملات وتخلق كتلًا جديدة، كل ذلك دون الحاجة إلى سلطة مركزية. هذا العمل الحاسوبي هو ما يجعل نظام الدفع من نظير إلى نظير في البيتكوين ممكنًا، ويقوده كل من الابتكار التشفيري والحوافز الاقتصادية المصممة بعناية في بروتوكول البيتكوين.

المشكلة الأساسية التي يحلها التعدين: الثقة بدون وسطاء

لفهم سبب ضرورة عمل التعدين، فكر فيما يجب أن يمنعه كل نظام دفع: الإنفاق المزدوج. في التمويل التقليدي، تحل البنوك هذه المشكلة من خلال الحفاظ على سجل مركزي يمنعك من إنفاق نفس الدولار مرتين. لكن البيتكوين يهدف إلى القضاء تمامًا على الحاجة إلى مثل هؤلاء الوسطاء.

التوقيعات الرقمية—أداة تشفير اخترعت في السبعينيات—تثبت الملكية: فقط من يمتلك المفتاح الخاص الصحيح يمكنه نقل البيتكوين. ومع ذلك، فإن التوقيعات الرقمية وحدها لا يمكنها منع نفس البيتكوين من أن يُطالب به كمنفق في أماكن متعددة في آن واحد. هنا جاء اختراق ساتوشي ناكاموتو. تبنى آلية إثبات العمل (PoW) التي اقترحها آدم باك، والتي تسمح للشبكة بترتيب جميع المعاملات زمنيًا في كتل والتوافق جماعيًا على سجل واحد وموثوق.

عبقرية هذا النهج: عكس أي معاملة يتطلب إعادة القيام بكل العمل الحاسوبي لكل كتلة لاحقة—وهو مهمة مكلفة جدًا لدرجة أنها تصبح غير اقتصادية للمهاجمين. مع تكديس الكتل الجديدة باستمرار على السلسلة، تتزايد تكلفة مهاجمة البيتكوين بشكل أُسّي. هكذا يخلق العمل في التعدين الثقة من خلال الرياضيات بدلاً من سمعة المؤسسات.

كيف يعمل عمل التعدين فعليًا: الآلية التقنية

في أي لحظة معينة، يتنافس الآلاف من المعدنين حول العالم على حل نفس اللغز. إليك ما يحدث في كل جولة:

يجمع المعدنون المعاملات المعلقة التي تُبث عبر شبكة البيتكوين ويجمعونها في كتلة مرشحة. يمكن أن تحتوي كل كتلة على من معاملة واحدة إلى عدة آلاف، اعتمادًا على حجم البيانات. ثم يشيرون إلى أحدث كتلة في أطول سلسلة، مكونين رابطًا متسلسلًا يشكل سجل التاريخ الخاص بسلسلة الكتل.

الخطوة الحاسمة تأتي بعد ذلك: يجب على المعدنين إيجاد حل صحيح لإثبات العمل. يستخدم البيتكوين خوارزمية SHA-256، وهي دالة هاش تشفير أنشأتها وكالة الأمن القومي (NSA) في 2001. يكرر المعدنون زيادة متغير يُسمى nonce (رقم يُستخدم مرة واحدة) في رأس الكتلة ويحسب هاش النتيجة. يبحثون عن قيمة هاش أصغر من عتبة هدف يحددها الشبكة.

هذه العملية بحثًا عن القوة الغاشمة: قد يحاول المعدنون مليارات أو حتى تريليونات من التركيبات قبل أن يجدوا حلاً صالحًا. صعوبة هذا العمل ليست عشوائية—يتم تعديلها تلقائيًا كل 2,016 كتلة (تقريبًا كل أسبوعين) للحفاظ على معدل إنشاء كتلة بمقدار 10 دقائق بالضبط. عندما ينضم المزيد من المعدنين إلى الشبكة وتُ mined الكتل بشكل أسرع، ترتفع الصعوبة. وعندما يغادر المعدنون، تنخفض. هذه الحلقة الراجعة الأنيقة تحافظ على نبض الشبكة ثابتًا.

تطور الأجهزة: لماذا كان هيمنة ASIC حتمية

شهدت أجهزة تعدين البيتكوين تحولًا دراماتيكيًا يكشف كيف أن الأنظمة التنافسية تدفع التخصص التكنولوجي.

عندما أطلق ساتوشي البيتكوين في 2009، كان التعدين متاحًا لأي شخص يمتلك حاسوبًا شخصيًا. كانت صعوبة الشبكة عند 1 فقط، و قام ساتوشي نفسه بتعدين الكتلة الأولى باستخدام وحدة المعالجة المركزية (CPU) القياسية. كان التعدين وتشغيل عقدة تقريبا نفس النشاط.

بحلول 2011، مع بدء ارتفاع قيمة البيتكوين—لتصل إلى 1 دولار ثم 30 دولارًا—تزايدت المنافسة. اكتشف المعدنون أن وحدات معالجة الرسوميات (GPU) كانت أسرع بشكل كبير من وحدات المعالجة المركزية لهذا النوع من العمليات الحسابية. كانت وحدات GPU، المصممة أصلاً للألعاب، تتفوق في أداء آلاف العمليات الرياضية بشكل متوازي. استمر عصر GPU حوالي سنة قبل أن يحدث قفزة تالية.

ظهرت مصفوفات البوابات القابلة للبرمجة ميدانيًا (FPGAs) كخطوة وسيطة—أسرع من GPU ولكنها لا تزال مرنة. بحلول 2012-2013، سيطرت الدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيق (ASICs). هذه الرقائق المخصصة مصممة حصريًا لأداء هاش SHA-256 وتفوق بمراحل على أي أجهزة عامة الاستخدام. اليوم، التعدين باستخدام ASIC هو الطريق الوحيد المربح اقتصاديًا.

يعكس هذا التقدم في الأجهزة مبدأ أساسيًا: مع نمو الشبكات واستقرار المكافآت، يدفع الضغط التنافسي نحو التخصص. المعدنون الذين استخدموا أحدث التقنيات أولاً حصلوا على مزايا هائلة. الآن، إذا كنت تستخدم معدات ASIC قياسية من قبل 2-3 سنوات، فمن المحتمل أنك لا تستطيع المنافسة بشكل مربح ضد الأجهزة من الجيل الحالي. هذا يخلق دورة ترقية مستمرة تدفع التعدين نحو مزيد من المركزية في الموارد في عمليات ذات رأس مال كبير.

لماذا يعمل التعدين على دعم اقتصاديات البيتكوين

حل لغز إثبات العمل يتطلب تكلفة حاسوبية حقيقية. لكن لماذا يُبرر هذا العمل المكلف اقتصاديًا؟ الجواب يكمن في هيكل العرض والحوافز البرمجي لبيتكوين.

كلما نجح أحد المعدنين في حل كتلة، يتلقى مكافأتين: دعم الكتلة ورسوم المعاملات. دعم الكتلة كبير—حاليًا 6.25 بيتكوين لكل كتلة. ومع ذلك، ينقص هذا الدعم إلى النصف كل 210,000 كتلة، أو تقريبًا كل أربع سنوات. حدثت عمليات النصف في 2012، 2016، و2020، والموعد التالي مقرر في 2028.

هذه الآلية تضمن أن عرض البيتكوين ينمو وفق جدول زمني متوقع ومتقلص. صُمم الشبكة للوصول إلى الحد الأقصى البالغ 21 مليون بيتكوين بحلول عام 2140. قارن ذلك بالذهب: النمو السنوي لإمدادات الذهب العالمية يتراوح بين 1-2% منذ 1900، دون ضمان أن يظل هذا المعدل ثابتًا. عرض البيتكوين غير قابل للتغيير، مبرمج في بروتوكوله نفسه. هذا الندرة—التي يتحققها عمل المعدنين—هي السبب في أن البيتكوين غالبًا يُطلق عليه “أصل الأصول الأصعب في العالم”.

الاقتصاد يعمل على النحو التالي: يجب على المعدنين إنفاق أموال حقيقية على الكهرباء، والأجهزة، والتبريد. يقبلون هذا التكلفة فقط إذا كانت مكافآت البيتكوين المتوقعة تتجاوز نفقاتهم. هذا يخلق سوقًا ذاتي التنظيم. إذا انخفض سعر البيتكوين، تصبح عملية التعدين أقل ربحية، تتوقف العمليات الهامشية، ينخفض إجمالي قوة الحوسبة على الشبكة، وتتحسن هوامش المعدنين الباقين. وإذا ارتفع السعر، يجذب ذلك entrants جدد، وتزيد المنافسة، ويجب تحسين الكفاءة. على مدى فترات طويلة، تتساوى تكاليف التعدين مع مكافآت الكتلة—وهو توازن يحافظ على أمان الشبكة دون هدر مفرط للموارد.

من التعدين الفردي المستقل إلى التعاون الجماعي: طرق التعدين

اليوم، توجد طريقتان أساسيتان للتعدين، كل منهما لها مزايا وعيوب:

التعدين الفردي: الاعتماد على النفس والخصوصية

المعدنون المستقلون يعملون بشكل مستقل، باستخدام أجهزتهم الخاصة دون الانضمام إلى منظمة. عندما يجد المعدن المستقل كتلة صالحة، يحتفظ بكامل مكافأة 6.25 بيتكوين بالإضافة إلى رسوم المعاملات. هذا النهج يوفر أقصى قدر من الخصوصية—لا حاجة لمعلومات KYC (اعرف عميلك)—ويتوافق مع روح الليبرالية في البيتكوين.

لكن، أصبح التعدين الفردي غير عملي بشكل متزايد. مع صعوبة الشبكة التي تبلغ حوالي 30 تريليون، قد يبحث المعدن الفردي باستخدام معدات متواضعة شهورًا دون أن يعثر على كتلة واحدة. في يناير 2022، وجد أحد المعدنين المستقلين المحظوظين الذي يعمل بسرعة 120 تيراهاش في الثانية كتلة صالحة رغم احتمالات هائلة، محققًا حوالي 265,000 دولار من البيتكوين في ذلك الوقت. هذه النتائج استثنائية وليست روتينية.

اليوم، يوفر التعدين الفردي قيمة بشكل رئيسي كمصدر تدفئة للمنزل—حيث يمكن للمعدنين استغلال حرارة المعدات لتدفئة منازلهم—أو لمن يلتزمون فلسفيًا بعدم الاحتجاز. ومع ذلك، أغلب المعدنين الأفراد تحولوا إلى أنظمة تجمع.

التعدين الجماعي: الحوسبة التعاونية

تجمع تجمعات التعدين قدرات حوسبة من آلاف المعدنين حول العالم. بدلاً من أن يتنافس كل معدن بشكل مستقل ضد صعوبة الشبكة الكاملة، يتنافسون معًا ككيان واحد. عندما يكتشف التجمع كتلة، تُوزع المكافآت بين الأعضاء بشكل تناسبي حسب قدرتهم الحاسوبية المساهمة.

هذا النهج يوفر دخلًا ثابتًا بدلاً من احتمالات اليانصيب غير المتوقعة. المعدن الذي يساهم بنسبة 1% من قوة الهاش في التجمع يتلقى تقريبًا 1% من أرباحه الإجمالية. من بين أكبر التجمعات: لوكسور، فاوندرى، سلاش بول، بولين، مارا بول، وF2Pool. ومع ذلك، ينطوي التعدين الجماعي على بعض التحديات: يتعين على المعدنين عادة تقديم هوية KYC، ودفع رسوم خدمة لمشغل التجمع، والثقة في أمانة وكفاءة هذا المشغل.

عمليات التعدين على مستوى الشركات

أكثر عمليات التعدين ربحية تتم داخل عمليات مؤسسية كبيرة. تملك هذه الشركات مخازن ضخمة من أجهزة ASIC في مواقع مختارة استراتيجيًا، وتعمل على مدار الساعة مع إدارة محترفة، ويمكنها التفاوض على أسعار كهرباء بالجملة غير متاحة للأفراد.

الاستثمار في أو شراء قوة حوسبة من شركات التعدين هو مسار ثالث، لكنه يحمل مخاطر. قد تحتاج إلى تقديم وثائق KYC موسعة، ودفع رسوم خدمة كبيرة، وليس لديك سيطرة على القرارات التشغيلية. إذا اتخذت شركة التعدين قرارات سيئة بشأن ترقية الأجهزة أو اختيار الموقع، فإن استثمارك يتضرر.

للحصول على تعرض مؤسسي للتعدين بدون تشغيل مباشر، توجد عدة خيارات مدرجة علنًا:

إيريس إنرجي تعمل في كولومبيا البريطانية وتستمد طاقتها من مصادر هيدروكهربائية متجددة. كور ساينتيفيك تمتلك أكبر معدل هاش بين شركات التعدين وتدير منشآت في تكساس، جورجيا، نورث كارولينا، كنتاكي، وداكوتا الشمالية. رايوت بلوكتشين واحدة من أكبر شركات التعدين العامة في أمريكا الشمالية وتدير منشآت في تكساس. بلوكسترِم للتعدين تقدم خدمات بمستوى مؤسسي، وتأسست بمشاركة آدم باك، الذي كان له دور أساسي في ابتكار البيتكوين. هات 8 مينينج من أكبر شركات التعدين الرقمية في أمريكا الشمالية، وتعمل في ألبرتا وأونتاريو بكندا، وتحتفظ بأحد أعلى مخزونات البيتكوين بين الشركات العامة.

واقع الطاقة: التكامل مع الطاقة المتجددة والسياق المقارن

ربما لا يثير أي جانب من تعدين البيتكوين جدلاً أكثر من استهلاك الطاقة. المفهوم الخاطئ أن التعدين يمثل كارثة بيئية يفهم بشكل خاطئ الدور الذي تلعبه الطاقة في البيتكوين وتأثيره الكربوني.

وفقًا لمركز كامبريدج للتمويل البديل، يستهلك البيتكوين حاليًا حوالي 87 تيراواط ساعة سنويًا، وهو ما يمثل حوالي 0.55% من إنتاج الكهرباء العالمي—ما يعادل استهلاك طاقة دول صغيرة مثل ماليزيا أو السويد. يثير هذا الرقم قلق النقاد، لكن مقياس الاستهلاك هو غير صحيح. الانبعاثات الكربونية هي الأهم.

يمكن نظريًا أن يستهلك البيتكوين كامل إمدادات الكهرباء البشرية دون أن ينتج انبعاثات كربونية إذا تم تشغيله بالكامل بواسطة مصادر متجددة. وعلى العكس، يمكن أن يستهلك أقل بكثير من الطاقة ويأتي كله من الفحم ويخلق أثرًا كربونيًا هائلًا. يجب أن يكون التركيز على مصادر الطاقة، وليس على حجم الاستهلاك فقط.

يخلق تعدين البيتكوين فرصة اقتصادية جديدة لمولدي الطاقة المتجددة. أصبحت الطاقة الشمسية والرياح أرخص من الوقود الأحفوري—حوالي 3-4 سنتات لكل كيلوواط ساعة و2-5 سنتات على التوالي، مقابل 5-7 سنتات للفحم أو الغاز الطبيعي. ومع ذلك، تواجه طاقة الشمس والرياح تحديات التذبذب: لا تشرق الشمس ليلاً، وتتغير أنماط الرياح بشكل غير متوقع.

يوفر تعدين البيتكوين طلبًا مرنًا يمكنه امتصاص هذا العرض المتقطع من الطاقة المتجددة. عندما تنتج مزارع الرياح طاقة فائضة خلال فترات الطلب المنخفض، يمكن للمعدنين زيادة العمليات. وعندما تنخفض الإنتاجية، يقللون الحمل. هذا التكيف يحفز الاستثمار في البنية التحتية للطاقة المتجددة في المناطق النائية حيث يمكن استهلاك الفائض بدلًا من هدره. على سبيل المثال، غرب تكساس يمتلك موارد رياح وشمس وفيرة جذبت عمليات تعدين البيتكوين تحديدًا لأنها تستطيع الوصول إلى كهرباء رخيصة في منطقة تفتقر إلى طلب صناعي بديل.

نموذج آخر هو النرويج: 100% من كهربائها من الطاقة المائية، مما يخلق بيئة مثالية للتعدين. توجهت عمليات التعدين الكبيرة بشكل طبيعي إلى مثل هذه المناطق، متوافقة مع الحوافز الاقتصادية وتوفر الطاقة المتجددة.

بالنسبة لنسبة الطاقة المتجددة في تعدين البيتكوين، تختلف التقديرات بسبب قلة الشفافية لدى المعدنين. قدر مجلس تعدين البيتكوين أن 59.5% من التعدين استخدم طاقة مستدامة في الربع الثاني من 2022، بزيادة 6% عن العام السابق. أشار تحليل Coinshare في 2019 إلى أن 73% من الطاقة كانت من مصادر خالية من الكربون، معتمدًا بشكل رئيسي على الطاقة المائية في جنوب غرب الصين وشمال أوروبا. قدر مركز كامبريدج نسبة أقل، حوالي 39% في 2020. على الرغم من التباين، فإن الاتجاه واضح: التعدين يتجه بشكل متزايد نحو مصادر الطاقة المتجددة، خاصة الطاقة الكهرومائية، مع تزايد الاعتماد على الطاقة الشمسية والرياح.

الأسئلة الشائعة حول تعدين البيتكوين

هل التعدين قانوني؟ التعدين قانوني في معظم دول العالم، على الرغم من أن الجزائر، نيبال، روسيا، بوليفيا، مصر، المغرب، الإكوادور، باكستان، بنغلاديش، الصين، جمهورية الدومينيكان، مقدونيا الشمالية، قطر، وفيتنام فرضت قيودًا أو حظرًا، غالبًا بسبب مخاوف استهلاك الكهرباء أو تهديدات محتملة للسيطرة النقدية.

هل يُفرض على التعدين ضرائب؟ يُعامل تعدين البيتكوين كدخل تجاري ويخضع للضرائب كدخل عادي. كما يُطبق ضريبة أرباح رأس المال إذا تم بيع البيتكوين المُعدن لتحقيق أرباح لاحقًا.

ما مدى ربحية التعدين؟ تعتمد الربحية على تكاليف الكهرباء، وأسعار الأجهزة، وتكاليف التبريد، وسعر السوق للبيتكوين. عند سعر 20,000 دولار للبيتكوين مع مكافأة 6.25 بيتكوين، يتلقى المعدن 125,000 دولار قبل النفقات. انخفاض سعر البيتكوين بسرعة يقوض الهوامش.

ما مدى صعوبة التعدين؟ زادت صعوبة التعدين بشكل أُسّي من 1 عند إطلاق البيتكوين إلى حوالي 30 تريليون اليوم. هذا يعني أن أجهزة ASIC الحديثة يجب أن تؤدي حوالي 30 تريليون عملية هاش في المتوسط للعثور على كتلة صالحة والبقاء تنافسيًا. هذا الارتفاع الكبير يعكس زيادة مشاركة الشبكة وتحسينات الأجهزة.

كم يستغرق تعدين بيتكوين واحد؟ في المتوسط، يستغرق الأمر 10 دقائق لتعدين كتلة واحدة، والتي تولد حاليًا 6.25 بيتكوين. لذلك، من الناحية النظرية، يتطلب تعدين بيتكوين واحد بشكل فردي تقريبًا 1.6 دقيقة من الوقت المتوسط للكتلة—أو وقتًا أطول بكثير في الواقع نظرًا لاحتمالات النجاح. عندما ينخفض مكافأة الكتلة إلى 1.56 بيتكوين حوالي 2028، سيظل الوقت المتوسط للكتلة 10 دقائق، لكن كل كتلة ستتطلب عمل تعدين أكبر لكل بيتكوين يُنتج.

لماذا يظل عمل التعدين ضروريًا

يُعتبر عمل التعدين أحيانًا مضيعة للحوسبة غير ذات فائدة أوسع. هذا فهم خاطئ لتصميم البيتكوين الأساسي. العمل الحاسوبي يؤدي وظيفتين أساسيتين في آن واحد:

أولًا، يؤمن الشبكة ضد الهجمات من خلال جعل عكس المعاملات التاريخية مكلفًا بشكل استحالة. ثانيًا، يخلق توافقًا بين المشاركين اللامركزيين دون الحاجة إلى الثقة في كيان واحد. ثالثًا، ينفذ سياسة البيتكوين النقدية البرمجية من خلال التحكم في دخول البيتكوين الجديدة إلى التداول.

لا يمكن فصل هذه الوظائف. إذا أزلت شرط عمل التعدين، يصبح البيتكوين عرضة للهجوم، ويفقد خاصية لامركزيته، ويكسر ضمان ندرتها. العمل ليس عرضيًا—إنه الآلية التي تجعل البيتكوين ما هو عليه.

مع استمرار تطور التعدين، خاصة نحو دمج الطاقة المتجددة، ينبغي أن يتحول النقاش حول ضرورته من “هل يستهلك التعدين طاقة؟” إلى “هل من الجدير أن يكون هناك عرض نقدي لامركزي ومحدود الصعوبة مقابل الموارد التي يتطلبها؟” بالنسبة للملايين حول العالم الذين يدركون قيمة البيتكوين كنظام نقدي بديل، الجواب هو نعم بشكل قاطع. العمل الذي يدعمه يمثل سلوكًا اقتصاديًا عقلانيًا يتوافق مع الواقع التكنولوجي والبيئي—ليس إهدارًا للبيئة، بل مثالًا ناشئًا على كيف يمكن أن تتوافق الاحتياجات الحاسوبية مع تطوير الطاقة المتجددة.