Wyjaśnienie hashrate: Co oznacza dla bezpieczeństwa blockchain i kopania
Wyobraź sobie ogromną, cyfrową loterię, która odbywa się nieustannie na całym świecie. Nie chodzi w niej o wygranie pieniędzy, ale o zabezpieczanie transakcji i dodawanie nowych bloków do blockchaina, takiego jak ten Bitcoina. Szybkość, z jaką uczestnicy mogą generować “losy” na tę loterię, to w istocie hashrate. Jest to całkowita, połączona moc obliczeniowa wykorzystywana przez górników do rozwiązywania złożonych zagadek matematycznych.
Pomyśl o hashrate jak o mocy silnika sieci blockchain działającej w oparciu o Proof-of-Work. Wyższy hashrate oznacza, że więcej mocy obliczeniowej jest dedykowane do utrzymania sieci, szybszego rozwiązywania tych zagadek i walidacji transakcji. Ta moc obliczeniowa jest mierzona w haszach na sekundę (H/s), często skalowana do kilohaszy (KH/s), megahaszy (MH/s), gigahaszy (GH/s), terahaszy (TH/s), petahaszy (PH/s), a nawet eksahaszy (EH/s) w przypadku dużych sieci.
Czym haszowanie różni się od szyfrowania?
Łatwo pomylić haszowanie z szyfrowaniem, ale służą one bardzo różnym celom, szczególnie w kontekście blockchainów. Haszowanie jest jak tworzenie unikalnego cyfrowego “odcisku palca” dla danych. Jest to proces jednokierunkowy: wprowadzasz dane do algorytmu haszującego (takiego jak SHA-256 używany przez Bitcoin), a otrzymujesz ciąg znaków o stałej długości, zwany haszem (lub skrótem). Nie można odwrócić tego procesu, aby odzyskać oryginalne dane z haszu. Jego podstawowym zastosowaniem w blockchainach jest zapewnienie integralności danych – jeśli zmieni się choćby najmniejszy szczegół danych wejściowych, wynikowy hasz będzie zupełnie inny, natychmiast ujawniając manipulację.
Szyfrowanie natomiast jest procesem dwukierunkowym, zaprojektowanym z myślą o poufności. Dane są szyfrowane (kodowane) za pomocą klucza szyfrującego, co czyni je nieczytelnymi dla każdego, kto nie posiada odpowiedniego klucza deszyfrującego. Podczas gdy szyfrowanie chroni dane przed nieautoryzowanym dostępem, publiczne blockchainy, takie jak Bitcoin, używają głównie haszowania do zabezpieczania rejestru i transparentnego weryfikowania transakcji, a nie do szyfrowania samych danych transakcyjnych przechowywanych w publicznym łańcuchu.
Czym jest trudność kopania i jak ma się do hashrate?
Jeśli hashrate to moc silnika, to trudność kopania (mining difficulty) jest mechanizmem, który utrzymuje silnik pracujący z odpowiednią prędkością. Trudność kopania mierzy, jak trudno jest górnikom znaleźć poprawny hasz (rozwiązanie zagadki) potrzebny do dodania następnego bloku do łańcucha. Pomyśl o tym jak o dostosowywaniu złożoności matematycznej zagadki, którą górnicy próbują rozwiązać.
Important
Protokoły blockchain, takie jak Bitcoin, są zaprojektowane tak, aby automatycznie dostosowywać trudność kopania w oparciu o całkowity hashrate sieci. Ta korekta następuje okresowo (np. mniej więcej co dwa tygodnie w przypadku Bitcoina).
Celem jest utrzymanie względnie stałego czasu tworzenia bloku (około 10 minut dla Bitcoina). Jeśli całkowity hashrate sieci znacznie wzrośnie (co oznacza, że dołączyło więcej górników i wnoszą oni więcej mocy obliczeniowej), protokół automatycznie zwiększa trudność. To sprawia, że zagadka staje się trudniejsza do rozwiązania, zapewniając, że bloki nie są znajdowane zbyt szybko. I odwrotnie, jeśli hashrate spadnie (górnicy opuszczają sieć), trudność maleje, ułatwiając rozwiązanie zagadki i zapobiegając zbyt długiemu czasowi tworzenia bloków. Ten samoregulujący mechanizm jest kluczowy dla stabilności i przewidywalności blockchaina.
Czy wyższy hashrate oznacza większe zużycie energii?
W przypadku blockchainów wykorzystujących mechanizm konsensusu Proof-of-Work (PoW), takich jak Bitcoin, istnieje bezpośrednia korelacja między hashrate a zużyciem energii. Wyższy hashrate oznacza, że więcej specjalistycznego sprzętu komputerowego (takiego jak układy ASIC lub karty graficzne GPU) aktywnie wykonuje złożone obliczenia, czyli haszowanie. Uruchomienie tego sprzętu wymaga znacznej ilości energii elektrycznej.
Dlatego, ogólnie rzecz biorąc, wraz ze wzrostem całkowitego hashrate sieci PoW, jej ogólne zużycie energii również ma tendencję do wzrostu. Ta zależność jest głównym punktem dyskusji i debaty dotyczącej wpływu niektórych kryptowalut na środowisko. Ważne jest, aby rozumieć, że ten związek istnieje w ramach mechanizmu PoW.
Czy hashrate jest ważny dla wszystkich typów kryptowalut?
Chociaż hashrate jest niezwykle ważny dla blockchainów Proof-of-Work (PoW), nie jest to uniwersalna koncepcja mająca zastosowanie do wszystkich kryptowalut. Jego znaczenie jest bezpośrednio związane z mechanizmem konsensusu, którego blockchain używa do walidacji transakcji i zabezpieczania swojej sieci. PoW w dużym stopniu opiera się na górnikach poświęcających moc obliczeniową (hashrate) na rozwiązywanie zagadek.
Note
Wiele nowszych kryptowalut wykorzystuje alternatywne mechanizmy konsensusu, w szczególności Proof-of-Stake (PoS). W systemach PoS bezpieczeństwo sieci i walidacja bloków są osiągane w inny sposób.
Zamiast górników konkurujących mocą obliczeniową, PoS opiera się na walidatorach, którzy są wybierani do tworzenia nowych bloków na podstawie liczby monet, które posiadają i są gotowi “zastawić” (stake) jako zabezpieczenie. Bezpieczeństwo w PoS wynika z ekonomicznej zachęty w postaci zastawionego kapitału, a nie z surowej mocy haszującej. Dlatego metryki takie jak całkowita wartość stakowanych środków (total staked value) są bardziej istotne dla sieci PoS niż hashrate.
Co się stanie, jeśli hashrate sieci gwałtownie spadnie?
Znaczący i nagły spadek hashrate sieci Proof-of-Work może mieć zauważalne konsekwencje. Przede wszystkim może sprawić, że sieć stanie się potencjalnie mniej bezpieczna. Niższy całkowity hashrate oznacza, że potrzeba mniej mocy obliczeniowej, aby pojedynczy podmiot lub skoordynowana grupa mogła potencjalnie przejąć kontrolę nad ponad 50% mocy wydobywczej sieci.
Caution
Osiągnięcie ponad 50% hashrate sieci umożliwia przeprowadzenie tak zwanego ataku 51%. Może to pozwolić atakującym na potencjalne uniemożliwienie potwierdzania nowych transakcji, wstrzymanie płatności między niektórymi użytkownikami, a nawet cofnięcie własnych niedawnych transakcji (podwójne wydawanie - double-spending). Chociaż jest to bardzo kosztowne i trudne w przypadku dużych sieci, takich jak Bitcoin, stanowi teoretyczną lukę w zabezpieczeniach dla łańcuchów PoW, zwłaszcza tych mniejszych.
Oprócz implikacji bezpieczeństwa, gwałtowny spadek hashrate przed następną korektą trudności może również prowadzić do wolniejszego czasu potwierdzania bloków. Ponieważ przy obecnym poziomie trudności jest mniej mocy obliczeniowej poszukującej rozwiązania dla następnego bloku, bloki będą średnio znajdowane wolniej. Trwa to do momentu, aż sieć automatycznie obniży trudność kopania, aby zrekompensować zmniejszony hashrate, przywracając czas tworzenia bloków do docelowego poziomu. W konsekwencji stabilny lub stale rosnący hashrate jest często postrzegany jako pozytywny wskaźnik kondycji, bezpieczeństwa i zaufania górników do sieci PoW.
Zrozumienie hashrate pomaga zdemistyfikować sposób działania wielu blockchainów, szczególnie tych opartych na kopaniu. Jest to miara aktywności sieci, kluczowy czynnik bezpieczeństwa i jest nierozerwalnie związany z trudnością kopania, która zapewnia płynne działanie blockchaina.