Những điểm chính
Việc điều chỉnh độ khó sau mỗi 2.016 khối giúp duy trì thời gian khối 10 phút nhất quán, ngăn ngừa tình trạng lạm phát nhanh và quá tải mạng.
Vào tháng 10 năm 2024, độ khó khai thác Bitcoin đạt mức cao kỷ lục là 95,7 nghìn tỷ, làm tăng mức tiêu thụ năng lượng và gây áp lực lên lợi nhuận của thợ đào trừ khi họ thích nghi với thiết bị hiệu quả hơn hoặc chi phí năng lượng thấp hơn.
Những thay đổi về hashrate của mạng, do các yếu tố như nhiều thợ đào hơn hoặc thiết bị tốt hơn, ảnh hưởng trực tiếp đến độ khó khai thác của Bitcoin trong việc duy trì thời gian khối.
Mối lo ngại về mức tiêu thụ năng lượng của Bitcoin đã thúc đẩy các thợ đào khám phá năng lượng tái tạo và các giải pháp khác để duy trì khả năng cạnh tranh và bền vững.
Khai thác Bitcoin là quá trình giải các bài toán phức tạp để bảo mật mạng và tạo ra các đồng tiền mới. Để đảm bảo các khối mới được thêm vào với tốc độ ổn định, độ khó của các bài toán này sẽ được điều chỉnh thường xuyên.
Nói một cách đơn giản, khi có nhiều thợ đào tham gia mạng lưới hơn, việc đào Bitcoin sẽ trở nên khó khăn hơn, đảm bảo nguồn cung có thể dự đoán được và hệ thống an toàn.
Bài viết này giải thích độ khó của khai thác Bitcoin là gì, cách nó điều chỉnh theo thời gian để giữ cho mạng an toàn và ổn định, cách tính toán và những yếu tố nào ảnh hưởng đến lợi nhuận khai thác .
Hiểu về độ khó của việc khai thác Bitcoin
Độ khó khai thác Bitcoin đảm bảo mạng lưới thêm các khối theo chu kỳ 10 phút ổn định, ngăn ngừa lạm phát nhanh và quá tải mạng lưới. Người khai thác phải tìm một hàm băm có số lượng số 0 đứng đầu cụ thể bằng cách điều chỉnh "nonce". Độ khó này điều chỉnh sau mỗi 2.016 khối để duy trì tính ổn định và bảo mật trong mạng lưới
Sự thật là, việc đào Bitcoin không hề khó chút nào. Về cơ bản, tất cả những gì thợ đào làm là mã hóa thông tin sau:
Tiêu đề khối trước: Liên kết khối mới với khối trước đó, duy trì tính liên tục của chuỗi.
Gốc Merkle: Một hàm băm biểu diễn tất cả các giao dịch trong khối, cho phép xác minh hiệu quả tính toàn vẹn của dữ liệu.
Dấu thời gian: Thời gian khối được tạo, được sử dụng để sắp xếp theo thứ tự thời gian.
Số phiên bản: Chỉ định phiên bản của khối và các quy tắc giao thức mà nó tuân theo.
Đối với một thợ đào Bitcoin hiện đại, việc tính toán hàm băm cho một khối mới phải diễn ra ngay lập tức. Vậy tại sao lại không như vậy?
Đầu tiên, blockchain sẽ bị quá tải với các khối được thêm vào với tốc độ không kiểm soát. Điều này sẽ dẫn đến một làn sóng Bitcoin mới tràn vào thị trường, dẫn đến siêu lạm phát. Giá trị của Bitcoin sẽ giảm mạnh vì các đồng tiền mới sẽ được tạo ra nhanh hơn nhiều so với lịch trình cung cấp dự định, phá vỡ sự cân bằng tinh tế duy trì sự khan hiếm của nó.
Thứ hai, việc thêm khối nhanh chóng sẽ gây căng thẳng cho mạng, khiến các nút khó đồng bộ hóa. Các nút đầy đủ , xác thực và lưu trữ toàn bộ chuỗi khối, sẽ gặp khó khăn khi tải xuống và xác minh số lượng khối quá mức, dẫn đến phân mảnh mạng. Điều này có thể giúp những kẻ xấu dễ dàng khai thác các lỗ hổng bảo mật hơn, chẳng hạn như thực hiện cuộc tấn công 51% vì tốc độ sản xuất khối sẽ cản trở việc xác thực và đồng thuận phù hợp giữa các nút.
Cuối cùng, quá trình xử lý giao dịch sẽ trở nên hỗn loạn. Việc thiếu điều chỉnh độ khó có nghĩa là sẽ không có khoảng thời gian có cấu trúc cho các xác nhận giao dịch, làm suy yếu độ tin cậy của mạng. Thời gian chặn 10 phút có thể dự đoán được là điều cần thiết để đảm bảo các giao dịch được xử lý kịp thời nhưng có trật tự. Nếu không có điều này, người dùng có thể phải đối mặt với thời gian giao dịch không thể đoán trước và cấu trúc phí không nhất quán , làm giảm lòng tin vào mạng.
Một giải pháp tự nhiên cho vấn đề này chỉ đơn giản là tăng độ khó trong việc mã hóa thông tin này.
Bitcoin và các chuỗi bằng chứng công việc khác như Monero và Litecoin giải quyết vấn đề này bằng cách yêu cầu thợ đào mã hóa thông tin không chỉ thành bất kỳ hàm băm nào mà còn thành hàm băm phù hợp với yêu cầu về kích thước nhất định.
Ví dụ, nếu bạn mã hóa cụm từ “Tôi yêu Cointelegraph” thành hàm băm thập lục phân 256 bit thông qua thuật toán như SHA-256, bạn sẽ nhận được:
148530ee91a00571250b58ea69c9947b10a702cf135b3f56cdad39f74450d145
Đây là một số nguyên khá lớn. Vậy, có thể làm gì để rút ngắn nó?
Bằng cách thêm thông tin làm thay đổi đầu ra ( được gọi là nonce ), bạn sẽ phải thử và sai khoảng 16 lần để có được một số 0 đứng đầu:
Tôi yêu Cointelegraph 64
04dc36a0b5a40cba5524cd80064bcb5d21dfd28ecd811684f520a73e38362abf
Có lẽ là không đủ nhỏ. Để có được hai số 0 đứng đầu, bạn sẽ cần khoảng 256 lần thử. Hãy thay đổi nonce thành 98 và xem kết quả:
Tôi yêu Cointelegraph 98
00ddde1a51e44602a4397cb80f51dc218e6bbc3b50ac4dc4b612e7d62016ca02
Thành công! Bây giờ, bạn cần bao nhiêu lần thử để đạt được ba số 0 đứng đầu? Khoảng 4.000 lần thử. Và đối với hai mươi số 0 đứng đầu? Có khả năng, con số sẽ lên tới hàng septillion.
Thật vậy, đây là cách hoạt động của độ khó khai thác: Băm phải bắt đầu bằng một số lượng số không nhất định. Đổi lại, điều này đòi hỏi một giá trị "nonce" được thêm vào băm bởi thợ đào, thường nằm trong khoảng từ 0 đến khoảng 4.000.000.
Tùy thuộc vào tốc độ thợ đào đáp ứng các yêu cầu này, độ khó sẽ được tự động điều chỉnh sau mỗi hai tuần (hoặc chính xác hơn là sau mỗi 2.016 khối) để đảm bảo thời gian khối luôn gần với mức trung bình là 10 phút nhất có thể.
Sau đây là ví dụ về tiêu đề khối đã đáp ứng thành công các yêu cầu về độ khó khai thác vào tháng 11 năm 2024:
000000000000000000000a497c6b1be95b76a9e25a797f8fe49953d40c06a027e
Hãy nghĩ về một lớp học sinh có một bài toán. Nếu hầu hết học sinh hoàn thành quá nhanh, giáo viên sẽ làm bài toán tiếp theo khó hơn.
Nếu chúng mất quá nhiều thời gian, vấn đề tiếp theo sẽ dễ hơn. Tương tự như vậy, mạng lưới Bitcoin theo dõi tốc độ thêm khối và điều chỉnh "mức độ khó của vấn đề" để giữ khoảng thời gian 10 phút nhất quán.
Sự cân bằng này rất quan trọng để duy trì nguồn cung Bitcoin mới có thể dự đoán được và đảm bảo an ninh mạng.
Tính toán độ khó khai thác Bitcoin: Việc khai thác một khối có khó không?
Độ khó khai thác Bitcoin, hay “nBits”, bao gồm số mũ và hệ số để đặt mục tiêu khai thác. Giá trị mục tiêu thấp hơn có nghĩa là độ khó cao hơn.
“Độ khó” được đề cập thực ra được gọi chính xác hơn là “nBits”. Trường này là biểu diễn ngắn gọn của độ khó khai thác bao gồm hai phần chính:
Số mũ: Số mũ chỉ ra số bit phải được dịch chuyển sang trái để đặt mục tiêu chính xác. Về cơ bản, nó xác định "kích thước" tổng thể của mục tiêu bằng cách chỉ định số lượng vị trí mà hệ số cần được dịch chuyển. Nói tóm lại, nó quyết định số không.
Hệ số (hoặc significand): Hệ số là giá trị số, khi kết hợp với số mũ, sẽ xác định ngưỡng thực tế. Giá trị này cung cấp chi tiết tốt hơn cần thiết để điều chỉnh độ khó theo cách chính xác. Tóm lại, nó chỉ ra các số có giá trị cao (significand) theo sau số không đứng đầu.
Sự kết hợp của hai yếu tố này tạo ra mục tiêu độ khó hoàn chỉnh mà thợ đào phải đạt được hoặc thấp hơn để đào thành công một khối.
Ví dụ, giá trị nBits cụ thể là 0x1b0404cb có nghĩa là:
Số mũ là 0x1b (hoặc 27 theo hệ thập phân), cho biết hệ số được dịch chuyển sang trái 27 bit.
Hệ số là 0x0404cb (hoặc 263755 ở dạng thập phân), tạo thành số cơ sở cho ngưỡng mục tiêu.
Các thành phần này rất quan trọng vì chúng xác định mức độ khó khăn khi khai thác một khối mới. Giá trị mục tiêu càng thấp thì việc tìm ra hàm băm đáp ứng các tiêu chí càng khó khăn.
Bạn có biết không? Thuật ngữ nBits là viết tắt của “network bit”. Đây là một biểu diễn nhỏ gọn được sử dụng trong khai thác Bitcoin để biểu thị mục tiêu khó khăn cho thợ đào.
Các yếu tố ảnh hưởng đến độ khó khai thác Bitcoin
Khi tỷ lệ băm tăng do có nhiều thợ đào hơn hoặc thiết bị tốt hơn, độ khó tăng lên để duy trì thời gian khối 10 phút. Nếu tỷ lệ băm giảm, độ khó giảm.
Như đã đề cập, độ khó khai thác Bitcoin là một tham số động điều chỉnh khoảng hai tuần một lần (hoặc sau mỗi 2.016 khối). Trạng thái của tổng tỷ lệ băm mạng là lý do chính khiến nBits thay đổi. Xét cho cùng, nó đại diện cho sức mạnh tính toán kết hợp của tất cả thợ đào trong mạng Bitcoin.
Tỷ lệ băm cao hơn cho biết có nhiều thợ đào hơn hoặc thiết bị khai thác mạnh hơn đóng góp vào mạng. Khi tỷ lệ băm tăng, các khối được khai thác nhanh hơn khoảng thời gian 10 phút dự định. Để bù đắp, mạng tăng độ khó khai thác, đảm bảo các khối tiếp tục được thêm vào với tốc độ ổn định. Ngược lại, nếu tỷ lệ băm giảm, độ khó sẽ giảm xuống để duy trì thời gian tạo khối.
Ví dụ, vào tháng 10 năm 2024, tốc độ băm trung bình động bảy ngày của Bitcoin đạt mức cao nhất mọi thời đại là gần 703 exahash mỗi giây (EH/s), dẫn đến sự gia tăng tương ứng về độ khó khai thác.
Cũng có thể xảy ra trường hợp ngược lại. Nếu thợ đào rời khỏi mạng hoặc nếu thiết bị đào của họ trở nên lỗi thời hoặc không có lợi nhuận, tổng tỷ lệ băm sẽ giảm.
Một trường hợp như vậy đã xảy ra vào cuối năm 2021 khi Trung Quốc đàn áp khai thác tiền điện tử buộc nhiều hoạt động khai thác phải đóng cửa hoặc di dời. Sự sụt giảm đột ngột này trong tỷ lệ băm đã dẫn đến việc giảm đáng kể độ khó khai thác. Vào tháng 7 năm 2021, Bitcoin đã chứng kiến sự điều chỉnh độ khó giảm lớn nhất vào khoảng 28%, cho phép thợ đào tiếp tục khai thác các khối với tốc độ hợp lý mặc dù công suất mạng bị giảm.
Bạn có biết không? Sự phát triển từ khai thác CPU và GPU sang khai thác ASIC đã làm tăng đáng kể tốc độ băm của mạng trong những năm qua, đòi hỏi phải điều chỉnh thường xuyên về độ khó khai thác để duy trì thời gian khối mục tiêu.
Độ khó khai thác Bitcoin – dòng thời gian
Số độ khó khai thác biểu thị mức độ khó hơn khi khai thác một khối mới so với độ khó cơ bản là 1 (mức dễ nhất khi Bitcoin mới ra mắt). Ví dụ, nếu số độ khó là 10.000.000, điều đó có nghĩa là việc khai thác một khối khó khăn hơn 10 triệu lần so với khi độ khó là 1.
2009 – Sự ra đời và những năm đầu
Tháng 1 năm 2009: Độ khó khai thác bắt đầu ở mức 1, mức đơn giản nhất, khi Satoshi Nakamoto khai thác khối genesis bằng CPU cơ bản. Con số thấp này cho thấy mức độ cạnh tranh và sức mạnh tính toán tối thiểu cần thiết để khai thác một khối.
Tháng 12 năm 2009: Độ khó vẫn ở mức 1, phản ánh số lượng người tham gia mạng lưới còn hạn chế.
2010 – Chuyển sang khai thác GPU
Tháng 7 năm 2010: Sự xuất hiện của khai thác GPU dẫn đến sự gia tăng đáng kể đầu tiên về độ khó. Đến cuối năm 2010, độ khó tăng lên khoảng 14, thể hiện sự chuyển dịch từ khai thác thông thường sang tham gia cạnh tranh hơn với phần cứng tốt hơn.
2013 – Kỷ nguyên khai thác ASIC
Tháng 1 năm 2013: Việc giới thiệu máy đào ASIC gây ra sự gia tăng đáng kể về độ khó vì chúng cung cấp sức mạnh tính toán mạnh mẽ hơn so với GPU. Độ khó tăng lên khoảng 3.500.000.
Tháng 12 năm 2013: Đến cuối năm, độ khó tăng vọt lên khoảng 1.500.000.000, phản ánh sự áp dụng nhanh chóng công nghệ ASIC và tốc độ băm mạng tăng lên.
2017 – Thị trường tăng giá của Bitcoin
Tháng 1 năm 2017: Độ khó khai thác vào khoảng 300.000.000.000, tăng đáng kể nhờ phần cứng khai thác được cải thiện và ngày càng có nhiều thợ đào tham gia thị trường do giá Bitcoin tăng.
Tháng 12 năm 2017: Vào cuối đợt tăng giá, độ khó đạt khoảng 1.590.000.000.000, phản ánh sự gia tăng cạnh tranh và đầu tư vào cơ sở hạ tầng khai thác khi giá Bitcoin đạt gần 20.000 đô la.
2020 – Halving lần thứ ba và tác động của nó
Tháng 5 năm 2020: Ngay trước đợt halving thứ ba, độ khó khai thác là khoảng 16.100.000.000.000. Đợt halving này cắt giảm phần thưởng khối từ 12,5 xuống còn 6,25 BTC, thúc đẩy sự điều chỉnh về sự tham gia của thợ đào và lợi nhuận.
Tháng 12 năm 2020: Độ khó khai thác tăng lên khoảng 18.600.000.000.000 khi thợ đào thích nghi với điều kiện kinh tế mới và tiếp tục đầu tư vào thiết bị khai thác hiệu quả hơn.
2021 – Lệnh cấm khai thác của Trung Quốc
Tháng 5 năm 2021: Trung Quốc đàn áp khai thác khiến tỷ lệ băm giảm mạnh. Độ khó giảm 28% vào tháng 7 năm 2021, xuống còn khoảng 14.400.000.000.000. Sự sụt giảm này là sự điều chỉnh giảm lớn nhất trong lịch sử Bitcoin, cho thấy những thay đổi về chính sách ở các khu vực khai thác lớn có thể tác động đến mạng lưới như thế nào.
Tháng 12 năm 2021 : Khi thợ đào di chuyển đến các khu vực mới và tiếp tục hoạt động, độ khó sẽ phục hồi về mức khoảng 24.200.000.000.000.
2024 – Kỷ lục cao
Tháng 10 năm 2024: Độ khó khai thác đạt mức cao kỷ lục là 95.672.703.408.223, phản ánh sự gia tăng đáng kể về tỷ lệ băm toàn cầu, những tiến bộ trong phần cứng khai thác và sự áp dụng rộng rãi hơn.
Độ khó ảnh hưởng đến doanh thu của thợ đào Bitcoin như thế nào
Khi nhiều thợ đào tham gia mạng lưới hoặc nâng cấp giàn khai thác của họ , độ khó sẽ điều chỉnh tăng lên để giữ thời gian khối ổn định ở mức 10 phút. Điều này có nghĩa là mỗi thợ đào phải thực hiện nhiều phép tính hơn để giải một khối, làm tăng chi phí năng lượng và cắt giảm biên lợi nhuận của họ.
Như bạn đã thấy, vào tháng 10 năm 2024, độ khó đã đạt mức cao nhất mọi thời đại là khoảng 95,7 nghìn tỷ. Sự cạnh tranh khốc liệt này buộc thợ đào phải sử dụng nhiều năng lượng hơn và đối với nhiều người, điều đó có nghĩa là lợi nhuận thấp hơn nếu họ không thể bù đắp chi phí.
Tuy nhiên, thợ đào không ngồi yên trong khi chi phí tăng. Sau đây là một số chiến lược họ sử dụng để luôn đi đầu:
Nâng cấp phần cứng: ASIC mới hơn, hiệu quả hơn giúp thợ đào có được nhiều sức mạnh băm hơn trên mỗi watt. Bằng cách thường xuyên cập nhật thiết bị của mình, họ có thể giảm chi phí ngay cả khi độ khó tăng lên.
Cắt giảm chi phí năng lượng: Nhiều thợ mỏ di dời đến các khu vực có điện giá rẻ hoặc nguồn năng lượng tái tạo. Chi phí năng lượng thấp hơn có nghĩa là lợi nhuận tốt hơn và các nguồn bền vững có thể cung cấp mức giá ổn định trong dài hạn.
Mở rộng quy mô: Vận hành các trang trại khai thác lớn hơn giúp phân bổ chi phí. Các hoạt động lớn hơn có thể mua số lượng lớn và có được các giao dịch tốt hơn về thiết bị và điện, cải thiện lợi nhuận ròng của họ.
Thêm nguồn doanh thu: Một số thợ đào cung cấp dịch vụ khai thác đám mây hoặc cho thuê không gian trong trung tâm dữ liệu của họ để bù đắp chi phí. Những người khác thậm chí còn thử nghiệm các dịch vụ AI để khai thác các nguồn thu nhập mới.
Sáp nhập và mở rộng: Việc sáp nhập với các công ty khai thác khác cho phép các công ty tập hợp nguồn lực và giảm cạnh tranh, giúp họ vượt qua những thăng trầm của khó khăn và biến động giá Bitcoin.
Những chiến lược này giúp thợ đào vượt qua các mức độ khó tăng dần và duy trì lợi nhuận trong một thị trường cạnh tranh khốc liệt. Nhưng với mỗi lần tăng độ khó, họ lại bị thúc đẩy tìm ra những cách mới để duy trì hoạt động khai thác khả thi về mặt kinh tế.
Tương lai của khó khăn khai thác
Bitcoin có vẻ đã được khẳng định, nhưng tương lai của nó vẫn chưa được đảm bảo.
Chính sách của chính phủ ngày càng tác động đến việc khai thác và điều chỉnh độ khó. Năm 2022, thuế năng lượng khai thác của Kazakhstan đã khiến tỷ lệ băm giảm tạm thời khi thợ đào phải đối mặt với chi phí cao hơn.
Mặt khác, El Salvador đã chấp nhận khai thác bằng cách thúc đẩy năng lượng địa nhiệt, giúp ổn định tỷ lệ băm và hỗ trợ độ khó cao hơn. Iceland và Na Uy cũng thu hút thợ mỏ bằng nguồn năng lượng tái tạo dồi dào của họ , cung cấp tỷ lệ băm ổn định với tác động môi trường thấp hơn.
Tuy nhiên, khái niệm về độ khó khai thác làm nổi bật những thách thức về môi trường của PoW. Lượng năng lượng khổng lồ tiêu thụ trong các phép tính thử nghiệm và sai sót đã khiến các quốc gia như Thụy Điển thúc đẩy các hạn chế, điều này có thể định hình lại các quy định khai thác trong tương lai. Việc Ethereum chuyển sang bằng chứng cổ phần (PoS) vào năm 2022, cắt giảm 99% mức sử dụng năng lượng, cho thấy các giải pháp thay thế bền vững có thể phát triển mạnh như thế nào và tạo thêm áp lực buộc Bitcoin phải đổi mới.
Tuy nhiên, PoW vẫn là một yếu tố quan trọng của mô hình bảo mật Bitcoin . Chi phí năng lượng khổng lồ cần thiết để khai thác khiến bất kỳ tác nhân độc hại nào cũng khó có thể thay đổi blockchain hoặc thực hiện các cuộc tấn công. Mức độ bảo mật và khả năng phục hồi này khó có thể sao chép trong các hệ thống khác và trong khi PoS mang lại lợi thế về mặt môi trường, PoW đã chứng tỏ mình là mạnh mẽ về mặt duy trì tính toàn vẹn của mạng.
Những người khai thác đã thích nghi bằng cách chuyển sang các nguồn năng lượng tái tạo như thủy điện ở Canada và năng lượng mặt trời ở Hoa Kỳ. Một số thậm chí còn tái sử dụng nhiệt lượng khai thác dư thừa cho mục đích công nghiệp để cải thiện tính bền vững.
Máy tính lượng tử đặt ra một thách thức tiềm ẩn khác, có khả năng tạo ra sức mạnh khai thác khổng lồ có thể tạo ra các hàm băm chấp nhận được nhanh hơn nhiều so với phần cứng hiện tại, điều này có thể làm tăng đáng kể độ khó. Trong khi các chuyên gia cho biết máy tính lượng tử thực tế vẫn còn nhiều năm nữa mới ra đời, cộng đồng Bitcoin đã nghiên cứu các thuật toán chống lượng tử để bảo mật mạng.
Tương lai của độ khó khai thác Bitcoin được cân bằng giữa các mối đe dọa và giải pháp. Cơ chế PoW của nó có thể tiếp tục phát triển hay không tùy thuộc vào cách nó thích ứng với những thách thức này.
Bạn có biết không? Các chuyên gia dự đoán rằng máy tính lượng tử thực tế, có khả năng chịu lỗi, có khả năng vượt trội hơn máy tính cổ điển trong nhiều tác vụ khác nhau có thể xuất hiện vào khoảng năm 2035. Điều này sẽ đánh dấu sự thay đổi lớn về sức mạnh tính toán và công nghệ.