เพื่อตั้งบริการตราเวลาแบบกระจายโดยใช้เครือข่ายเพียร์ทูเพียร์ บิตคอยน์ใช้ระบบพิสูจน์ว่าได้ทำงาน (proof-of-work system)[upper-alpha 1][3]งานบริการเช่นนี้บ่อยครั้งเรียกว่า การขุดหาบิตคอยน์ (bitcoin mining)ค่าแฮชที่เป็นค่าพิสูจน์จะต้องค้นพบ ไม่ใช่อะไรที่สามารถรู้ล่วงหน้าได้[7]เป็นงานที่ใช้พลังงานมาก[8]ค่าไฟฟ้าอาจเป็นค่าใช้จ่ายถึง 90% ของผู้ขุดหาเหรียญ[9]ศูนย์ข้อมูลในจีน ซึ่งออกแบบเพื่อขุดหาเหรียญบิตคอยน์โดยหลัก คาดว่าจะต้องใช้พลังงานไฟฟ้าถึง 135 เมกะวัตต์[10]

การบังคับให้พิสูจน์ว่าได้ทำงานเพื่อเป็นค่าแฮชของบล็อก เป็นนวัตกรรมหลักของซาโตชิ นากาโมโตะ[7]กระบวนการขุดหาเหรียญจะต้องหาบล็อกที่เมื่อคำนวณค่าแฮชสองครั้งด้วย SHA-256 จะให้ตัวเลขน้อยกว่าเกณฑ์ความยากลำบากที่ตั้งไว้แม้งานที่ต้องทำโดยเฉลี่ยจะเพิ่มขึ้นแบบผกผันกับความยากลำบากของเกณฑ์ที่ว่า (คือตัวเลขน้อยลงเท่าไร ก็ยากขึ้นเท่านั้น) ค่าสามารถยืนยันพิสูจน์ว่าถูกต้องได้โดยการคำนวณค่าแฮชสองครั้งเพียงรอบเดียว

สำหรับเครือข่ายตราเวลาของบิตคอยน์ ค่าพิสูจน์ว่าได้ทำงานจะพบได้โดยเพิ่มค่า nonce ภายในบล็อก จนกระทั่งเจอค่าซึ่งทำให้ค่าแฮชของบล็อกมีบิต 0 นำหน้าตามจำนวนที่กำหนดเมื่อได้ค่าแฮชที่ถูกต้องแล้ว บล็อกนั้นไม่สามารถเปลี่ยนได้โดยไม่คำนวณค่าแฮชใหม่เพราะบล็อกต่อ ๆ มาก็จะต่อเป็นลูกโซ่ซึ่งแต่ละบล็อก ๆ ล้วนบันทึกค่าแฮชของบล็อกที่มาก่อนหน้า ถ้าจะเปลี่ยนบล็อก ๆ หนึ่งที่อยู่ในโซ่แล้ว ก็หมายความว่าต้องเปลี่ยนบล็อกต่อ ๆ มาแล้วคำนวณค่าแฮชของบล็อกที่เกี่ยวข้องทั้งหมด

ความเห็นพ้องของสถานีส่วนใหญ่ในระบบบิตคอยน์ จะแสดงโดยโซ่ที่ยาวสุด ซึ่งต้องใช้ความพยายามมากสุดเพื่อสร้างดังนั้น ถ้าสถานีที่ซื่อสัตย์เป็นผู้ควบคุมกำลังคอมพิวเตอร์โดยมาก โซ่ที่เที่ยงตรงก็จะงอกเร็วสุดเพื่อจะแก้ข้อมูลในบล็อกอดีต ผู้ทำการไม่ชอบจะต้องคำนวณค่าพิสูจน์ว่าได้ทำงานของบล็อกนั้น และของบล็อกต่อ ๆ มาหลังจากนั้น แล้วทำการได้มากกว่าสถานีที่ซื่อสัตย์โอกาสที่ผู้ทำการไม่ชอบซึ่งทำงานได้ช้ากว่า จะทำการตามโซ่ที่เที่ยงตรงได้ทัน จะลดลงอย่างเป็นเลขยกกำลังเมื่อมีบล็อกใหม่เพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ[3]เพื่อชดเชยความเร็วของฮาร์ดแวร์ที่เพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ และความสนใจในการสร้างบล็อกที่มากน้อยต่าง ๆ กันตามเวลา ความยากในการหาค่าแฮชจะปรับทุก ๆ 2 อาทิตย์โดยคร่าว ๆถ้าสร้างบล็อกได้เร็วเกินไป ก็จะทำให้ยากขึ้นโดยต้องคำนวณค่าแฮชเพิ่มขึ้นเพื่อสร้างบล็อกใหม่ (ซึ่งเป็นการสร้างหน่วยเงินใหม่ด้วย)[3]

ความยาก

การขุดหาเหรียญบิตคอย์เป็นเรื่องที่ต้องแข่งขันมี "การแข่งขันในทางอาวุธ" คือแข่งใช้เทคโนโลยีต่าง ๆ เพื่อคำนวณแฮชในการขุดหาบิตคอยน์ รวมทั้งหน่วยประมวลผลกลางธรรมดา ๆ หน่วยประมวลผลกราฟิกส์ไฮเอนด์ซึ่งเป็นอุปกรณ์สามัญในคอมพิวเตอร์สำหรับเกมมิง เอฟพีจีเอ และวงจรรวมเฉพาะงาน (ASIC) ซึ่งแต่ละอย่างล้วนลดผลกำไรที่ได้จากเทคโนโลยีที่เฉพาะพิเศษน้อยกว่าASIC เฉพาะบิตคอยน์ปัจจุบันเป็นวิธีการหลักเพื่อขุดหาบิตคอยน์ และเอาชนะความเร็วของ GPU ได้อาจถึง 300 เท่า[11]เพราะบิตคอยน์ขุดหาได้ยากขึ้น บริษัทผลิตฮาร์ดแวร์คอมพิวเตอร์จึงขายผลิตภัณฑ์ ASIC ในชั้นสูงได้มากขึ้น[12]

กำลังของคอมพิวเตอร์บ่อยครั้งจะแชร์กันเป็นกลุ่ม (mining pool) เพื่อลดความไม่แน่นอนของรายได้ผู้ขุดหาเหรียญเพราะผู้ขุดหาเหรียญแบบบุคคล บ่อยครั้งต้องรอนานเพื่อโอกาสยืนยันพิสูจน์บล็อกธุรกรรมแล้วได้รับค่าทดแทนแต่เมื่อทำเป็นกลุ่ม ผู้ขุดเหรียญทั้งหมดจะได้ค่าทดแทนทุก ๆ ครั้งที่สมาชิกในกลุ่มได้สร้างบล็อกที่ถูกต้องขึ้นโดยค่าทดแทนที่ได้จะขึ้นอยู่กับงานที่ผู้ขุดหาเหรียญทำในการหาค่าแฮชของบล็อกที่ว่านั้น[13]

ศูนย์ข้อมูลบิตคอยน์มักจะไม่แสดงตัวและอยู่กระจายไปทั่วโลก แม้ก็มักจะรวมกันอยู่ในที่ไฟฟ้ามีราคาถูก[9]

การใช้พลังงาน

ในข่าวปี 2013 นักข่าวได้ประเมินการใช้พลังงานเพื่อขุดหาบิตคอยน์ที่ประมาณ 40.9 เมกะวัตต์ (982 เมกะวัตต์-ชั่วโมง ต่อวัน) ซึ่งบางคนเรียกว่าเป็นภัยพิบัติทางสิ่งแวดล้อม[14]ในปี 2014 นักข่าวอีกท่านประเมินการใช้พลังงานที่ 80.7 เมกะวัตต์[15]โดยปี 2015 นิตยสาร The Economist ประเมินว่า แม้ถ้าผู้ขุดหาเหรียญทั้งหมดใช้อุปกรณ์/สถานที่อำนวยกิจที่ทันสมัย การใช้พลังงานไฟฟ้ารวมกันจะอยู่ที่ 166.7 เมกะวัตต์ (หรือ 1.46 เทระวัตต์-ชั่วโมง ต่อปี)[16]

เพื่อลดค่าใช้จ่าย ผู้ขุดหาบิตคอยน์ได้จัดตั้งในที่ต่าง ๆ เช่น ประเทศไอซ์แลนด์ที่พลังงานความร้อนใต้พิภพมีราคาถูก และการทำความเย็นด้วยอากาศเขตอาร์กติกเป็นของฟรี[17]ส่วนผู้ขุดหาบิตคอยน์ชาวจีนบางคนใช้ไฟฟ้าจากพลังงานน้ำในทิเบตเพื่อลดค่าใช้จ่าย[18]

กระบวนการ

มุมมองกว้าง ๆ ของกระบวนการขุดหาบิตคอยน์ก็คือ[3]

1. ธุรกรรมใหม่ ๆ จะแพร่สัญญาณไปยังทุกสถานี
2. ผู้ขุดหาเหรียญแต่ละสถานี จะรวมธุรกรรมต่าง ๆ เข้าในบล็อกหนึ่ง
3. ผู้ขุดหาเหรียญจะหาค่าแฮชพิสูจน์ว่าได้ทำงาน (proof-of-work) สำหรับบล็อกที่ตนต้องการเพิ่ม
4. เมื่อสถานีหนึ่งพบค่าพิสูจน์ว่าได้ทำงาน ก็จะแพร่สัญญาณบล็อกนั้น (พร้อมกับค่าแฮช) ไปยังทุกสถานี
5. สถานีที่ได้รับ จะยืนยันพิสูจน์ความถูกต้องของธุรกรรมในบล็อกนั้น แล้วยอมรับก็ต่อเมื่อธุรกรรมถูกต้องทุกรายการ
6. สถานีแสดงการยอมรับโดยสร้างบล็อกต่อไปโดยใช้ค่าแฮชใหม่ของบล็อกที่ได้ยอมรับ

บิตคอยน์ที่ขุดหาได้

โดยกฎแล้ว ธุรกรรมแรกของบล็อกเป็นธุรกรรมพิเศษที่สร้างบิตคอยน์ใหม่ซึ่งผู้สร้างบล็อกจะเป็นเจ้าของซึ่งเป็นแรงจูงใจให้สถานีต่าง ๆ สนับสนุนเครือข่าย[2]และยังเป็นวิธีสร้างบิตคอยน์ใหม่เข้าระบบแต่รางวัลการขุดเหรียญจะลดลงครึ่งหนึ่งทุก ๆ 210,000 บล็อกโดยเริ่มที่ 50 เหรียญ ลดลงเหรือ 25 เหรียญปลายปี 2012 แล้วเหลือ 12.5 เหรียญในปี 2016[19]กระบวนการลดรางวัลครึ่งหนึ่งนี้ ได้โปรแกรมให้เกิด 64 ครั้ง ก่อนจะยุติการสร้างเหรียญใหม่ ๆ อีกต่อไป[19]