Como funciona a mineração de Bitcoin?

A mineração de Bitcoin é o processo que adiciona novos blocos de transações à blockchain. Os mineradores agrupam transações pendentes e, em seguida, competem para encontrar um cabeçalho de bloco cujo hash fique abaixo de um alvo definido pela rede. O vencedor recebe os BTC recém-emitidos mais as taxas daquele bloco, e todos os nós verificam o trabalho antes de aceitá-lo.

O que um minerador faz com cada bloco

Um minerador executa um software que monitora o conjunto de transações não confirmadas que aguardam na rede, frequentemente chamado de mempool. A partir desse conjunto, ele escolhe as transações que deseja incluir, geralmente começando pelas que pagam a maior taxa por unidade de espaço no bloco. Nosso guia sobre taxas de transação na blockchain explica como essa taxa é definida.

Antes de adicionar as transações de terceiros, o minerador cria uma das suas próprias. Essa primeira entrada é chamada de transação coinbase, e é assim que o minerador se paga: ela cria os novos BTC permitidos pelo protocolo e coleta as taxas de todas as demais transações do bloco. O restante do bloco são as transações selecionadas, organizadas de forma que uma única impressão digital, a raiz de Merkle (Merkle root), resuma todas elas.

Neste ponto, o minerador tem um bloco candidato. Ele é válido em todos os aspectos, exceto em um: ainda não possui prova de trabalho.

O cabeçalho do bloco e a corrida de hashes

A mineração acontece sobre o cabeçalho do bloco, um resumo de 80 bytes do bloco. O cabeçalho contém seis campos:

Figura: Como um bloco passa de transações pendentes para a cadeia.

O minerador passa o cabeçalho pela função de hash SHA-256 duas vezes e analisa o resultado. Se o número for menor que o alvo, o bloco está resolvido. Se não for, o minerador altera o nonce e tenta novamente. Quando todos os cerca de quatro bilhões de valores de nonce são usados, o minerador altera outro elemento, como um campo extra dentro da transação coinbase, o que muda a raiz de Merkle e abre uma nova faixa de tentativas.

Cada hash é, na prática, um bilhete de loteria. Ninguém consegue prever qual entrada produzirá um resultado baixo o suficiente, então a única estratégia é tentar mais rápido que os demais. É por isso que o setor mede os mineradores em hashes por segundo, tema abordado em nosso guia sobre taxa de hash do Bitcoin.

Como a rede define o alvo

Se os mineradores adicionassem mais máquinas e nada mais mudasse, os blocos chegariam cada vez mais rápido. O Bitcoin evita isso recalculando o alvo a cada 2.016 blocos, com o objetivo de uma média de um bloco a cada 10 minutos. Quando os blocos vêm rápido demais, o alvo diminui e o quebra-cabeça fica mais difícil. Quando vêm devagar, ele fica mais fácil.

O ajuste é limitado a um fator de quatro em qualquer direção por período, o que impede que um intervalo incomum desequilibre o sistema demais. Nosso texto explicativo sobre dificuldade de mineração do Bitcoin apresenta a matemática.

Quanto os mineradores ganham

Um minerador que resolve um bloco recebe duas coisas:

• O subsídio do bloco. Novos BTC criados pelo protocolo. Começou em 50 BTC por bloco em 2009 e é reduzido à metade a cada 210.000 blocos. Desde o bloco 840.000, em 20 de abril de 2024, é de 3,125 BTC. Nosso guia sobre o halving do Bitcoin trata do cronograma.
• Taxas de transação. O valor que as transações do bloco pagaram para serem incluídas.

Na maioria das vezes, o subsídio representa a maior parte da receita, mas as taxas podem surpreender. O bloco 840.000, justamente o que reduziu o subsídio para 3,125 BTC, também continha cerca de 37,6 BTC em taxas, aproximadamente 12 vezes o novo subsídio. Foi um bloco incomum. Ainda assim, ele lembra que a receita dos mineradores depende da demanda por espaço em bloco, além do cronograma de emissão.

As novas moedas não podem ser gastas imediatamente. As regras do Bitcoin exigem que uma saída coinbase aguarde 100 blocos antes de poder ser movimentada, para que um bloco que mais tarde saia da cadeia não deixe para trás moedas gastas que nunca existiram.

Por que outros nós aceitam ou rejeitam um bloco

Encontrar um hash válido não dá ao minerador a palavra final. Quando um bloco é transmitido, cada nó completo o verifica de forma independente: o hash deve estar abaixo do alvo, todas as transações devem ser válidas, nenhuma moeda pode ser gasta duas vezes, e a coinbase não pode reivindicar mais do que o subsídio somado às taxas. Um bloco que falhe em qualquer uma dessas verificações é rejeitado, não importa quanta eletricidade tenha sido gasta nele.

Às vezes, dois mineradores resolvem um bloco quase ao mesmo tempo. Por um breve período, a rede tem duas versões concorrentes do último bloco. Os nós seguem a cadeia com o maior trabalho acumulado; assim, assim que o próximo bloco é adicionado a um dos lados, o outro bloco torna-se obsoleto e sua recompensa desaparece. Esta é uma das razões pelas quais as exchanges aguardam vários blocos antes de creditar um depósito, como explicado em nosso guia sobre por que as confirmações de rede importam.

Por que a maioria dos mineradores entra em um pool

A mineração solo é um negócio de alta variância. Um minerador com uma pequena fração do poder de hash da rede pode, em média, encontrar um bloco a cada poucos anos e, na prática, pode passar muito mais tempo sem encontrar nenhum. Os pools de mineração resolvem o problema do fluxo de caixa. Os membros direcionam suas máquinas para um modelo de bloco compartilhado; o pool acompanha a contribuição de cada membro por meio de “shares” (hashes que seriam válidos em um alvo mais fácil), e as recompensas são divididas de acordo com esses shares, descontada a taxa do pool.

Os pools tornam a renda mais estável, mas concentram as decisões sobre quais transações entram nos blocos. Um punhado de grandes pools produz uma grande parcela de todos os blocos, e é por isso que a distribuição do poder de hash entre os pools é acompanhada de perto por quem monitora a saúde da rede.

Por que a mineração solo raramente faz sentido: os números

Considere uma máquina moderna produzindo 200 TH/s em uma rede operando a cerca de 600 EH/s, aproximadamente o nível de abril de 2024. (Valores ilustrativos.) A máquina fornece cerca de um três milionésimo do poder de hash da rede. Com cerca de 144 blocos encontrados por dia, ela esperaria encontrar um bloco aproximadamente a cada 20.800 dias, ou cerca de uma vez a cada 57 anos.

A renda esperada é a mesma, quer o minerador trabalhe sozinho ou em um pool: cerca de 15.000 satoshis por dia em subsídio, a 3,125 BTC por bloco, antes das taxas. O que muda é a forma como essa renda chega. Sozinho, ela chega como uma recompensa grande que pode nunca chegar durante a vida útil da máquina. Em um pool, chega como pagamentos pequenos e regulares. Os pools existem para transformar uma loteria em um salário, e é por isso que quase todo o poder de hash está agrupado.

Hardware, eletricidade e onde a mineração acontece

A mineração de Bitcoin hoje funciona com ASICs, chips construídos para fazer apenas uma coisa: calcular hashes SHA-256. Seu número-chave é a eficiência, medida em joules por terahash (J/TH): quanta energia uma máquina consome para produzir um trilhão de hashes. Cada nova geração reduz esse valor, e máquinas antigas saem de operação quando a conta de eletricidade ultrapassa o que elas ganham.

Como a energia é o maior custo contínuo, os mineradores vão para onde a eletricidade é barata, desperdiçada ou excedente. É também por isso que o debate sobre energia em torno do Bitcoin nunca se resolve totalmente: a segurança da rede vem de gastos no mundo real, e a forma como você julga esses gastos depende do que você acha que a rede vale. Se você quiser colocar números em uma única máquina, nosso exemplo detalhado sobre estimando a rentabilidade da mineração de Bitcoin mostra o cálculo.

Dos laptops aos galpões: como o hardware de mineração mudou

No primeiro ano do Bitcoin, os mineradores usavam os processadores principais de computadores comuns. Em 2010, os primeiros participantes descobriram que placas de vídeo podiam executar os mesmos cálculos muito mais rapidamente, e a mineração por GPU logo dominou. Chips programáveis, conhecidos como FPGAs, vieram em seguida, e depois os circuitos integrados de aplicação específica (ASICs), chips construídos para fazer apenas uma coisa: calcular hashes SHA-256 da forma mais eficiente possível.

Cada etapa tornou a geração anterior de hardware não competitiva. Hoje, as máquinas ASIC dominam, e a eficiência de uma máquina, medida em energia por unidade de hashing, determina se ela é lucrativa. É por isso que a mineração saiu das mesas de hobistas e foi para grandes instalações localizadas onde a eletricidade é mais barata.

A mineração como negócio

Uma operação de mineração recebe o subsídio do bloco mais as taxas por cada bloco que ela, ou seu pool, encontra, e paga por hardware, eletricidade, refrigeração e equipe. A receita sobe com o preço do bitcoin e com as taxas; cai a cada halving e à medida que mais poder computacional disputa as mesmas recompensas. Mineradores costumam acompanhar o “hashprice”, a receita esperada por unidade de poder de hash por dia, que combina preço, taxas e dificuldade em um único número. Quando o hashprice cai abaixo dos custos de operação de uma máquina, ela é desligada. Veja o que determina a rentabilidade da mineração de Bitcoin.

Energia: o custo que compra segurança

O consumo elétrico da mineração não é um efeito colateral; é o que faz o sistema funcionar. A energia gasta no hashing é o que um atacante precisaria igualar para reescrever o histórico. Como essa eletricidade é gerada, e se a segurança vale a energia, é uma das questões mais disputadas sobre o Bitcoin. Mineradores tendem a buscar a energia mais barata disponível, que pode incluir excedentes ou energia de outra forma não utilizada, e alguns conseguem desligar rapidamente quando a demanda em uma rede elétrica local atinge o pico.

Por que a mineração torna o registro difícil de reescrever

Cada bloco se compromete com o anterior. Para alterar uma transação enterrada a alguns blocos de profundidade, um atacante teria de refazer a prova de trabalho desse bloco e de todos os blocos seguintes, e depois ultrapassar a cadeia honesta que continua crescendo nesse meio tempo. O white paper do Bitcoin descreve isso como uma corrida em que o atacante fica cada vez mais para trás a cada novo bloco, desde que mineradores honestos controlem a maior parte do poder de hash.

Este é o significado prático de “prova de trabalho”. O trabalho é caro de produzir e trivial de verificar, de modo que toda a rede pode concordar com um único histórico sem confiar em nenhum minerador individual. Ele também conecta a mineração à questão da oferta de longo prazo: à medida que o subsídio continua caindo pela metade, as taxas precisam carregar mais do orçamento de segurança, uma mudança abordada em o que acontece quando todos os 21 milhões de bitcoins forem minerados.

Para a visão mais ampla de como o ativo e a rede se encaixam, comece com nosso guia sobre o que é o Bitcoin.

Perguntas comuns sobre mineração de Bitcoin

Ainda é possível minerar Bitcoin em casa?

Você pode rodar um minerador em casa, mas com uma única máquina estará competindo com operações industriais que têm energia mais barata. A maioria dos mineradores domésticos entra em um pool para receber pagamentos pequenos e regulares. Se isso compensa depende quase inteiramente do preço da sua eletricidade e da eficiência do seu hardware.

Quanto tempo leva para minerar um bitcoin?

A mineração não produz moedas uma por uma. A rede produz um bloco a cada 10 minutos, aproximadamente, e esse bloco paga um subsídio fixo, atualmente 3,125 BTC, mais as taxas. Quanto disso um determinado minerador ganha depende da sua fatia do poder de hash total da rede.

O que acontece com a mineração quando o subsídio acabar?

O subsídio cai para zero por volta do ano 2140. Depois disso, os mineradores são pagos apenas por meio das taxas de transação. Se as taxas serão suficientes para manter a rede segura é um debate em aberto entre pesquisadores e desenvolvedores.

Este artigo tem caráter educativo e não constitui aconselhamento financeiro, de investimento, jurídico ou tributário. Ativos digitais são voláteis e você pode perder o valor investido.

Fontes

• Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System — Satoshi Nakamoto, outubro de 2008
• Código-fonte do Bitcoin Core, pow.cpp (ajuste de dificuldade e limite de fator quatro) — Bitcoin Core, GitHub
• Código-fonte do Bitcoin Core, chainparams.cpp (intervalo de halving de 210.000 blocos, tempo-alvo de 10 minutos entre blocos) — Bitcoin Core, GitHub
• Código-fonte do Bitcoin Core, consensus.h (maturidade de 100 blocos da coinbase) — Bitcoin Core, GitHub
• Bloco 840.000 — Blockchain.com Explorer