Hash rate e dificuldade de mineração do Bitcoin explicados

Ideias principais

• Um hash é uma impressão digital de tamanho fixo de qualquer dado. Minerar é buscar um hash de bloco que fique abaixo de um número-alvo.
• O hash rate é o número de hashes por segundo que todos os mineradores tentam em conjunto. Ninguém consegue lê-lo diretamente, então ele é estimado a partir da rapidez com que os blocos são encontrados.
• A dificuldade é o quanto esse alvo é exigente. A cada 2.016 blocos, cerca de duas semanas, o protocolo a reajusta para que os blocos continuem chegando a cada dez minutos, aproximadamente.
• Mais hash rate não cria mais bitcoin nem blocos mais rápidos. Ele torna cada bloco mais difícil de ganhar e um ataque ao livro-razão mais caro.
• O halving não altera as regras de dificuldade. Este artigo não cita valores ao vivo, e a última seção diz onde encontrá-los.

O que é um hash?

Um hash é uma sequência de caracteres de tamanho fixo que uma função de hash produz a partir de qualquer entrada, uma espécie de impressão digital dos dados. O Bitcoin usa uma função chamada SHA-256, que sempre devolve 256 bits, geralmente escritos como 64 caracteres hexadecimais. Nos hashes de bloco, o Bitcoin a aplica duas vezes ao cabeçalho do bloco.

Duas propriedades importam. A mesma entrada sempre dá a mesma saída, e mudar um único caractere produz uma saída que parece totalmente sem relação. Aqui estão os primeiros 16 dos 64 caracteres de uma passada do SHA-256:

Entrada	Início do hash
bitcoin	6b88c087247aa2f0
Bitcoin	b4056df6691f8dc7

A outra propriedade é que ninguém consegue partir de um hash e voltar até a entrada, nem prever o que uma nova entrada vai produzir. A única maneira de achar uma entrada cujo hash seja de um tipo escolhido é testar entradas uma após a outra, e essa é toda a base da mineração. Um minerador pega um bloco candidato, muda um número em seu cabeçalho chamado nonce, calcula o hash, confere o resultado e tenta de novo. A mineração de Bitcoin por dentro trata das máquinas e do dinheiro, e Como funciona o Bitcoin? trata dos blocos.

O que é o hash rate?

O hash rate é o número de hashes por segundo que os mineradores realizam, seja para uma máquina ou para a rede inteira. Os prefixos de unidade sobem por um fator de 1.000: quilohash, megahash, gigahash, terahash, petahash, exahash e zettahash.

Cada máquina de mineração costuma ser cotada em terahashes por segundo. O total da rede é cotado em exahashes por segundo ou mais.

Ninguém divulga o hash rate da rede, porque os mineradores não são obrigados a revelar suas máquinas. Ele é inferido: se os blocos são encontrados mais rápido do que o ritmo-alvo com uma dificuldade conhecida, é porque há mais poder de computação em ação. Os blocos chegam ao acaso, então uma estimativa de um dia oscila bastante, e a maioria dos gráficos mostra médias de vários dias ou semanas.

O que é a dificuldade de mineração?

A dificuldade de mineração é um número que descreve o quanto é difícil encontrar um hash de bloco válido. Um bloco só conta se o seu hash, lido como um número muito grande, ficar abaixo de um alvo, e quanto menor o alvo, mais tentativas o minerador precisa.

Uma imagem útil são os zeros à esquerda: imagine exigir um hash que comece com certa quantidade de zeros. Cada zero hexadecimal a mais torna a busca 16 vezes mais difícil. Qualquer pessoa pode repetir esse teste: calcule o hash do texto “banking-0”, depois de “banking-1”, e continue contando até que a saída comece com os zeros exigidos.

Zeros à esquerda exigidos	Média de tentativas necessárias	Tentativas neste teste
1	16	33
2	256	301
3	4.096	3.408
4	65.536	121.208
5	1.048.576	1.862.495

Os resultados oscilam em torno da média porque cada tentativa é um novo lance de dados. O alvo do Bitcoin funciona da mesma forma, mas é um número de granularidade fina, então a dificuldade muda de modo suave e não em saltos de 16. O ajuste mais fácil permitido, usado no início, em 2009, é a dificuldade 1, e todo valor posterior é um múltiplo dele. Como regra prática, encontrar um bloco leva, em média, cerca de 4,3 bilhões de tentativas multiplicadas pela dificuldade.

Como funciona o ajuste de dificuldade?

A cada 2.016 blocos, cada nó recalcula a dificuldade comparando o tempo que esses blocos levaram com as duas semanas previstas, que são 2.016 blocos de dez minutos cada. Se os blocos vieram mais rápido, o alvo é tornado mais difícil, e se vieram mais devagar, é tornado mais fácil. Um único ajuste não pode mover a dificuldade por mais de um fator de quatro em nenhuma das direções.

Ninguém vota nisso nem o executa. Cada nó faz a mesma aritmética sobre os mesmos tempos públicos dos blocos e rejeita qualquer bloco que não atinja o alvo exigido pelo seu próprio cálculo. O que é um nó Bitcoin? explica o que envolve rodar um.

Veja um exemplo hipotético. Suponha que os mineradores adicionem tantas máquinas que 2.016 blocos levam uma semana em vez de duas. O próximo ajuste mais ou menos dobra a dificuldade, e os blocos voltam a ficar a cerca de dez minutos de distância. O inverso também vale. Se metade de todas as máquinas fosse desligada logo após um ajuste, os blocos viriam a cada 20 minutos, aproximadamente, e o próximo ajuste estaria a quatro semanas de distância. Algo parecido se seguiu à repressão à mineração na China em 2021: os blocos ficaram mais lentos, depois a dificuldade caiu nos ajustes seguintes e o ritmo se recuperou.

Dez minutos é uma média, não um cronograma. Os blocos são encontrados por acaso, então alguns chegam em segundos e alguns levam mais de uma hora.

Por que a dificuldade sobe ou desce?

A dificuldade acompanha o hash rate com atraso, então sobe quando os mineradores adicionam poder de computação e cai quando o retiram. Máquinas novas e mais eficientes entrando em operação empurram o hash rate para cima. O mesmo fazem um preço mais alto do bitcoin, taxas mais altas ou eletricidade mais barata, que tornam a mineração mais atraente e atraem mais mineradores.

A pressão no sentido oposto vem de um preço mais baixo, de custos de energia em alta, de quedas de energia ou de regras locais, que podem levar os operadores menos eficientes a desligar. Os blocos então ficam mais lentos, e o próximo ajuste reduz a dificuldade.

No longo prazo, a dificuldade tem tendido a subir, com quedas ocasionais. Uma dificuldade crescente não deixa as transações mais lentas e não cria mais bitcoin, porque a emissão é fixada pela contagem de blocos e o ajuste existe para manter o ritmo estável. Ela também não diz nada sobre para onde vai o preço, e este site não faz previsões.

O que o hash rate e a dificuldade dizem sobre segurança?

Um hash rate maior torna mais caro atacar o registro de transações do Bitcoin. Para reescrever blocos recentes, um atacante precisaria da maioria do poder de computação da rede por tempo suficiente para superar os mineradores honestos, o que significa comprar ou alugar enormes quantidades de hardware e alimentá-lo com energia.

Mesmo assim, o poder do atacante é limitado. Uma maioria poderia reordenar transações recentes ou reverter seus próprios pagamentos, mas não conseguiria tirar moedas de endereços para os quais não tem chaves, criar bitcoin além do cronograma nem forçar os nós a aceitar regras diferentes.

O hash rate é uma medida aproximada do custo de um ataque, e não uma garantia. A distribuição do poder entre as pools de mineração importa, e também importa o que um atacante poderia ganhar. Prova de trabalho versus prova de participação compara esse modelo de segurança com a principal alternativa, e O consumo de energia do Bitcoin: do que realmente trata o debate trata do lado da eletricidade.

O que o halving faz com o hash rate e a dificuldade?

O halving não muda as regras de dificuldade. Ele reduz pela metade o subsídio, os bitcoins recém-emitidos em cada bloco, a cada 210.000 blocos, e o ajuste de 2.016 blocos e o alvo de dez minutos continuam como estavam. O que é o halving do Bitcoin? lista as datas e as recompensas.

O que pode mudar é a receita dos mineradores. Depois de um halving, a parte de moedas novas de um bloco paga metade da quantidade de bitcoin. Mineradores com custos altos podem parar, o que reduziria o hash rate, deixaria os blocos mais lentos por um tempo e levaria a uma dificuldade menor no próximo ajuste. Preços ou taxas mais altos, ou máquinas mais eficientes, podem compensar o corte, então não há um resultado fixo, e quatro halvings são poucos para chamar isso de regra. Quanto tempo leva para minerar um bitcoin? mostra o que a sua fatia do hash rate significa para uma espera esperada.

Onde conferir o hash rate e a dificuldade atuais?

Exploradores de blocos e sites de estatísticas de mineração publicam esses números, e um nó que você mesmo roda também pode informá-los. Este artigo não traz valores atuais porque eles mudam todos os dias e variam conforme a fonte.

Os exploradores de blocos mostram a dificuldade atual e uma projeção do próximo ajuste. Os sites de estatísticas de mineração traçam gráficos do hash rate e da dificuldade ao longo do tempo, normalmente com médias móveis. Um nó informa a dificuldade que ele aplica e uma estimativa do hash rate da rede.

Confira a data, a janela da média e a unidade, já que confundir exahashes com zettahashes é um erro fácil de cometer. Um gráfico de hash rate informa sobre os mineradores e não é conselho sobre dinheiro, então, para decisões que envolvam mineração ou bitcoin, converse com um profissional qualificado.

É novo no assunto? A trilha Comece aqui lista os guias essenciais em ordem.

Leia a seguir

• A mineração de Bitcoin por dentro: máquinas, pools e a economia por trás do hash rate.
• O que é o halving do Bitcoin?: como a recompensa por bloco é cortada e o que permanece igual.
• Quanto tempo leva para minerar um bitcoin?: o que a sua fatia do hash rate significa na prática.
• O consumo de energia do Bitcoin: do que realmente trata o debate: a eletricidade por trás de todos esses hashes.
• Pools de mineração de Bitcoin explicados: como dividem o trabalho e a recompensa: por que a maioria dos mineradores entra em uma pool.
• Gasto duplo e ataque de 51%: o que são e por que o Bitcoin resiste a eles: como a rede se mantém honesta.
• Quando é o próximo halving do Bitcoin? Data estimada e o que muda: o quinto halving.