I dagens intensivt konkurrensutsatta gruvlandskap har oberoende småskaliga gruvarbetare – även kända som sologruvarbetare – praktiskt taget ingen realistisk chans att lyckas. Sannolikheten att hitta ett block och tjäna tillräckligt för att täcka kostnaderna för el och hårdvara är extremt låg, vilket gör solobrytning lite annorlunda än att köpa en lott. Även de mest kraftfulla ASIC-gruvarbetarna av konsumentklass kan inte konkurrera med stora kommersiella gruvgårdar som driver tiotusentals chips i massiva serveranläggningar som ligger nära lågkostnadsenergikällor som vattenkraftverk.
Som ett resultat samarbetar gruvarbetare alltmer genom att gå med i gruvpooler. I en gruvpool kombineras datorkraften för tusentals deltagare, och belöningarna delas mellan dem. Genom att delta i en pool tjänar gruvarbetare bara en del av den totala belöningen, men de får vanligtvis utbetalningar regelbundet – ofta dagligen – vilket avsevärt minskar osäkerheten.
Tänk på ett specifikt exempel. Anta att en gruvarbetare köper en maskin som kan producera 6 000 GH/s hashkraft, eller 6 TH/s. I augusti 2014 kan en sådan enhet kosta runt $10 000. Den går på 3 kilowatt (kW), använder 72 kilowattimmar el per dag och kostar ungefär $7 till $8 per dag i el. Vid den tidens Bitcoin-nätverkssvårigheter kunde denna gruvarbetare förvänta sig att hitta ett block genom solobrytning endast en gång var 155:e dag, eller ungefär var femte månad i genomsnitt. Om gruvarbetaren lyckas under den perioden skulle belöningen vara 25 bitcoins. Vid ett bitcoinpris på cirka 600 $ skulle den belöningen vara värd 15 000 $. Detta skulle täcka kostnaden för hårdvara och elektricitet under perioden och lämna en nettovinst på cirka 3 000 USD.
Huruvida gruvarbetaren faktiskt hittar ett block inom dessa fem månader beror dock till stor del på tur. Gruvarbetaren kan hitta två block och tjäna en betydande vinst, eller kanske gå tio månader utan att hitta något block alls och lida en ekonomisk förlust. För att göra saken värre kan Bitcoins proof-of-work-svårigheter öka avsevärt under den tiden. Med tanke på den snabba förbättringstakten inom gruvhårdvara kan en gruvarbetare inte ha mer än sex månader på sig att få tillbaka investeringen innan utrustningen omkörs av en nyare, mer effektiv generation av maskiner.
Om samma gruvarbetare går med i en gruvpool istället för att vänta på en eventuell stor utbetalning en gång var femte månad, kan gruvarbetaren tjäna runt $500 till $700 per vecka. Denna stadiga inkomst hjälper till att sprida ut kostnaden för el och hårdvara över tiden, vilket minskar behovet av att ta stora ekonomiska risker. Efter sju till nio månader kan hårdvaran fortfarande bli föråldrad och den totala risken kan förbli hög, men åtminstone inkomsten under den perioden är mer regelbunden och förutsägbar.
Gruvpooler samordnar ansträngningarna från hundratals eller till och med tusentals gruvarbetare genom ett dedikerat gruvprotokoll. Efter att ha registrerat ett konto hos poolen konfigurerar varje gruvarbetare sin gruvmaskin för att ansluta till poolservern. Under gruvdrift förblir enheten ansluten till servern och synkroniserar sitt arbete med andra deltagares. På så sätt delar gruvarbetare i poolen upp gruvarbetet mellan sig och delar senare på belöningarna.
När ett block är framgångsrikt bryts, betalas blockbelöningen till poolens bitcoin-adress snarare än till en enskild gruvarbetare. När en gruvarbetares ackumulerade belöning når en angiven tröskel, skickar poolservern en utbetalning till gruvarbetarens bitcoin-adress med jämna mellanrum. I de flesta fall tar pooloperatören ut en procentuell avgift för att tillhandahålla denna tjänst.
Gruvarbetare i en pool delar arbetet med att söka efter kandidatblock och får "andelar" baserat på hur mycket arbete de bidrar med. För att beräkna dessa andelar sätter gruvpooler ett mycket lägre svårighetsmål än den faktiska Bitcoin-nätverkssvårigheten - vanligtvis mer än 1 000 gånger lättare. När någon i poolen så småningom hittar ett giltigt block får poolen belöningen och fördelar den mellan alla deltagande gruvarbetare i proportion till antalet aktier de lämnat in.
Gruvpooler är öppna för alla gruvarbetare, stora som små, professionella eller amatörer. Vissa deltagare kanske bara använder en enda liten gruvenhet, medan andra kan köra ett garage fullt av avancerad hårdvara. Vissa kanske bara förbrukar några dussin kilowatt el, medan andra kan använda hela datacenter som drar megawatt ström. Utmaningen är alltså hur man mäter varje gruvarbetares bidrag rättvist samtidigt som man förhindrar fusk.
Lösningen är att använda själva Bitcoins proof-of-work-algoritm, men med en lägre svårighetströskel. Detta gör att poolen kan mäta varje gruvarbetares bidrag på ett rättvist och verifierbart sätt. Även den minsta gruvarbetaren i poolen kan regelbundet tjäna några aktier, vilket ger tillräckligt med incitament att delta. Genom att sänka svårigheten som krävs för att tjäna en andel kan poolen uppskatta hur mycket arbete varje gruvarbetare utför. Närhelst en gruvarbetare hittar en blockhuvud-hash under poolens målsvårighet, bevisar det resultatet att gruvarbetaren har slutfört en mätbar mängd beräkningsarbete.
Ännu viktigare, detta arbete som utförs för att tjäna aktier ger ett statistiskt meningsfullt sätt att uppskatta framstegen mot att hitta ett giltigt Bitcoin-block för nätverket som helhet. Tusentals gruvarbetare, som var och en söker genom mindre intervall av hashvärden, kan tillsammans producera ett resultat som uppfyller hela Bitcoin-nätverkets svårighetsmål.
För att använda en analogi med tärningsspel, föreställ dig att målet med det övergripande spelet är att kasta ett nummer lägre än 4. Det representerar hela nätverkssvårigheten. En gruvpool kan skapa ett enklare mellanmål genom att räkna varje kast lägre än 8. Kast lägre än 8 vinner inte spelet, men de räknas som andelar. Eftersom detta enklare mål uppnås oftare, tjänar spelare andelar regelbundet även om de sällan uppnår det svårare målet som krävs för att vinna själva spelet.
Occasionally, someone in the pool will roll lower than 4, and then the pool wins. The reward can then be distributed according to the number of shares each participant earned. Även om rullning lägre än 8 inte i sig vinner spelet, ger det ett rättvist sätt att mäta varje spelares bidrag och kommer ibland också att ge ett vinnande resultat.
På samma sätt ställer en gruvpool in sin interna svårighetsgrad så att en enskild gruvarbetare kan hitta en blockheader-hash som uppfyller poolens mål tillräckligt ofta för att tjäna aktier. From time to time, one of those attempts will also meet the much harder Bitcoin network target, producing a valid block. När det händer vinner hela poolen.