Trong bối cảnh khai thác cạnh tranh khốc liệt ngày nay, những người khai thác quy mô nhỏ độc lập—còn được gọi là những người khai thác đơn lẻ—hầu như không có cơ hội thành công thực tế. Xác suất tìm thấy một khối và kiếm đủ tiền để trang trải chi phí điện và phần cứng là cực kỳ thấp, khiến việc khai thác một mình không khác gì việc mua vé số. Ngay cả những máy khai thác ASIC cấp tiêu dùng mạnh mẽ nhất cũng không thể cạnh tranh với các trang trại khai thác thương mại lớn vận hành hàng chục nghìn chip trong các cơ sở máy chủ khổng lồ nằm gần các nguồn năng lượng chi phí thấp như nhà máy thủy điện.
Do đó, các thợ mỏ ngày càng hợp tác nhiều hơn bằng cách tham gia các nhóm khai thác. Trong một nhóm khai thác, sức mạnh tính toán của hàng nghìn người tham gia được kết hợp và phần thưởng được chia sẻ giữa họ. Bằng cách tham gia vào một nhóm, những người khai thác chỉ kiếm được một phần trong tổng số phần thưởng, nhưng họ thường nhận được các khoản thanh toán đều đặn—thường là hàng ngày—, điều này làm giảm đáng kể sự không chắc chắn.
Hãy xem xét một ví dụ cụ thể. Giả sử một người khai thác mua một máy có khả năng tạo ra công suất băm 6.000 GH/s, hoặc 6 TH/s. Vào tháng 8 năm 2014, một thiết bị như vậy có thể có giá khoảng 10.000 USD. Nó chạy ở công suất 3 kilowatt (kW), sử dụng 72 kilowatt giờ điện mỗi ngày và tốn khoảng 7 đến 8 đô la tiền điện mỗi ngày. Với độ khó của mạng Bitcoin vào thời điểm đó, công cụ khai thác này có thể mong đợi tìm thấy một khối thông qua việc khai thác một mình chỉ sau mỗi 155 ngày hoặc trung bình khoảng 5 tháng một lần. Nếu người khai thác thành công trong thời gian đó, phần thưởng sẽ là 25 bitcoin. Với mức giá bitcoin khoảng 600 USD, phần thưởng đó sẽ có giá trị 15.000 USD. Điều này sẽ trang trải chi phí phần cứng và điện trong thời gian đó và để lại lợi nhuận ròng khoảng 3.000 USD.
Tuy nhiên, liệu người khai thác có thực sự tìm thấy khối trong vòng 5 tháng đó hay không phụ thuộc phần lớn vào may mắn. Người khai thác có thể tìm thấy hai khối và kiếm được lợi nhuận đáng kể hoặc có thể mất mười tháng mà không tìm thấy bất kỳ khối nào và chịu tổn thất tài chính. Tệ hơn nữa, độ khó của bằng chứng công việc của Bitcoin có thể tăng đáng kể trong thời gian đó. Với tốc độ cải tiến nhanh chóng của phần cứng khai thác, người khai thác có thể có không quá sáu tháng để thu hồi vốn đầu tư trước khi thiết bị bị thế hệ máy mới hơn, hiệu quả hơn vượt qua.
Nếu cùng một người khai thác đó tham gia nhóm khai thác thay vì chờ đợi khoản thanh toán lớn có thể xảy ra 5 tháng một lần, thì người khai thác có thể kiếm được khoảng 500 đến 700 đô la mỗi tuần. Thu nhập ổn định này giúp dàn trải chi phí điện và phần cứng theo thời gian, giảm nhu cầu gánh chịu rủi ro tài chính lớn. Sau bảy đến chín tháng, phần cứng có thể vẫn trở nên lỗi thời và rủi ro tổng thể có thể vẫn cao, nhưng ít nhất thu nhập trong khoảng thời gian đó đều đặn hơn và có thể dự đoán được.
Các nhóm khai thác phối hợp nỗ lực của hàng trăm hoặc thậm chí hàng nghìn thợ mỏ thông qua một giao thức khai thác chuyên dụng. Sau khi đăng ký tài khoản với nhóm, mỗi người khai thác sẽ định cấu hình máy khai thác của họ để kết nối với máy chủ của nhóm. Trong khi khai thác, thiết bị vẫn được kết nối với máy chủ và đồng bộ hóa công việc của nó với công việc của những người tham gia khác. Bằng cách này, những người khai thác trong nhóm sẽ phân chia công việc khai thác cho nhau và sau đó chia sẻ phần thưởng.
Khi một khối được khai thác thành công, phần thưởng khối sẽ được trả cho địa chỉ bitcoin của nhóm thay vì cho một người khai thác riêng lẻ. Khi phần thưởng tích lũy của người khai thác đạt đến ngưỡng chỉ định, máy chủ nhóm sẽ gửi khoản thanh toán đến địa chỉ bitcoin của người khai thác đó theo định kỳ. Trong hầu hết các trường hợp, nhà điều hành nhóm sẽ tính phí phần trăm cho việc cung cấp dịch vụ này.
Những người khai thác trong nhóm chia sẻ công việc tìm kiếm các khối ứng viên và nhận “cổ phần” dựa trên số lượng công việc họ đóng góp. Để tính toán những chia sẻ này, các nhóm khai thác đặt mục tiêu độ khó thấp hơn nhiều so với độ khó thực tế của mạng Bitcoin — thường dễ hơn 1.000 lần. Cuối cùng, khi ai đó trong nhóm tìm thấy một khối hợp lệ, nhóm sẽ nhận được phần thưởng và phân phối nó cho tất cả những người khai thác tham gia tương ứng với số lượng cổ phần họ đã gửi.
Các nhóm khai thác mở cửa cho tất cả các thợ mỏ, dù lớn hay nhỏ, chuyên nghiệp hay nghiệp dư. Một số người tham gia có thể chỉ vận hành một thiết bị khai thác nhỏ duy nhất, trong khi những người khác có thể vận hành một kho chứa đầy phần cứng tiên tiến. Một số có thể chỉ tiêu thụ vài chục kilowatt điện, trong khi một số khác có thể sử dụng toàn bộ trung tâm dữ liệu tiêu thụ hàng megawatt điện. Sau đó, thách thức là làm thế nào để đo lường sự đóng góp của mỗi người khai thác một cách công bằng đồng thời ngăn chặn gian lận.
Giải pháp là sử dụng chính thuật toán bằng chứng công việc của Bitcoin nhưng với ngưỡng độ khó thấp hơn. Điều này cho phép nhóm đo lường sự đóng góp của mỗi người khai thác một cách công bằng và có thể kiểm chứng được. Ngay cả người khai thác nhỏ nhất trong nhóm cũng có thể thường xuyên kiếm được một số cổ phần, điều này mang lại đủ động lực để tham gia. Bằng cách giảm độ khó cần thiết để kiếm được một phần, nhóm có thể ước tính mỗi người khai thác đang thực hiện bao nhiêu công việc. Bất cứ khi nào người khai thác tìm thấy hàm băm tiêu đề khối dưới độ khó mục tiêu của nhóm, kết quả đó chứng tỏ người khai thác đã hoàn thành một lượng công việc tính toán có thể đo lường được.
Quan trọng hơn, công việc được thực hiện để kiếm cổ phần này cung cấp một cách có ý nghĩa thống kê để ước tính tiến trình tìm kiếm khối Bitcoin hợp lệ cho toàn bộ mạng. Hàng nghìn thợ mỏ, mỗi người tìm kiếm trong phạm vi giá trị băm nhỏ hơn, có thể cùng nhau tạo ra kết quả đáp ứng toàn bộ mục tiêu về độ khó của mạng Bitcoin.
Để sử dụng sự tương tự của trò chơi súc sắc, hãy tưởng tượng rằng mục tiêu của trò chơi tổng thể là tung ra một số thấp hơn 4. Điều đó thể hiện độ khó của toàn bộ mạng. Nhóm khai thác có thể tạo mục tiêu trung gian dễ dàng hơn bằng cách đếm mỗi lần cuộn thấp hơn 8. Số lần cuộn thấp hơn 8 sẽ không thắng trò chơi nhưng chúng được tính là phần chia. Bởi vì mục tiêu dễ dàng hơn này được đáp ứng thường xuyên hơn nên người chơi kiếm được cổ phần thường xuyên mặc dù họ hiếm khi đạt được mục tiêu khó hơn cần thiết để giành chiến thắng trong trò chơi.
Thỉnh thoảng, có người trong nhóm sẽ tung ra số điểm thấp hơn 4 và khi đó nhóm sẽ thắng. Phần thưởng sau đó có thể được phân phối theo số lượng cổ phần mà mỗi người tham gia kiếm được. Mặc dù việc tung ra số điểm thấp hơn 8 không tự nó giành chiến thắng trong trò chơi, nhưng nó cung cấp một cách công bằng để đo lường sự đóng góp của mỗi người chơi và đôi khi cũng sẽ tạo ra kết quả chiến thắng.
Theo cách tương tự, một nhóm khai thác đặt ra độ khó nội bộ của nó để một người khai thác riêng lẻ có thể tìm thấy hàm băm tiêu đề khối đáp ứng mục tiêu của nhóm đủ thường xuyên để kiếm được cổ phần. Đôi khi, một trong những nỗ lực đó cũng sẽ đáp ứng được mục tiêu khó khăn hơn nhiều của mạng Bitcoin, tạo ra một khối hợp lệ. Khi điều đó xảy ra, toàn bộ nhóm sẽ thắng.