Was ist Bitcoin-Mining?

Der Prozess der Prägung neuer Bitcoins ähnelt in gewisser Weise dem Prozess der Gewinnung von Edelmetallen aus der Erde. Aus diesem Grund ist er als 'Bitcoin-Mining' bekannt geworden.

Wie im Bitcoin-Whitepaper angegeben:

Die stetige Hinzufügung einer konstanten Menge neuer Münzen ist vergleichbar mit Goldgräbern, die Ressourcen aufwenden, um Gold in Umlauf zu bringen. In unserem Fall sind es CPU-Zeit und Strom, die aufgewendet werden.

Eine vereinfachte Übersicht über das Bitcoin-Mining sieht folgendermaßen aus: - Menschen konkurrieren darum, Bitcoin-Belohnungen zu verdienen, indem sie Rechenleistung in einem Prozess anwenden, der als 'Proof-of-Work' (PoW) bekannt ist. Der Prozess wird so genannt, weil nur Teilnehmer (Miner), die nachgewiesen haben, dass sie ausreichende Ressourcen (Arbeit) aufgewendet haben, eine Chance haben, die Belohnungen zu gewinnen. - Ungefähr alle 10 Minuten werden die Belohnungen an einen einzelnen 'Miner' verteilt. - Die Belohnungen sind zweigeteilt: (1) Die 'Blockbelohnung', die neu geprägte Bitcoins sind. Zum Zeitpunkt des Schreibens ist die Blockbelohnung auf 6,25 Bitcoins festgesetzt (wird jedoch ab Anfang Mai 2024 halbiert und dann vier Jahre später erneut halbiert und so weiter). (2) Die Gebühren, die mit allen Transaktionen im aktuellen Block verbunden sind. Endnutzer, die eine Transaktion durchführen möchten, müssen der vorgeschlagenen Transaktion eine Gebühr anhängen, um Miner zu motivieren, sie im nächsten Block aufzunehmen.

Warum ist Bitcoin-Mining notwendig?

Das Bitcoin-Mining ist ein wesentlicher Bestandteil der Methode des Netzwerks zur Erzielung eines Konsenses über den aktuellen Zustand des Ledgers. Es ist auch entscheidend, um das Netzwerk gegen Angriffe zu stärken. Mit anderen Worten, das Bitcoin-Mining ist zentral, um es den Menschen zu ermöglichen, Bitcoin-Transaktionen sicher durchzuführen. Um zu verstehen, warum, schauen wir uns detaillierter an, wie Bitcoin funktioniert.

Das Bitcoin-Netzwerk ist ein global verteiltes öffentliches Ledger, das aus einer riesigen Liste von Transaktionen mit Zeitstempel besteht. Zum Beispiel könnte ein Eintrag im Ledger anzeigen, dass Person A am Montag um 10 Uhr 1 Bitcoin an Person B gesendet hat. Das Ledger wird ungefähr alle 10 Minuten aktualisiert, indem 'Blöcke' hinzugefügt werden, die eine Liste neuer Transaktionen enthalten. Die Existenz des Ledgers, das freiwillig von Tausenden von Teilnehmern, den sogenannten 'Nodes', gespeichert wird, ermöglicht es jedem, sowohl den aktuellen Zustand als auch die vollständige Historie des Bitcoin-Besitzes zu sehen.

Es gibt absichtlich keine zentrale Autorität, die entscheidet, welche Transaktionen neuen Blöcken hinzugefügt werden sollen. Stattdessen wird der Zustand des Ledgers (auch als 'Wahrheit' bezeichnet) kollektiv und durch Koordination der Nodes gemäß dem Bitcoin-Protokoll erreicht. Diese Dezentralisierung verleiht Bitcoin einige seiner interessantesten Eigenschaften, nämlich Zensurresistenz und Genehmigungslosigkeit.

Die meisten Nodes speichern einfach die Historie des Ledgers, validieren die Authentizität neuer Transaktionen gemäß den Regeln des Protokolls und geben neue Transaktionsblöcke an andere Nodes weiter. Auf diese Weise verbreitet sich der Zustand des Netzwerks auf der ganzen Welt, bis alle Nodes die gleichen Informationen haben. Zu diesem Zeitpunkt gibt es eine neue 'Wahrheit' darüber, wem was gehört.

Wichtig ist, dass eine kleine Gruppe von Nodes, sogenannte Miner, darum konkurriert, tatsächlich jeden neuen Block zu erstellen. Die aktualisierte Wahrheit darüber, wem was gehört, beginnt mit einem einzigen Miner, der das Recht gewonnen hat, einen neuen Block zu erstellen. Das Recht, einen neuen Block zu erstellen, wird durch einen Wettbewerb namens „Proof-of-Work“ entschieden.

Was ist Proof-of-Work und warum ist es notwendig?

Proof-of-Work (PoW) Mining ist eine Möglichkeit, mathematisch zu beweisen, dass ein Netzwerkteilnehmer etwas zu verlieren hat. Es funktioniert, indem es die Teilnehmer zwingt, zu beweisen, dass sie einige willkürliche Berechnungen abgeschlossen haben, die Energie verbrauchen (Arbeit). Die Anforderung, Energie zu verbrauchen, ist wichtig, da sie es sehr kostspielig macht, dass schlechte Akteure teilnehmen. Mit anderen Worten, es stellt sicher, dass ein Angriff auf Bitcoin eine verlustbringende (und sehr kostspielige) Aussicht ist, was es äußerst unwahrscheinlich macht, dass er auftritt.

Aus der Perspektive der Spieltheorie bietet PoW-Mining mehrere Vorteile:

1. Anreiz für ehrliches Verhalten: Miner werden dafür belohnt, die Regeln zu befolgen und Transaktionen korrekt zu validieren. Wenn sie versuchen, das System zu betrügen, riskieren sie, ihre potenzielle Blockbelohnung und die im Mining-Prozess investierte Energie/Ressourcen zu verlieren.
2. Sicherheit durch Kosten: Der Aufwand (Rechenarbeit), der erforderlich ist, um einen Block hinzuzufügen, macht die Blockchain sicher gegen Angriffe. Jeder Versuch, vergangene Transaktionen zu ändern (d. h. einen 51%-Angriff durchzuführen), würde enorme Rechenleistung erfordern und solche Angriffe somit teuer und unpraktisch machen.
3. Fairness: Die Wahrscheinlichkeit, einen Block zu minen und eine Belohnung zu erhalten, ist proportional zu den Rechenressourcen, die ein Miner einsetzt. Dies bietet einen fairen Mechanismus zur Verteilung neuer Coins und auch zur Zuteilung der Entscheidungsmacht über die Hinzufügung neuer Blöcke.
4. Sybil-Resistenz: PoW-Mining macht Sybil-Angriffe (bei denen eine Entität viele falsche Identitäten erstellt, um das Netzwerk zu beeinflussen) unpraktikabel, da die hohen Kosten, die mit dem Mining für jede Identität verbunden sind.

Wie funktioniert Bitcoin-Mining?

Der Prozess wird im Bitcoin-Whitepaper zusammengefasst:

1. Neue Transaktionen werden an alle Nodes gesendet.

2. Jeder Node sammelt neue Transaktionen in einem Block.

3. Jeder Node arbeitet daran, einen schwierigen Proof-of-Work für seinen Block zu finden.

4. Wenn ein Node einen Proof-of-Work findet, sendet er den Block an alle Nodes.

5. Nodes akzeptieren den Block nur, wenn alle Transaktionen darin gültig und nicht bereits ausgegeben sind.

6. Nodes signalisieren ihre Akzeptanz des Blocks, indem sie daran arbeiten, den nächsten Block in der Kette zu erstellen, wobei sie den Hash des akzeptierten Blocks als vorherigen Hash verwenden.

Lassen Sie uns das etwas detaillierter aufschlüsseln.

Zunächst sind die Miner diejenigen, die Aktualisierungen des Ledgers vorschlagen, und nur Miner, die den Proof-of-Work (PoW) erfolgreich abgeschlossen haben, dürfen einen neuen Block hinzufügen. Dies ist im Bitcoin-Protokoll kodiert.

Miner können aus einem Pool potenzieller Transaktionen auswählen, die von Nodes an das Netzwerk gesendet werden. Solche Transaktionen werden im 'Mempool' gesammelt. Rationale und ehrliche Miner wählen Transaktionen aus dem Mempool basierend auf den an sie gebundenen Gebühren aus, um höhere Gebühren zu optimieren. Dies führt zu einem Gebührenmarkt, der dazu beiträgt, sicherzustellen, dass der begrenzte Blockraum fair und effizient genutzt wird.

Der erste Miner, der den PoW abschließt, sendet seinen vorgeschlagenen neuen Block an das breitere Netzwerk von Nodes, die dann prüfen, ob der Block den Regeln des Protokolls folgt. Die wichtigsten Regeln hier sind (1) alle Transaktionen im Block sind gültig (d. h. es gibt keine doppelten Ausgaben) und (2) der neue Block verweist ordnungsgemäß auf den vorherigen Block und ist als der nächste in der Kette nummeriert (d. h. der neue Block stellt den neuesten Block in der längsten Kette dar). Wenn dies der Fall ist, senden Nodes ihn an andere Nodes, die denselben Prozess abschließen. Auf diese Weise verbreitet sich der neue Block im Netzwerk, bis er allgemein als die 'Wahrheit' akzeptiert wird.

Es kann (und tut es regelmäßig) passieren, dass mehr als ein Miner den PoW fast gleichzeitig abschließt und gleichzeitig ihren neuen Block an das Netzwerk sendet. Darüber hinaus können Nodes aufgrund von Netzwerkverzögerungen und geografischer Trennung neue vorgeschlagene Blöcke zu leicht unterschiedlichen Zeiten erhalten.

Wichtig ist, dass ein neu vorgeschlagener Block eines Miners leicht von dem eines anderen abweichen könnte! Dies liegt daran, dass, wie bereits erwähnt, die Miner diejenigen sind, die entscheiden, welche Transaktionen in einem Block enthalten sind - und obwohl sie dazu neigen, Profitabilität zu optimieren, Standort und andere Faktoren Variation einführen. Wenn zwei Miner unterschiedliche neue Blöcke senden, beginnen konkurrierende Versionen der 'Wahrheit', sich im Netzwerk zu verbreiten. Das Netzwerk konvergiert letztendlich auf die 'korrekte' Version der Wahrheit, indem es die Kette auswählt, die schneller wächst.

Lassen Sie uns diesen letzten Teil aufschlüsseln. Stellen Sie sich vor, es gibt zwei konkurrierende Ketten. Angenommen, 75% der Miner wählen Version A (weil es die erste Version war, die sie sahen) und beginnen ihren PoW für den nächsten Block, der auf Version A aufbaut. Die anderen 25% der Miner wählen Version B (wiederum, weil das die Version war, auf die sie zuerst stießen) und initiieren denselben Prozess, der auf dieser Version aufbaut. Statistisch gesehen wird wahrscheinlich einer der Miner, die an Version A arbeiten, den Proof of Work zuerst abschließen und die neue Version an das Netzwerk senden. Da Nodes immer die längste Kette auswählen, wird Version A schnell das Netzwerk dominieren. Tatsächlich verschwindet die Wahrscheinlichkeit, dass Version B schneller wächst, exponentiell mit jedem zusätzlichen Block, so dass es eine statistische Unmöglichkeit ist, wenn sechs Blöcke hinzugefügt wurden. Aus diesem Grund wird eine Transaktion, die in sechs Blöcken bestätigt wurde, von den meisten Teilnehmern als in Stein gemeißelt angesehen. Die 'Finalität' von Transaktionen in Bitcoin liegt dann bei sechs Blöcken oder etwa 1 Stunde.

Beachten Sie, dass ein Block, der nicht Teil der längsten Kette wird (Version B in unserem obigen Beispiel), als verwaister Block bekannt ist. Es wird geschätzt, dass solche Blöcke zwischen 1 und 3 Mal pro Tag erstellt werden. Transaktionen, die in einem verwaisten Block enthalten sind, gehen nicht verloren. Das liegt daran, dass sie, wenn sie nicht bereits in der Version enthalten sind, die letztendlich die längste Kette wird, im nächsten Block der längsten Kette hinzugefügt werden.

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Was ist der Hashing-Algorithmus von Bitcoin?

Bitcoin verwendet einen militärischen Verschlüsselungsalgorithmus namens Secure Hash Algorithm 2 (SHA2). Bitcoin-Miner werden mit BTC belohnt, wenn sie eine Zufallszahl finden, die nur durch wiederholtes Ausführen des Hashing-Algorithmus erzeugt werden kann. Dieser Prozess ist vergleichbar mit einer Lotterie, bei der der Kauf von mehr Tickets Ihre Gewinnchancen erhöht. Indem mehr Rechenleistung dem Hashing-Algorithmus gewidmet wird, kaufen Miner effektiv mehr Lottoscheine.

Was ist die Schwierigkeitsanpassung im Bitcoin-Mining und warum ist sie notwendig?

Das Schwierigkeitsniveau für den Proof of Work-Algorithmus wird alle 2.016 Blöcke oder ungefähr alle 2 Wochen automatisch angepasst. Anpassungen erfolgen mit dem Ziel, das Mining neuer Blöcke konstant bei 10 Minuten pro Block zu halten.

Die Schwierigkeitsanpassung berücksichtigt das gesamte Volumen der Rechenleistung oder 'Hashpower', die auf den Hashing-Algorithmus angewendet wird. Wenn Rechenleistung hinzugefügt wird, wird die Schwierigkeit erhöht, was das Mining für alle schwieriger macht. Wenn Rechenleistung entfernt wird, wird die Schwierigkeit reduziert, was das Mining erleichtert.

Beachten Sie, dass das Schwierigkeitsanpassungssystem das Bitcoin-Mining erheblich von dem Abbau von Edelmetallen unterscheidet. Wenn zum Beispiel der Goldpreis steigt, werden mehr Miner dazu verleitet, dem Markt beizutreten. Die Hinzufügung von mehr Goldminenarbeitern wird zwangsläufig zu mehr produziertem Gold führen. Durch Angebot und Nachfrage wird dies schließlich den Marktpreis von Gold senken. Im Fall von Bitcoin ist das Volumen des produzierten (geprägten) Bitcoin jedoch durch das Bitcoin-Protokoll vorbestimmt. Dies bedeutet, dass es nicht von der Anzahl und der Leistung der Miner beeinflusst wird. Daher wird das Volumen des produzierten Bitcoin nicht beeinflusst, egal wie viel Mining-Power auf den Algorithmus gerichtet ist.

Ist Bitcoin-Mining legal?

Bitcoin-Mining ist in den meisten Ländern, einschließlich den USA und Europa, legal. In den meisten Regionen müssen Bitcoin-Miner einfach die Gesetze zur Nutzung von elektrischer Energie und Dateninfrastrukturen beachten, um sicherzustellen, dass sie die lokalen Regeln und Vorschriften einhalten.

In einigen Regionen haben lokale Regulierungsbehörden Beschränkungen für das Bitcoin-Mining verhängt oder beabsichtigt, diese zu verhängen. Die am häufigsten genannten Gründe sind, dass das Bitcoin-Mining negative Auswirkungen auf lokale Stromnetze hat und/oder negative Umweltauswirkungen hat. Zum Beispiel sagte der Vizepräsident der Europäischen Wertpapier- und Marktaufsichtsbehörde, Erik Thedéen, im November 2021, dass Kryptowährungen ein Risiko für das Erreichen der Klimaziele des Pariser Abkommens darstellen. China hat Mitte 2021 offiziell das Mining von Bitcoin und anderen Kryptowährungen verboten, obwohl ein erheblicher Teil der Bitcoin-Hashrate weiterhin aus dem Land stammt.

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Ist Bitcoin-Mining schlecht für die Umwelt?

Die Umweltauswirkungen von Bitcoin sind ein Thema, das viel Aufmerksamkeit erhalten hat. Kritiker argumentieren oft, dass Bitcoin schlecht für die Umwelt ist, weil es viel Strom verbraucht, den sie mit negativen ökologischen und ethischen Konsequenzen verbinden. Diese Behauptungen müssen jedoch zerlegt und sorgfältig untersucht werden. Während Bitcoin eine erhebliche Menge an Strom verbraucht, ist es entscheidend, wie dieser Strom erzeugt wird, und es müssen ordnungsgemäße Vergleiche mit anderen Industrien angestellt werden. Darüber hinaus können die Umweltauswirkungen je nach Energiequelle stark variieren, und der Anteil erneuerbarer Energien, der im Bitcoin-Mining verwendet wird, ist umstritten. Außerdem sollte beachtet werden, dass Dinge, die schlecht für die Umwelt sind, nicht unbedingt ethisch schlecht sind. Ein Beispiel hierfür wäre ein energieintensiver, aber nützlicher Dienst wie Krankenhäuser. Die Umweltbelastung muss gegen die potenziellen Vorteile abgewogen werden, die im Falle von Bitcoin die Reduzierung internationaler Überweisungsgebühren, finanzielle Inklusivität und die Schaffung wirtschaftlicher Freiheit umfassen. Während der Energieverbrauch von Bitcoin sicherlich ein Anliegen ist, handelt es sich um ein vielschichtiges Thema, das eine nuancierte Betrachtung erfordert. Eine vollständige Analyse der Umweltauswirkungen von Bitcoin finden Sie in diesem Artikel.

Ist Bitcoin-Mining profitabel?

Das Bitcoin-Mining ist eine hochgradig wettbewerbsintensive Branche mit engen Gewinnspannen. Der primäre Input ist Strom, obwohl auch erhebliche Vorabinvestitionen in Hardware und Einrichtungen für die Unterbringung der Hardware erforderlich sind. Die wichtigste Hardware ist als Application Specific Integrated Circuit (ASIC) bekannt, ein Rechengerät, das ausschließlich für die Ausführung des Bitcoin-Hashing-Algorithmus spezialisiert ist. Die Rentabilität hängt hauptsächlich von einem konstanten Zugang zu kostengünstigem Strom ab, der auf die effizienteste ASIC-Hardware angewendet wird.

Das Bitcoin-Mining ist ein natürlich ausgleichendes System. Wenn der Bitcoin-Preis steigt, erweitern sich die Minenränder. Dies verlockt mehr Miner, dem Markt beizutreten. Neue Teilnehmer führen jedoch dazu, dass die Schwierigkeit, neue Blöcke zu prägen, zunimmt. Dies erfordert, dass alle Teilnehmer mehr Ressourcen aufwenden, wodurch die Rentabilität insgesamt reduziert wird. Andauernde Abschwünge im Bitcoin-Preis haben historisch dazu geführt, dass ein Teil der Miner aufgrund von Kosten, die den Einnahmen übersteigen, aufhören.

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Wie beeinflusst das Bitcoin-Mining den Preis von Bitcoin?

In den meisten Fällen verkaufen Miner einen erheblichen Teil ihrer verdienten Bitcoins, um die mit dem Mining verbundenen Kosten zu decken. Diese Kosten tragen dann zum Nettodruck auf den Verkauf bei. Die Versuche der Miner, die Rentabilität zu maximieren, indem sie Bitcoin basierend auf der Marktdynamik halten oder verkaufen, können sich auf die Preisvolatilität von Bitcoin auswirken. Hier lautet das Argument, dass Miner in Zeiten steigender Bitcoin-Preise möglicherweise versuchen, länger zu halten, in der Hoffnung, dass sie mehr Gewinn erzielen können. Dies würde zu einem geringeren Nettodruck auf den Verkauf führen und den Preis schneller steigen lassen. Wenn der Preis von Bitcoin jedoch fällt, werden Miner wahrscheinlich nicht nur ihre Reserven, sondern auch neu erworbene Bitcoins verkaufen. Dies würde wiederum zur Volatilität auf der Abwärtsseite beitragen.