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.
Bitcoin-Mining ist ein wesentlicher Bestandteil der Methode des Netzwerks, um Konsens über den aktuellen Zustand des Ledgers zu erzielen. Es ist auch entscheidend, um das Netzwerk gegen Angriffe zu schützen. Mit anderen Worten, Bitcoin-Mining ist zentral, um Menschen zu ermöglichen, sicher Bitcoin-Transaktionen durchzuführen. Um zu verstehen warum, schauen wir uns genauer an, wie Bitcoin funktioniert.
Das Bitcoin-Netzwerk ist ein global verteiltes öffentliches Ledger, das aus einer riesigen Liste von zeitgestempelten Transaktionen besteht. Zum Beispiel könnte ein Eintrag im Ledger angeben, 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, bekannt als "Nodes", gespeichert wird, ermöglicht es jedem, sowohl den aktuellen Zustand als auch die vollständige Geschichte des Bitcoin-Besitzes zu sehen.
Von Design her gibt es keine zentrale Autorität, die entscheidet, welche Transaktionen zu neuen Blöcken hinzugefügt werden sollen. Stattdessen wird der Zustand des Ledgers (alias die "Wahrheit") kollektiv und durch Koordination von Nodes gemäß dem Bitcoin-Protokoll erreicht. Diese Dezentralisierung verleiht Bitcoin einige seiner interessantesten Eigenschaften - nämlich Zensurresistenz und Genehmigungslosigkeit.
Die meisten Nodes speichern einfach die Geschichte des Ledgers, validieren die Authentizität neuer Transaktionen gemäß den Regeln des Protokolls und leiten neue Transaktionsblöcke an andere Nodes weiter. Auf diese Weise verbreitet sich der Zustand des Netzwerks weltweit, bis alle Nodes die gleiche Information haben. An diesem Punkt gibt es eine neue "Wahrheit" darüber, wem was gehört.
Wichtig ist, dass eine kleine Gruppe von Nodes, die Miner genannt werden, 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. Dieses Recht zu gewinnen, wird durch einen Wettbewerb namens „Proof-of-Work“ geregelt.
Proof-of-Work (PoW) Mining ist eine Methode, um mathematisch zu beweisen, dass ein Netzwerkteilnehmer einen Einsatz im Spiel hat. Es funktioniert, indem es die Teilnehmer zwingt, zu beweisen, dass sie einige willkürliche Berechnungen abgeschlossen haben, die Energie verbrauchen (Arbeit). Die Anforderung, Energie aufzuwenden, ist wichtig, weil es sehr kostspielig ist, für böswillige Akteure teilzunehmen. Mit anderen Worten, es stellt sicher, dass ein Angriff auf Bitcoin ein verlustbringendes (und sehr kostspieliges) Unterfangen ist, was es äußerst unwahrscheinlich macht, dass er stattfindet.
Aus der Perspektive der Spieltheorie bietet PoW-Mining mehrere Vorteile:
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. Die Nodes akzeptieren den Block nur, wenn alle Transaktionen darin gültig und nicht bereits ausgegeben sind.
6. Die Nodes drücken ihre Akzeptanz des Blocks aus, 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 erläutern.
Zunächst sind die Miner diejenigen, die Updates für das Ledger vorschlagen, und nur Miner, die das Proof-of-Work (PoW) erfolgreich abgeschlossen haben, dürfen einen neuen Block hinzufügen. Dies ist im Bitcoin-Protokoll kodiert.
Miner sind frei, gültige Transaktionen aus einem Pool potenzieller Transaktionen auszuwählen, die von Nodes an das Netzwerk gesendet werden. Solche Transaktionen werden in den "Mempool" gesammelt. Rationale und ehrliche Miner wählen Transaktionen aus dem Mempool basierend auf den damit verbundenen 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 das PoW abschließt, sendet seinen vorgeschlagenen neuen Block an das erweiterte 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 angemessen 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 die Nodes ihn an andere Nodes weiter, die denselben Prozess abschließen. Auf diese Weise verbreitet sich der neue Block über das Netzwerk, bis er weithin als die "Wahrheit" akzeptiert wird.
Es kann jedoch (und passiert regelmäßig), dass mehr als ein Miner das PoW fast gleichzeitig abschließt und gleichzeitig ihren neuen Block an das Netzwerk sendet. Darüber hinaus können Nodes aufgrund von Netzwerkausfällen und geographischer Trennung neue vorgeschlagene Blöcke zu leicht unterschiedlichen Zeiten empfangen.
Wichtig ist, dass der neu vorgeschlagene Block eines Miners geringfügig anders sein könnte als der eines anderen! Dies liegt daran, dass Miner, wie erwähnt, diejenigen sind, die entscheiden, welche Transaktionen in einen Block aufgenommen werden sollen - und obwohl sie dazu neigen, für Rentabilität zu optimieren, führen Standort und andere Faktoren zu Variationen. Wenn zwei Miner unterschiedliche neue Blöcke senden, beginnen konkurrierende Versionen der "Wahrheit", sich über das Netzwerk zu verbreiten. Das Netzwerk konvergiert letztendlich auf die "richtige" Version der Wahrheit, indem es die Kette auswählt, die sich schneller verlängert.
Lassen Sie uns diesen letzten Teil aufschlüsseln. Stellen Sie sich vor, es gibt zwei konkurrierende Ketten. Angenommen, 75% der Miner wählen Version A aus (weil es die erste Version war, die sie gesehen haben) und beginnen mit ihrem PoW für den nächsten Block, der auf Version A aufbaut. Die anderen 25% der Miner wählen Version B (wieder, weil das die Version war, auf die sie zuerst gestoßen sind) und beginnen denselben Prozess, der auf dieser Version aufbaut. Statistisch gesehen wird einer der Miner, der an Version A arbeitet, wahrscheinlich zuerst das Proof-of-Work 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, sodass 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 endgültig betrachtet. Die "Finalität" von Transaktionen in Bitcoin beträgt also sechs Blöcke oder etwa 1 Stunde.
Beachten Sie, dass ein Block, der nicht Teil der längsten Kette wird (Version B in unserem obigen Beispiel), als Waisenblock bekannt ist. Es wird geschätzt, dass solche Blöcke zwischen 1 und 3 Mal pro Tag erstellt werden. Transaktionen, die in einem Waisenblock enthalten sind, gehen nicht verloren. Denn wenn sie nicht bereits in der Version enthalten waren, die die längste Kette wird, werden sie letztendlich dem nächsten Block der längsten Kette hinzugefügt.
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Bitcoin verwendet einen militärtauglichen 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 generiert werden kann. Dieser Prozess ist analog zu einer Lotterie, bei der der Kauf von mehr Tickets Ihre Gewinnchancen erhöht. Indem sie mehr Rechenleistung dem Hashing-Algorithmus widmen, kaufen Miner effektiv mehr Lottotickets.
Das Schwierigkeitsniveau für den Proof-of-Work-Algorithmus wird automatisch alle 2.016 Blöcke oder etwa alle 2 Wochen angepasst. Anpassungen werden mit dem Ziel vorgenommen, das Mining neuer Blöcke konstant bei 10 Minuten pro Block zu halten.
Die Schwierigkeitsanpassung berücksichtigt das Gesamtvolumen 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 der Förderung von Edelmetallen unterscheidet. Wenn zum Beispiel der Goldpreis steigt, werden mehr Miner auf den Markt gelockt. Die Hinzufügung weiterer Goldminer wird unweigerlich zu mehr produziertem Gold führen. Durch die Kräfte von 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. Das bedeutet, dass es nicht von der Anzahl und der Leistung der Miner beeinflusst wird. Daher wird das Volumen des produzierten Bitcoins nicht beeinflusst, egal wie viel Mining-Power auf den Algorithmus gerichtet wird.
Bitcoin-Mining ist in den meisten Ländern, einschließlich der USA und Europa, legal. In den meisten Regionen müssen Bitcoin-Miner lediglich die Gesetze zur Nutzung von elektrischer Energie und Dateninfrastrukturen kennen, um sicherzustellen, dass sie den lokalen Regeln und Vorschriften entsprechen.
In einigen Regionen haben lokale Regulierungsbehörden Beschränkungen für das Bitcoin-Mining auferlegt oder planen dies zu tun. Die häufigsten 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 verbot offiziell das Mining von Bitcoin und anderen Kryptowährungen Mitte 2021, obwohl ein bedeutender Teil der Bitcoin-Hashrate weiterhin aus dem Land stammt.
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Die Umweltauswirkungen von Bitcoin haben viel Aufmerksamkeit erhalten. Kritiker argumentieren oft, dass Bitcoin schlecht für die Umwelt ist, weil es viel Strom verbraucht, was sie mit negativen Umwelt- und ethischen Konsequenzen in Verbindung bringen. Diese Behauptungen müssen jedoch auseinander genommen und sorgfältig geprüft werden. Während Bitcoin tatsächlich eine beträchtliche Menge an Strom verbraucht, ist es wichtig zu berücksichtigen, wie dieser Strom erzeugt wird und angemessene Vergleiche mit anderen Branchen anzustellen. Darüber hinaus können die Umweltauswirkungen stark variieren, je nachdem, welche Energiequelle genutzt wird, und der Anteil erneuerbarer Energien, der im Bitcoin-Mining verwendet wird, wird diskutiert. Außerdem sollte beachtet werden, dass Dinge, die schlecht für die Umwelt sind, nicht unbedingt ethisch schlecht sind. Ein Beispiel wäre hier ein energieintensiver, aber nützlicher Dienst wie Krankenhäuser. Die Umweltauswirkungen müssen gegen die potenziellen Vorteile abgewogen werden, die im Fall 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 facettenreiches Thema, das eine nuancierte Betrachtung erfordert. Eine vollständige Analyse des Themas der Umweltauswirkungen von Bitcoin finden Sie in diesem Artikel.
Bitcoin-Mining ist eine hochkompetitive Branche mit geringen Gewinnmargen. Der primäre Input ist Strom, obwohl auch erhebliche Vorabinvestitionen in Hardware und Einrichtungen für die Unterbringung der Hardware erforderlich sind. Die entscheidende Hardware wird als Application Specific Integrated Circuit (ASIC) bezeichnet, ein Rechengerät, das speziell für das Ausführen des Bitcoin-Hashing-Algorithmus entwickelt wurde. Die Rentabilität hängt hauptsächlich von einem konstanten Zugang zu günstigem Strom ab, der auf die effizienteste ASIC-Hardware angewendet wird.
Bitcoin-Mining ist ein natürlich ausgleichendes System. Wenn der Preis von Bitcoin steigt, steigen die Gewinnmargen der Miner. Dies lockt mehr Miner auf den Markt. 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 sinkt. Anhaltende Rückgänge des Bitcoin-Preises haben historisch dazu geführt, dass ein Teil der Miner aufhört, da die Kosten die Einnahmen übersteigen.
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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 Netto-Verkaufsdruck bei. Die Versuche der Miner, die Rentabilität zu maximieren, indem sie Bitcoin in Abhängigkeit von der Marktdynamik halten oder verkaufen, können Auswirkungen auf die Preisvolatilität von Bitcoin haben. Hier lautet das Argument, dass, wenn der Preis von Bitcoin steigt, die Miner versuchen könnten, länger zu halten, in der Hoffnung, dass sie mehr Gewinn erzielen können. Dies würde zu einem geringeren Netto-Verkaufsdruck führen, was zu einem schnelleren Anstieg des Preises führen würde. Wenn der Preis von Bitcoin jedoch fällt, neigen Miner dazu, nicht nur ihre Reserven zu verkaufen, sondern auch neu erworbenes Bitcoin. Dies würde wiederum zur Volatilität auf der Abwärtsseite beitragen.
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