Bitcoin ist die erste und bekannteste Kryptowährung, die auf der Blockchain-Technologie basiert. Beim Bitcoin Mining werden neue Bitcoin durch das Lösen komplexer mathematischer Rätsel „geschürft“. Miner stellen hierfür die benötigte Rechenleistung zur Verfügung. Als Belohnung erhalten sie einen Anteil der neu geschürften Bitcoin. Das Bitcoin Mining ist damit essentiell für den Betrieb der Bitcoin Blockchain.
Was ist Bitcoin?
Bitcoin ist eine digitale Währung, die ursprünglich 2008 unter dem Pseudonym Satoshi Nakamoto veröffentlicht wurde. Im Gegensatz zu herkömmlichen Währungen gibt es keine zentrale Kontrollinstanz wie eine Zentralbank. Stattdessen basiert Bitcoin auf der Blockchain-Technologie, einer Art dezentraler Datenbank, die auf vielen Rechnern weltweit gespeichert ist.
Transaktionen in Bitcoin werden kryptographisch signiert und in Blöcken zusammengefasst. Miner fügen diese Blöcke der Blockchain hinzu und verifizieren die Transaktionen. Als Belohnung für die Bereitstellung der nötigen Rechenleistung erhalten sie einen Anteil der neu geschürften Bitcoin.
Die Gesamtmenge der jemals erzeugbaren Bitcoin ist auf 21 Millionen begrenzt. Dies schafft einerseits Knappheit, sorgt aber auch dafür, dass irgendwann keine neuen Bitcoin mehr geschürft werden können. Laut Daten von Quantum AI, einer der größten Kryptobörsen, befinden sich derzeit bereits rund 19 Millionen Bitcoin im Umlauf.
Wie funktioniert das Bitcoin Mining?
Beim Bitcoin Mining fügen Miner Blöcke von Bitcoin-Transaktionen zur Blockchain hinzu. Dies erfordert enorme Mengen an Rechenleistung. Als Belohnung erhalten die Miner Bitcoin, weshalb das Mining auch oft mit dem Schürfen von Gold verglichen wird.
Konkret funktioniert das Bitcoin Mining durch das Lösen kryptografischer Rätsel, die als „Proof of Work“ bezeichnet werden. Diese Rätsel sind so gestaltet, dass ihre Lösung nur durch probieren verschiedener Parameter gefunden werden kann. Es handelt sich also um ein Raten mit unzähligen Möglichkeiten.
Miner konkurrieren darum, das Rätsel als erstes zu knacken. Dafür brauchen sie Spezialhardware mit extrem hoher Rechenleistung. Der Miner, dem die Lösung zuerst gelingt, darf den nächsten Block an die Blockchain anhängen und erhält dafür eine Belohnung in Bitcoin.
Das Mining Protocol
Das Bitcoin Mining Protocol sieht folgende Schritte vor:
- Unbestätigte Transaktionen werden in einem Transaktionspool gesammelt.
- Miner nehmen eine bestimmte Anzahl dieser Transaktionen und erzeugen daraus einen neuen Block.
- Um den Block an die Blockchain anhängen zu dürfen, müssen sie ein kryptografisches Rätsel lösen.
- Das Rätsel kann nur durch wiederholtes Ausprobieren mit hoher Rechenleistung gelöst werden.
- Gelingt einem Miner die Lösung, sendet er den block mitsamt seiner Lösung an alle anderen Miner.
- Diese überprüfen die Lösung und validieren den neuen Block.
- Der Miner erhält eine Block-Belohnung in Bitcoin für seine erfolgreiche Lösung.
Durch dieses Wettbewerbssystem wird sichergestellt, dass nur ein Miner pro 10 Minuten einen neuen Block anhängen kann. Es wird also immer schwieriger, eine Lösung zu finden.
Proof of Work – Das Bitcoin Mining Rätsel
Das kryptografische Rätsel, das Miner lösen müssen, wird „Proof of Work“ genannt. Es ist ein essentieller Teil des Bitcoin Mining Prozesses und sorgt für die Sicherheit der Blockchain.
Beim Proof of Work müssen Miner einen bestimmten Hash-Wert erzeugen. Ein Hash-Wert ist eine Art digitaler Fingerabdruck, der aus Daten mittels einer kryptografischen Hash-Funktion erzeugt wird. Selbst die kleinste Änderung der Ausgangsdaten führt zu einem völlig anderen Hash-Wert.
Der gewünschte Hash-Wert beginnt mit einer bestimmten Anzahl von Nullen. Um diesen zu erzeugen, müssen Miner den Block-Header, eine Folge von Buchstaben und Zahlen, solange modifizieren, bis zufällig ein passender Hash generiert wird.
Da dies nur durch Ausprobieren funktioniert, ist eine extrem hohe Rechenleistung erforderlich. Im Schnitt sind mehrere Milliarden Hash-Berechnungen pro Sekunde und Miner nötig, um einen gültigen Block zu finden.
Die Schwierigkeit des Mining
Damit immer nur alle 10 Minuten ein gültiger Block gefunden wird, passt sich die Difficulty des Mining automatisch an. Je mehr Rechenleistung im Netzwerk vorhanden ist, desto höher wird die Anzahl der führenden Nullen im Ziel-Hash.
Dadurch bleibt die Blockzeit von 10 Minuten gleich. Sollte die Rechenleistung sinken, verringert sich die Difficulty wieder. So wird sichergestellt, dass das Netzwerk auch bei Schwankungen funktionsfähig bleibt.
Mining Hardware
In den Anfangsjahren von Bitcoin war es noch möglich, mit normalen Heim-PCs zu minen. Die steigende Hashrate macht das heute unrentabel. Miner setzen daher spezielle Hardware (ASICs) mit extremer Rechenleistung ein.
Beliebte Mining-Hardware sind zum Beispiel:
- Antminer S19 Pro von Bitmain
- AvalonMiner 1246 von Canaan Creative
- WhatsMiner M30S+ von MicroBT
Diese bieten Hashraten von bis zu 110 Terahash pro Sekunde und sind damit um ein Vielfaches schneller als herkömmliche Computer. Allerdings verbrauchen sie auch enorme Mengen an Strom.
Professionelle Mining-Farmen kombinieren oft hunderte oder tausende dieser ASICs. Sie werden in klimatisierten Rechenzentren gelagert, um eine konstante Temperatur für maximale Effizienz zu gewährleisten.
Mining Pools
Um konkurrenzfähig zu bleiben, schließen sich viele Miner zu Pools zusammen. In diesen Pooling-Systemen teilen sich die Mitglieder die Belohnung, wenn einer von ihnen einen Block findet.
Selbst mit hunderten ASICs dauert es ohne Pool sehr lange, einen gültigen Block zu finden. Kleine Mining-Operationen hätten daher kaum Erfolgsaussichten. In Pools können aber auch kleinere Miner kontinuierlich Einnahmen erzielen.
Die größten Pools kontrollieren einen großen Anteil der globalen Bitcoin Hashrate. Dies führte zu Bedenken bezüglich einer möglichen Zentralisierung. Allerdings gibt es noch immer eine Vielzahl kleinerer Pools, so dass diese Gefahr gebannt scheint.
Cloud Mining
Wer nicht selbst in Hardware investieren möchte, kann Cloud Mining Services nutzen. Dabei mietet man Mining-Power in einem Rechenzentrum und erhält im Gegenzug einen Teil der Erlöse.
Allerdings ist Cloud Mining mit Vorsicht zu genießen, da viele Anbieter wenig transparent sind. Es ist schwierig zu überprüfen, ob tatsächlich die versprochene Rechenleistung bereitgestellt wird. Manche Unternehmen betreiben sogar betrügerische Schema und bieten gar kein echtes Mining an.
Seriöse Cloud Mining Anbieter zeichnen sich dagegen durch transparente Verträge, nachprüfbare Partner und realistische Gewinnprognosen aus. Sie bieten eine risikoärmere Alternative zum Kauf eigener Hardware.
Stromverbrauch des Bitcoin Mining
Der immense Rechenaufwand des Bitcoin Mining führt zu einem sehr hohen Stromverbrauch. Schätzungen zufolge liegt der jährliche Stromverbrauch bereits über 100 Terawattstunden. Das entspricht in etwa dem Stromverbrauch eines kleineren Landes wie Österreich oder Portugal.
Kritiker sehen darin eine Verschwendung wertvoller Ressourcen. Allerdings weisen Befürworter darauf hin, dass ein Großteil des Mining mit Überschussstrom aus erneuerbaren Quellen betrieben wird.
Miner sind ständig auf der Suche nach den günstigsten Strompreisen weltweit. So findet sich ein Großteil der Mining-Farmen in China, Russland oder Nordamerika, wo viel davon abhängt, Stromkosten zu sparen.
Mining Vergütung
Für das erfolgreiche Hinzufügen eines Blocks erhalten Miner derzeit eine Vergütung von 6,25 Bitcoin, was rund 180.000 Euro entspricht. Zusätzlich kommen die Transaktionsgebühren im Block hinzu, die sich derzeit auf etwa 1 Bitcoin belaufen.
Diese Vergütung halbiert sich alle 210.000 Blöcke, was ungefähr alle vier Jahre geschieht. Die nächste Halbierung wird voraussichtlich 2024 erfolgen. Langfristig wird die Block-Belohnung kontinuierlich gegen null gehen.
Miner decken ihre Kosten für Strom, Personal und Hardware aus diesen Einnahmen. Der Rest ist ihr Gewinn. Besonders wichtig ist die Amortisation der Hardware-Kosten. Die Lebensdauer von ASICs beträgt meist 1-2 Jahre, danach sind leistungsfähigere Modelle effizienter.
Mining Schwierigkeit
Die Difficulty des Bitcoin Mining passt sich alle 2 Wochen automatisch an, um die Blockzeit von 10 Minuten beizubehalten. Steigt die Hashrate im Netzwerk, erhöht sich auch die Difficulty.
Über die letzten Jahre stieg die Difficulty exponentiell an. Während 2011-2013 noch einfache GPUs ausreichten, braucht man heute hochspezialisierte ASICs. Inzwischen ist die Difficulty so hoch, dass profitable nur noch mit den neuesten Modellen möglich ist.
Viele Kritiker sehen darin ein Zentralisierungsrisiko, da nur noch wenige große Akteure wie Bitmain solche ASICs entwickeln können. Bisher gibt es aber noch ausreichend Wettbewerb am Mining-Hardware-Markt.
Umweltaspekte
Trotz des intensiven Stromverbrauchs weisen viele Befürworter darauf hin, dass ein Großteil des Mining mit Überschussstrom aus erneuerbaren Quellen betrieben wird.
Miner sind bestrebt, die günstigsten Strompreise weltweit zu nutzen. Entsprechend siedeln sich viele Mining-Farmen dort an, wo durch Überproduktion mittels Wind, Solar oder Wasserkraft große Strommengen günstig zur Verfügung stehen.
Kritiker merken an, dass die Nachfrage durch Mining die Strompreise erhöht und dadurch die Nutzung erneuerbarer Energien verlangsamt. Zudem werden pausenlos große Mengen CO2 emittiert, selbst wenn der Strom aus erneuerbaren Quellen stammt.
Um die Umweltbilanz zu verbessern, wird an Proof of Stake Konzepten geforscht, die ohne rechenintensives Mining auskommen. Allerdings sind diese noch weniger dezentralisiert, da nur Besitzer großer Coin-Bestände von Validierung und Neuprägung profitieren können.
Fazit
Das Bitcoin Mining hat in den letzten Jahren eine rasante Professionalisierung erfahren. Angetrieben durch die steigende Bitcoin Difficulty und Hashrate ist ein ganzer Industriezweig entstanden, der inzwischen Milliardenumsätze generiert.
Obwohl das Mining oft als komplex und undurchsichtig gilt, beruht es im Kern auf einem einfachen Prinzip: Durch die Bereitstellung von Rechenleistung erzeugen Miner neue Blöcke für die Bitcoin Blockchain und werden dafür mit Bitcoin belohnt.
Natürlich wirft das Bitcoin Mining auch Fragen zum Energieverbrauch und der weiteren Zentralisierung auf. Insgesamt ist es jedoch das Herzstück der Bitcoin-Infrastruktur und hat maßgeblich zu Bitcoins Erfolg und Verbreitung beigetragen. Auch in Zukunft wird das Mining essentiell für den Betrieb der Blockchain bleiben.