Wie funktioniert Bitcoin Mining?

Was ist Bitcoin Mining?

Das Mining von Kryptowährungen ist mühsam, kostspielig und nur sporadisch lohnend. Dennoch hat der Mining-Sektor für viele an Kryptowährung interessierte Investoren eine magnetische Anziehungskraft, da die Mineure für ihre Arbeit mit Krypto-Token belohnt werden. Dies mag daran liegen, dass Unternehmertypen das Minengeschäft als einfache zu erwirtschaftendes Einkommen betrachten, wie die kalifornischen Goldsucher von 1849. Und wenn Du an Bitcoin Mining interessiert bist, warum tust Du es nicht?

Bitcoin Ant-Miner zum Schürfen von bitcoin
(Quelle: pixabay.com)

Bevor Du jedoch die Zeit und die Ausrüstung investierst, lies diese Erklärung, um zu sehen, ob Mining wirklich das Richtige für Dich ist. Wir konzentrieren uns in erster Linie auf Bitcoin (durchgehend verwenden wir „Bitcoin“, wenn wir uns auf das Netzwerk oder die Kryptowährung als Konzept beziehen, und „Bitcoin“, wenn wir uns auf eine Menge einzelner Token beziehen).

Die Hauptattraktion für viele Bitcoin-Miner ist die Aussicht, mit wertvollen Bitcoin-Token belohnt zu werden. Allerdings musst Du kein Miner sein, um Kryptowährungs-Token zu besitzen. Du kanst Kryptowährungen auch in Fiat-Währung kaufen, Du kannst sie an einer Börse wie Bitstamp mit einer anderen Krypto handeln (z.B. mit Ethereum oder NEO, um Bitcoin zu kaufen) oder sie sogar verdienen, indem Du Videospiele spielst oder Blogbeiträge auf Plattformen veröffentlichst, auf denen Benutzer in Kryptowährung bezahlt werden. Ein Beispiel für letzteres ist Steemit, das ähnlich wie Medium ist, außer dass Benutzer Blogger belohnen können, indem sie diese in einer proprietären Kryptowährung namens STEEM bezahlen. STEEM kann dann an anderer Stelle gegen Bitcoin eingetauscht werden.

Die Bitcoin-Belohnung, die die Miner erhalten, ist ein Anreiz, der die Menschen motiviert, an dem Hauptzweck des Mining mitzuwirken: das Bitcoin-Netzwerk und seine Blockchain zu unterstützen, zu legitimieren und zu überwachen. Da diese Verantwortlichkeiten auf viele Benutzer auf der ganzen Welt verteilt sind, gilt Bitcoin als eine „dezentrale“ Kryptowährung oder eine, die nicht auf eine Zentralbank oder Regierung angewiesen ist, um ihre Regulierung zu überwachen.

Wichtige Keynotes:

  • Durch Mining kannst Du Kryptowährung verdienen, ohne dafür Geld einzahlen zu müssen.
  • Bitcoin-Miner erhalten Bitcoin als Belohnung für das Abschließen von „Blöcken“ verifizierter Transaktionen, die der Blockkette hinzugefügt werden.
  • Mining-Belohnungen werden an den Miner gezahlt, der zuerst eine Lösung für ein komplexes Hash-Rätsel entdeckt, und die Wahrscheinlichkeit, dass ein Teilnehmer derjenige ist, der die Lösung entdeckt, hängt mit dem Anteil seiner gesamten Mining-Leistung im Netzwerk zusammen.
  • Double spending ist ein Phänomen, bei dem ein Bitcoin-Nutzer illegal die gleichen Token zweimal ausgibt.
  • Für den Aufbau eines Mining-Rigs benötigst Du entweder eine GPU (Grafikprozessoreinheit) oder eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC).

Was Krypto-Miner tun

Miner werden für ihre Arbeit als Auditoren bezahlt. Sie erledigen die Arbeit der Überprüfung früherer Bitcoin-Transaktionen. Diese Konvention soll die Bitcoin-Nutzer ehrlich halten und wurde von Bitcoins Gründer Satoshi Nakamoto konzipiert. Durch die Überprüfung der Transaktionen tragen die Miner dazu bei, das double-spending Problem zu verhindern.

Doppelte Ausgaben sind ein Szenario, in dem ein Bitcoin-Besitzer illegal die gleiche Bitcoin zweimal ausgibt. Mit physischer Währung ist das kein Problem: Sobald Du jemandem einen 20-Euro-Schein gibst, um etwas zu kaufen, hast Du diesen nicht mehr, also besteht keine Gefahr, dass Du den gleichen Schein verwenden könnten, um im Geschäft nebenan weiter einzukaufen. Bei der digitalen Währung besteht jedochdie Gefahr, dass der Inhaber eine Kopie des digitalen Tokens anfertigen und ihn unter Beibehaltung des Originals an einen Händler oder eine andere Partei senden könnte.

Nehmen wir an, dass Du einen legitimen 20-Euro-Schein und eine Fälschung desselben 20-Euro-Scheins hattest. Wenn Du versuchen würdest, sowohl die echte als auch die gefälschte Banknote auszugeben, würde jemand, der sich die Mühe gemacht hat, die Seriennummern der beiden Banknoten zu betrachten, sehen, dass sie die gleiche Nummer haben. Was ein Miner beim Bitcoin Mining tut, ist vergleichbar – er überprüft Transaktionen, um sicherzustellen, dass Benutzer nicht unrechtmäßig versucht haben, dieselbe Bitcoin zweimal auszugeben. Dies ist keine perfekte Analogie – wir werden sie im Folgenden näher erläutern.

Sobald ein Miner Bitcoin-Transaktionen im Wert von 1 MB (Megabyte), den sogenannten „Block“, verifiziert hat, hat der Miner Anspruch auf eine Belohnung mit einer Menge Bitcoin (mehr zu der Bitcoin-Belohnung weiter unten). Die von Satoshi Nakamoto festgelegte Grenze von 1 MB ist umstritten, da einige Miner glauben, dass die Blockgröße erhöht werden sollte, um mehr Daten aufzunehmen, was effektiv bedeuten würde, dass das Bitcoin-Netzwerk Transaktionen schneller verarbeiten und überprüfen könnte.

Beachte, dass die Überprüfung von Transaktionen im Wert von 1 MB einen Miner dazu berechtigt, Bitcoin zu verdienen – nicht jeder, der Transaktionen überprüft, wird ausgezahlt.

1MB Blöcke können theoretisch so klein wie eine Transaktion (obwohl dies überhaupt nicht üblich ist) oder mehrere tausend sein. Es hängt davon ab, wie viele Daten die Transaktionen aufnehmen.

Also nach all der Arbeit, der Überprüfung von Transaktionen, bekommst Du vielleicht immer noch keine Bitcoin dafür?
Das ist leider richtig.

Um Bitcoin zu verdienen, musst Du zwei Bedingungen erfüllen. Eine ist eine Frage der Anstrengung, eine ist eine Frage des Glücks.

1) Sie müssen den Wert von ~1MB Transaktionen überprüfen. Das ist der einfache Teil.

2) Sie müssen der erste Miner sein, der die richtige Antwort auf ein numerisches Problem findet. Dieser Prozess wird auch als Proof of Work bezeichnet.

Was heißt das, „die richtige Antwort auf ein numerisches Problem“?
Die gute Nachricht: Es ist keine fortgeschrittene Mathematik oder Berechnung erforderlich. Du hast vielleicht gehört, dass Miner schwierige mathematische Probleme lösen – das ist nicht ganz richtig. Was sie tatsächlich tun, ist zu versuchen, der erste Miner zu sein, der eine 64-stellige hexadezimale Zahl (ein „Hash“) findet, die kleiner oder gleich dem Zielhash ist. Es ist im Grunde genommen Rätselraten.

Die schlechte Nachricht: Es ist Rätselraten, aber für jedes dieser Probleme existieren Fragen in der Größenordnung von Billionen, ist es unglaublich mühsame Arbeit. Um ein Problem zuerst zu lösen, benötigen Miner viel Rechenleistung. Um erfolgreich zu minen, benötigt man eine hohe „Hash-Rate“, die gemessen wird in Form von Megahashes pro Sekunde (MH/s), Gigahashes pro Sekunde (GH/s) und Terahashes pro Sekunde (TH/s).

Das sind sehr viele Hashes.

Wenn Du schätzen möchtest, wie viel Bitcoin Du mit der Hash-Rate Deiner Mining-Rigs gewinnen könntest, gibt es im Internet hilfreiche Berechnungstools.

Bitcoin Mining und Währungs-Kreislauf

Neben dem Füllen der Taschen von Minern und der Unterstützung des Bitcoin-Ökosystems dient das Mining einem weiteren wichtigen Zweck: Es ist der einzige Weg, neue Kryptowährungen in Umlauf zu bringen. Mit anderen Worten, die Miner „prägen“ Grunde genommen die Währungen. So waren beispielsweise im November 2019 rund 18 Millionen Bitcoins im Umlauf. Abgesehen von den Münzen, die über den Genesis-Block geprägt wurden (der allererste Block, der vom Gründer Satoshi Nakamoto geschaffen wurde), entstand jede einzelne dieser Bitcoins durch Miner. Ohne Miner wäre Bitcoin als Netzwerk immer noch vorhanden und nutzbar, aber es gäbe nie einen zusätzlichen Bitcoin. Es wird schließlich eine Zeit kommen, in der der Abbau von Bitcoin endet; nach dem Bitcoin-Protokoll wird die Gesamtzahl der Bitcoins auf 21 Millionen begrenzt. Da die Rate der „abgebauten“ Bitcoins jedoch mit der Zeit abnimmt, wird der letzte Bitcoin erst im Jahr 2140 in Umlauf gebracht.

Abgesehen von der kurzfristigen Bitcoin-Auszahlung kann Dir die Tätigkeit als Coin Miner „Stimmrecht“ geben, wenn Änderungen im Bitcoin-Netzwerkprotokoll vorgeschlagen werden. Mit anderen Worten, ein erfolgreicher Miner hat Einfluss auf den Entscheidungsprozess, z.B. bei einer Teilung der Blockchain, einer sogenannten Fork.

Wie viel ein Bitcoin Miner verdient

Die Belohnungen für den Abbau von Bitcoins werden ca. alle vier Jahre halbiert. Als Bitcoin 2009 zum ersten Mal gewonnen wurde, hätte Dir der Abbau eines Blocks 50 BTC eingebracht. Im Jahr 2012 wurde diese Belohnung auf 25 BTC halbiert. 2016 wurde dieser Wert auf das aktuelle Niveau von 12,5 BTC nochmals halbiert. Etwa 2020 wird sich die Belohnungsgröße wieder auf 6,25 BTC halbieren. Zum Zeitpunkt des Schreibens beträgt die Belohnung für das Abschließen eines Blocks 12,5 Bitcoin. Im November 2019 liegt der Preis von Bitcoin bei etwa 9.300 Dollar pro Bitcoin, was bedeutet, dass Du (12,5 x 9.300)=116.250 Dollar für das Abschließen eines Blocks verdienen würdest. Kein schlechter Anreiz, dieses komplexe Hash-Problem zu lösen, wie es oben beschrieben wurde.

Wenn Du genau wissen möchtest, wann diese Halbierungen auftreten werden, kannst Du die Bitcoin-Uhr konsultieren, die diese Informationen in Echtzeit aktualisiert. Interessanterweise hat sich der Marktpreis von Bitcoin im Laufe seiner Geschichte eher an den Kosten für den Abbau eines Bitcoin orientiert.

Wenn Du daran interessiert bist, zu sehen, wie viele Blöcke bisher abgebaut wurden, gibt es mehrere Webseiten die dir diese Informationen in Echtzeit liefern.

Erforderliche Ausrüstung für das Bitcoin Mining

Obwohl es früh in der Geschichte von Bitcoin möglich war, mit einem normalen Heimcomputer um Blöcke zu konkurrieren, ist dies nicht mehr der Fall. Der Grund dafür ist, dass sich die Schwierigkeit des Abbaus von Bitcoin mit der Zeit ändert.

Bitcoin Mining mit GPU
(Quelle: pixabay.com)

Um das reibungslose Funktionieren der Blockchain und ihre Fähigkeit, Transaktionen zu verarbeiten und zu verifizieren, zu gewährleisten, strebt das Bitcoin-Netzwerk an, dass alle 10 Minuten ein Block produziert wird. Wenn es jedoch 1 Million Mining-Rigs gibt, die um die Lösung des Hash-Problems konkurrieren, werden sie wahrscheinlich eine schnellere Lösung finden als in einem Szenario, in dem 10 Mining-Rigs an dem gleichen Problem arbeiten. Aus diesem Grund wurde Bitcoin so entwickelt, die Schwierigkeit des Mining alle 2.016 Blöcke oder etwa alle zwei Wochen zu bewerten und anzupassen. Wenn mehr Rechenleistung zur Verfügung steht, um gemeinsam Bitcoin zu gewinnen, steigt der Schwierigkeitsgrad des Abbaus, um die Blockproduktion auf einem stabilen Niveau zu halten. Weniger Rechenleistung bedeutet, dass der Schwierigkeitsgrad abnimmt. Um einen Eindruck davon zu bekommen, wie viel Rechenleistung benötigt wird, lag der anfängliche Schwierigkeitsgrad bei der Einführung von Bitcoin im Jahr 2009 bei 1, im November 2019 bei mehr als 13 Billionen.

All dies bedeutet, dass die Miner, um wettbewerbsfähig zu minen, jetzt in leistungsfähige Computerausrüstung wie eine GPU (Graphic Processing Unit) oder, realistischer ausgedrückt, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) investieren müssen. Diese können von $500 bis zu Zehntausenden reichen. Einige Miner – insbesondere Ethereum Miner – kaufen individuelle Grafikkarten (GPUs), um den Mining-Betrieb kostengünstig zu betreiben.

Bitcoin Mining in einfachen Worten

Die Vor- und Nachteile des Bitcoin-Minerings können schwer zu verstehen sein. Nimm dieses anschauliche Beispiel, wie das Hash-Problem funktioniert: Ich sage drei Freunden, dass ich an eine Zahl zwischen 1 und 100 denke, und ich schreibe diese Zahl auf ein Blatt Papier und versiegele es in einem Umschlag. Meine Freunde müssen nicht die genaue Zahl erraten; sie müssen nur die erste Person sein, die eine Zahl erraten hat, die kleiner oder gleich der Zahl ist, an die ich denke. Und es gibt keine Begrenzung, wie viele Vermutungen sie ausprechen dürfen.

Nehmen wir an, ich denke an die Zahl 19. Wenn Freund A 21 errät, verliert er wegen 21>19. Wenn Freund B 16 und Freund C 12 schätzen, dann sind sie beide theoretisch zu tragfähigen Antworten gekommen, wegen 16<19 und 12<19. Es gibt keinen „zusätzlichen Punkt“ für Freund B, obwohl die Antwort von B näher an der Zielantwort von 19 lag. Jetzt stell dir vor, dass ich die Frage „rate, an welche Zahl ich denke“ stelle, aber ich frage nicht nur drei Freunde, und ich denke nicht an eine Zahl zwischen 1 und 100. Vielmehr frage ich Millionen von Möchtegern-Minern und denke an eine 64-stellige hexadezimale Zahl. Jetzt siehst du, dass es extrem schwer sein wird, die richtige Antwort zu erraten.

Wenn B und C beide gleichzeitig antworten, wird es doch komplizierter.

In Bitcoin Worten ausgedrückt, kommen gleichzeitige Antworten häufig vor, aber am Ende des Tages kann es nur eine gewinnende Antwort geben. Wenn mehrere gleichzeitige Antworten präsentiert werden, die gleich oder kleiner als die Zielnummer sind, entscheidet das Bitcoin-Netzwerk mit einfacher Mehrheit – 51% -, welcher Miner zu belohnen ist. Typischerweise ist es der Miner, der die meiste Arbeit geleistet hat, das ist derjenige, der die meisten Transaktionen überprüft. Der verlorene Block wird dann zu einem „Orphan Block“. Orphan Blocks sind solche, die nicht zur Blockkette hinzugefügt werden. Miner, die das Hash-Problem erfolgreich lösen, aber nicht die meisten Transaktionen verifiziert haben, werden nicht mit Bitcoin belohnt.

Was ist eine „64-stellige hexadezimale Zahl“?

Nun, hier ist ein Beispiel für eine solche Zahl:

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Die obige Zahl hat 64 Ziffern. Dieser Teil ist nicht schwer zu verstehen. Wie Du wahrscheinlich bemerkt haben wirst, besteht diese Zahl nicht nur aus Ziffern, sondern auch aus Buchstaben des Alphabets. Warum ist das so?

Um zu verstehen, was diese Buchstaben in der Mitte von Zahlen tun, nehmen wir das Wort „hexadezimal“ auseinander.

Wie Du weißt, verwenden wir das „dezimale“ System, d.h. die Basis 10. Dies wiederum bedeutet, dass jede Ziffer einer mehrstelligen Zahl 10 Möglichkeiten hat, 0-9.

„Hexadezimal“ hingegen bedeutet Basis 16, da „hex“ vom griechischen Wort für 6 und „deca“ vom griechischen Wort für 10 abgeleitet ist. In einem hexadezimalen System hat jede Ziffer 16 Möglichkeiten. Aber unser numerisches System bietet nur 10 Möglichkeiten, Zahlen darzustellen (0-9). Deshalb musst du Buchstaben einfügen, insbesondere die Buchstaben a, b, c, d, d, e und f.

Wenn Du Bitcoin abbaueen willst, musst du nicht den Gesamtwert dieser 64-stelligen Zahl (den Hash) berechnen. Ich wiederhole: Du musst nicht den Gesamtwert eines Hashes berechnen!

Was haben „64-stellige Hexadezimalzahlen“ mit dem Bitcoin-Mining zu tun?

Erinnerst Du Dich an diese Analogie, bei der ich die Zahl 19 auf ein Blatt Papier geschrieben und in einen versiegelten Umschlag gelegt habe?

Im Bitcoin-Mining wird diese metaphorische, nicht offenbarte Zahl in dem Umschlag als Zielhash bezeichnet.

Was Miner mit diesen riesigen Computern und Dutzenden von Kühlventilatoren machen, ist die Vermutung des Zielhash. Miner machen diese Vermutungen, indem sie zufällig so viele „Nonces“ wie möglich und so schnell wie möglich erzeugen. Ein nonce ist die Abkürzung für „number only used once“, und das nonce ist der Schlüssel zur Erzeugung dieser 64-Bit-Hexadezimalzahlen, von denen ich immer wieder spreche. Im Bitcoin-Mining ist ein Nonce 32 Bit groß – viel kleiner als der Hash, mit 256 Bit. Der erste Miner, dessen nonce einen Hash erzeugt, der kleiner oder gleich dem Zielhash ist, erhält eine Gutschrift für die Fertigstellung dieses Blocks und die Ausbeute von 12,5 BTC.

Theoretisch könnte man das gleiche Ziel erreichen, indem man eine 16-seitige Matrize 64 Mal würfelt, um zufällige Zahlen zu erhalten, aber warum um alles in der Welt sollte man das tun wollen?

Der folgende Screenshot, der von der Website blockexplorer.com stammt, kann Dir helfen, all diese Informationen auf einen Blick zusammenzufassen. Du siehst eine Zusammenfassung von allem, was passiert ist, als Block #602906 abgebaut wurde. Der Nonce, der den „gewinnenden“ Hash erzeugte, war 40559104. Der Ziel-Hash wird oben angezeigt. Die Schwierigkeit lag bei 12720005267390.506 und die Belohnung bei 12,5 BTC.

blockexplorer.com Screenshot zeigt Details eines Bitcoin Blocks.
(Quelle: blockexplorer.com)

Gibt es eine maximale Größe für Hashes?

Alle Ziel-Hashes beginnen mit Nullen – mindestens acht Nullen und bis zu 63 Nullen.

Es gibt kein Mindestziel, aber es gibt ein Höchstziel, das durch das Bitcoin-Protokoll festgelegt wurde. Kein Ziel darf größer als diese Zahl sein:

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Wie maximiere ich meine Chancen, den Zielhash zu erraten, bevor es jemand anderes tut?

Du müsstest Dir ein Fast Mining Rigg besorgen oder, realistischer , einem Mining Pool beitreten – eine Gruppe von Coin Minern, die ihre Rechenleistung bündeln und die abgebauten Bitcoins teilen. Mining-Pools sind vergleichbar mit den Lotto-Gemeinschaften, deren Mitglieder Lotterielose massenhaft kaufen und sich verpflichten, Gewinne zu teilen. Eine überproportionale Anzahl von Blöcken wird von Pools und nicht von einzelnen Minern abgebaut.

Mit anderen Worten, es ist buchstäblich nur ein Zahlenspiel. Du kannst das Muster nicht erraten oder eine Vorhersage basierend auf früheren Ziel-Hashes machen. Der Schwierigkeitsgrad des letzten Blocks zum Zeitpunkt des Schreibens liegt bei etwa 13,69 Billionen, was bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeit, dass ein bestimmter nonce einen Hash unter dem Ziel produziert, 1 zu 13,69 Billionen beträgt. Keine großen Chancen, wenn man alleine arbeitet, selbst mit einem extrem leistungsstarken Mining-Rig.

Wie entscheide ich, ob Bitcoin Mining für mich rentabel ist?
Mineure müssen nicht nur die Kosten für teure Ausrüstung berücksichtigen, die notwendig ist, um die Chance zu haben, ein Hash-Problem zu lösen. Sie müssen auch die beträchtliche Menge an elektrischer Energie berücksichtigen, die bei der Erzeugung riesiger Mengen an Nonces auf der Suche nach der Lösung verwendet wird. Alles in allem ist der Bitcoin-Mining für die meisten einzelnen Miner zum Zeitpunkt dieses Schreibens weitgehend unrentabel.

Was sind Coin Mining Pools?

Mining-Belohnungen werden an den Miner gezahlt, der zuerst eine Lösung für das Rätsel entdeckt, und die Wahrscheinlichkeit, dass ein Teilnehmer derjenige ist, der die Lösung entdeckt, entspricht dem Anteil seiner gesamten Mining-Leistung im Netzwerk. Teilnehmer mit einem kleinen Anteil an der Minenleistung haben eine sehr geringe Chance, den nächsten Block selbst zu entdecken. Zum Beispiel würde ein Mining-Rig, das man für ein paar tausend Euro kaufen könnte, weniger als 0,001% der Mining-Leistung des Netzwerks ausmachen. Mit einer so geringen Chance, den nächsten Block zu finden, könnte es lange dauern, bis der Miner einen Block findet. Der Miner kann seine Investition nie wieder hereinholen. Die Antwort auf dieses Problem sind Mining-Pools. Mining-Pools werden von Dritten betrieben und koordinieren Gruppen von Minern. Durch die Zusammenarbeit in einem Pool und die gemeinsame Auszahlung der Beträge unter allen Teilnehmern können die Miner ab dem Tag der Aktivierung ihrer Mining-Hardware einen stetigen Fluss an Bitcoin erhalten.

Gibt es einen besseren, von Kryptowährungen zu profitieren?

Wie bereits erwähnt, ist der einfachste Weg, Bitcoin zu erwerben, an einer Krypto-Börse wie Coinbase.com zu kaufen. Alternativ kannst Du immer die „Pickaxe-Strategie“ nutzen. Dies basiert auf der alten Erkenntnis, dass während des Goldrausches von 1849 in Kalifornien die geschickteste Investition nicht darin bestand, nach Gold zu suchen, sondern die für den Bergbau verwendeten Pickel herzustellen.

Oder, um es modern auszudrücken, investiere in die Unternehmen, die diese Spitzhacken herstellen. In einem Kryptowährungskontext wäre das Pickaxe-Äquivalent ein Unternehmen, das Geräte für den Bitcoin-Mining herstellt. Du kannst in Betracht ziehen, in Unternehmen zu investieren, die z.B. ASICs-Geräte oder GPUs herstellen.

Video Tipp

Carsten Hack

Als Blockchain Enthusiast und Finanzfachmann beschäftige ich mich mit Kryptowährungen seit einer Zeit, zu welcher der Bitcoin noch 600 Euro wert war. Im Laufe der Jahre habe ich viel über die Technik und das Umfeld gelernt und möchte dieses Wissen durch Satoshi-Sushi weitergeben.

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