18 Juni 2021 17:18

Bitcoin Mining

Was ist Bitcoin Mining?

Wahrscheinlich hören Sie den Satz „Bitcoin Mining“ und Ihre Gedanken wandern allmählich zur westlichen Fantasie von Spitzhacken, Schmutz und reichem Streik. Wie sich herausstellt, ist diese Analogie nicht allzu weit entfernt.

Bitcoin-Mining wird von leistungsstarken Computern durchgeführt, die komplexe mathematische Rechenprobleme lösen. Diese Probleme sind so komplex, dass sie nicht von Hand gelöst werden können und kompliziert genug sind, um selbst unglaublich leistungsstarke Computer zu besteuern.

Die zentralen Thesen

  • Beim Bitcoin-Mining wird neues Bitcoin erstellt, indem ein Rechenrätsel gelöst wird.
  • Bitcoin-Mining ist erforderlich, um das Hauptbuch der Transaktionen zu führen, auf denen Bitcoin basiert.
  • Bergleute sind in den letzten Jahren sehr anspruchsvoll geworden und verwenden komplexe Maschinen, um den Bergbau zu beschleunigen.

Das Ergebnis des Bitcoin-Bergbaus ist zweifach. Erstens, wenn Computer diese komplexen mathematischen Probleme im Bitcoin-Netzwerk lösen, produzieren sie neues Bitcoin (ähnlich wie wenn ein Bergbaubetrieb Gold aus dem Boden gewinnt). Und zweitens machen Bitcoin-Miner das Bitcoin-Zahlungsnetzwerk durch die Lösung rechnerischer mathematischer Probleme vertrauenswürdig und sicher, indem sie seine Transaktionsinformationen überprüfen.

Wenn jemand Bitcoin irgendwohin sendet, spricht man von einer Transaktion. Transaktionen, die im Geschäft oder online getätigt werden, werden von Banken, Kassensystemen und physischen Belegen dokumentiert. Bitcoin-Miner erreichen dasselbe, indem sie Transaktionen in „Blöcken“ zusammenfassen und sie einem öffentlichen Datensatz hinzufügen, der als „ Blockchain “ bezeichnet wird. Die Knoten führen dann Aufzeichnungen über diese Blöcke, damit sie in Zukunft überprüft werden können.

Wenn Bitcoin-Miner der Blockchain einen neuen Transaktionsblock hinzufügen, besteht ein Teil ihrer Aufgabe darin, sicherzustellen, dass diese Transaktionen korrekt sind. Insbesondere stellen Bitcoin-Miner sicher, dass Bitcoin nicht dupliziert wird. Dies ist eine einzigartige Eigenart digitaler Währungen, die als „ doppelte Ausgaben“ bezeichnet wird. „Bei gedruckten Währungen ist Fälschung immer ein Thema. Aber im Allgemeinen liegt diese Rechnung in den Händen des Angestellten, sobald Sie 20 US-Dollar im Geschäft ausgegeben haben. Bei der digitalen Währung ist dies jedoch eine andere Geschichte.

Digitale Informationen können relativ einfach reproduziert werden. Bei Bitcoin und anderen digitalen Währungen besteht daher das Risiko, dass ein Spender eine Kopie seines Bitcoin erstellen und an eine andere Partei senden kann, während er das Original beibehält.

Besondere Überlegungen

Bitcoin Miners belohnen

Bei bis zu 300.000 Käufen und Verkäufen an einem einzigen Tag kann die Überprüfung jeder dieser Transaktionen für Bergleute eine Menge Arbeit bedeuten. Als Entschädigung für ihre Bemühungen erhalten Bergleute Bitcoin, wenn sie der Blockchain einen neuen Transaktionsblock hinzufügen.

Die Menge an neuem Bitcoin, die mit jedem abgebauten Block freigesetzt wird, wird als „Blockbelohnung“ bezeichnet. Die Blockbelohnung wird alle 210.000 Blöcke (oder ungefähr alle 4 Jahre) halbiert. Im Jahr 2009 waren es 50. Im Jahr 2013 waren es 25, im Jahr 2018 waren es 12,5 und im Mai 2020 wurde es auf 6,25 halbiert.



Bitcoin hat seine Bergbauprämie am 11. Mai 2020 zum dritten Mal erfolgreich von 12,5 auf 6,25 halbiert.

Dieses System wird bis etwa 2140 fortgesetzt. Zu diesem Zeitpunkt werden Bergleute mit Gebühren für die Verarbeitung von Transaktionen belohnt, die Netzwerkbenutzer zahlen. Diese Gebühren stellen sicher, dass Bergleute weiterhin den Anreiz haben, das Netzwerk abzubauen und am Laufen zu halten. Die Idee ist, dass der Wettbewerb um diese Gebühren dazu führt, dass sie nach Abschluss der Halbierungen niedrig bleiben.

Diese Halbierungen verringern die Geschwindigkeit, mit der neue Münzen erzeugt werden, und verringern somit das verfügbare Angebot. Dies kann einige Auswirkungen auf die Anleger haben, da andere Vermögenswerte mit geringem Angebot – wie Gold – eine hohe Nachfrage haben und die Preise in die Höhe treiben können. Bei dieser Halbierungsrate wird die Gesamtzahl der im Umlauf befindlichen Bitcoin ein Limit von 21 Millionen erreichen, wodurch die Währung im Laufe der Zeit vollständig endlich und möglicherweise wertvoller wird.

Überprüfen von Bitcoin-Transaktionen

Damit Bitcoin-Miner tatsächlich Bitcoin durch die Überprüfung von Transaktionen verdienen können, müssen zwei Dinge geschehen. Erstens müssen sie Transaktionen im Wert von einem Megabyte (MB) überprüfen, die theoretisch so klein wie eine Transaktion sein können, jedoch häufiger mehrere Tausend betragen, je nachdem, wie viele Daten jede Transaktion speichert.

Zweitens müssen Bergleute ein komplexes rechnergestütztes mathematisches Problem lösen, das auch als „Arbeitsnachweis“ bezeichnet wird, um der Blockchain einen Transaktionsblock hinzuzufügen. Was sie tatsächlich tun, ist zu versuchen, eine 64-stellige Hexadezimalzahl zu finden, die als „Hash“ bezeichnet wird und kleiner oder gleich dem Ziel-Hash ist. Grundsätzlich spuckt der Computer eines Bergmanns Hashes mit unterschiedlichen Raten aus – Megahashes pro Sekunde (MH / s), Gigahashes pro Sekunde (GH / s) oder Terahashes pro Sekunde (TH / s) – abhängig von der Einheit, wobei alle möglichen 64- geschätzt werden. Ziffern, bis sie zu einer Lösung kommen. Mit anderen Worten, es ist ein Glücksspiel.

Der Schwierigkeitsgrad des letzten Blocks im August 2020 beträgt mehr als 16 Billionen. Das heißt, die Wahrscheinlichkeit, dass ein Computer einen Hash unterhalb des Ziels erzeugt, beträgt 1 zu 16 Billionen. Um das ins rechte Licht zu rücken: Es ist ungefähr 44.500 Mal wahrscheinlicher, dass Sie den Powerball-Jackpot mit einem einzigen Lottoschein gewinnen, als wenn Sie bei einem einzigen Versuch den richtigen Hash auswählen. Glücklicherweise spucken Mining-Computersysteme viele Hash-Möglichkeiten aus. Der Abbau von Bitcoin erfordert jedoch enorme Energiemengen und ausgefeilte Rechenvorgänge.

Der Schwierigkeitsgrad wird alle 2016 Blöcke oder ungefähr alle 2 Wochen angepasst, um die Bergbauraten konstant zu halten. Das heißt, je mehr Bergleute dort um eine Lösung konkurrieren, desto schwieriger wird das Problem. Das Gegenteil ist auch der Fall. Wenn dem Netzwerk die Rechenleistung entzogen wird, wird die Schwierigkeit nach unten korrigiert, um das Mining zu vereinfachen.

Bitcoin-Mining-Analogie

Angenommen, ich sage drei Freunden, dass ich an eine Zahl zwischen 1 und 100 denke, und schreibe diese Zahl auf ein Stück Papier und versiegele sie in einem Umschlag. Meine Freunde müssen nicht die genaue Zahl erraten, sie müssen nur die erste Person sein, die eine Zahl errät, die kleiner oder gleich der Zahl ist, an die ich denke. Und es gibt keine Begrenzung für die Anzahl der Vermutungen, die sie erhalten.

Nehmen wir an, ich denke an die Zahl 19. Wenn Freund A 21 errät, verlieren sie, weil 21> 19. Wenn Freund B 16 und Freund C 12 errät, sind beide theoretisch zu brauchbaren Antworten gekommen, weil 16 <19 und 12 <19. Es gibt keine zusätzliche Gutschrift für Freund B, obwohl die Antwort von B näher an der Zielantwort von 19 lag.

Stellen Sie sich nun vor, ich stelle die Frage, an welche Zahl ich denke, aber ich frage nicht nur drei Freunde, und ich denke nicht an eine Zahl zwischen 1 und 100. Vielmehr frage ich Millionen von angehende Bergleute und ich denke an eine 64-stellige Hexadezimalzahl. Jetzt sehen Sie, dass es äußerst schwierig sein wird, die richtige Antwort zu erraten.

Bitcoin-Miner müssen nicht nur den richtigen Hash finden, sondern auch die Ersten sein, die dies tun.

Da Bitcoin-Mining im Wesentlichen eine Vermutung ist, hat das Finden der richtigen Antwort vor einem anderen Miner fast alles damit zu tun, wie schnell Ihr Computer Hashes erstellen kann. Noch vor einem Jahrzehnt konnte das Bitcoin-Mining auf normalen Desktop-Computern wettbewerbsfähig durchgeführt werden. Im Laufe der Zeit stellten die Bergleute jedoch fest, dass Grafikkarten, die üblicherweise für Videospiele verwendet werden, effektiver waren, und sie begannen, das Spiel zu dominieren. Im Jahr 2013 begannen Bitcoin-Miner damit, Computer zu verwenden, die speziell für das effiziente Mining von Kryptowährung entwickelt wurden und als anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise (Application-Specific Integrated Circuits, ASIC) bezeichnet werden. Diese können von mehreren hundert Dollar bis zu Zehntausenden reichen, aber ihre Effizienz beim Abbau von Bitcoin ist überlegen.

Heute ist das Bitcoin-Mining so wettbewerbsfähig, dass es nur mit den aktuellsten ASICs rentabel durchgeführt werden kann. Bei Verwendung von Desktop-Computern, GPUs oder älteren ASIC-Modellen übersteigen die Kosten für den Energieverbrauch tatsächlich die erzielten Einnahmen. Selbst mit der neuesten Einheit, die Ihnen zur Verfügung steht, reicht ein Computer selten aus, um mit den sogenannten „Mining Pools“ der Bergleute zu konkurrieren.

Ein Mining-Pool ist eine Gruppe von Minenarbeitern, die ihre Rechenleistung kombinieren und das abgebaute Bitcoin unter den Teilnehmern aufteilen. Eine unverhältnismäßig große Anzahl von Blöcken wird eher von Pools als von einzelnen Bergleuten abgebaut. Bergbaupools und Unternehmen haben einen großen Anteil an der Rechenleistung von Bitcoin.

Bitcoin vs. traditionelle Währungen

Verbraucher neigen dazu, gedruckten Währungen zu vertrauen. Das liegt daran, dass der US-Dollar von einer Zentralbank der USA, der Federal Reserve, unterstützt wird. Neben einer Vielzahl anderer Aufgaben regelt die Federal Reserve die Produktion von neuem Geld, und die Bundesregierung verfolgt die Verwendung gefälschter Währungen.5

Selbst digitale Zahlungen mit dem US-Dollar werden von einer zentralen Behörde unterstützt. Wenn Sie beispielsweise online mit Ihrer Debit- oder Kreditkarte einkaufen, wird diese Transaktion von einem Zahlungsverarbeitungsunternehmen (z. B. Mastercard oder Visa) verarbeitet. Zusätzlich zur Aufzeichnung Ihres Transaktionsverlaufs überprüfen diese Unternehmen, ob Transaktionen nicht betrügerisch sind. Dies ist einer der Gründe, warum Ihre Debit- oder Kreditkarte auf Reisen möglicherweise gesperrt wird.

Bitcoin hingegen wird nicht von einer zentralen Behörde reguliert. Stattdessen wird Bitcoin von Millionen von Computern auf der ganzen Welt unterstützt, die als „Knoten“ bezeichnet werden. Dieses Computernetzwerk hat dieselbe Funktion wie Federal Reserve, Visa und Mastercard, jedoch mit einigen wesentlichen Unterschieden. Knoten speichern Informationen zu früheren Transaktionen und helfen bei der Überprüfung ihrer Authentizität. Im Gegensatz zu diesen zentralen Behörden sind Bitcoin-Knoten jedoch über die ganze Welt verteilt und zeichnen Transaktionsdaten in einer öffentlichen Liste auf, auf die jeder zugreifen kann.

Geschichte des Bitcoin-Bergbaus

Zwischen einer von 16 Billionen Gewinnchancen, Skalierungsschwierigkeiten und dem riesigen Netzwerk von Benutzern, die Transaktionen überprüfen, wird ein Transaktionsblock ungefähr alle 10 Minuten überprüft. Aber es ist wichtig zu bedenken, dass 10 Minuten ein Ziel sind, keine Regel.

Das Bitcoin-Netzwerk verarbeitet derzeit ab August 2020 knapp vier Transaktionen pro Sekunde, wobei Transaktionen alle 10 Minuten in der Blockchain protokolliert werden. Zum Vergleich: Visa kann ungefähr 65.000 Transaktionen pro Sekunde verarbeiten. Da das Netzwerk der Bitcoin-Benutzer jedoch weiter wächst, wird die Anzahl der in 10 Minuten getätigten Transaktionen möglicherweise die Anzahl der Transaktionen überschreiten, die in 10 Minuten verarbeitet werden können. Zu diesem Zeitpunkt beginnen die Wartezeiten für Transaktionen und werden länger, es sei denn, das Bitcoin-Protokoll wird geändert.

Dieses Problem im Herzen des Bitcoin-Protokolls wird als „Skalierung“ bezeichnet. Während Bitcoin-Miner im Allgemeinen der Meinung sind, dass etwas getan werden muss, um die Skalierung anzugehen, besteht weniger Konsens darüber, wie dies zu tun ist. Es wurden zwei Hauptlösungen vorgeschlagen, um das Skalierungsproblem anzugehen. Entwickler haben vorgeschlagen, entweder (1) eine sekundäre „Off-Chain“ -Schicht für Bitcoin zu erstellen, die schnellere Transaktionen ermöglicht, die später von der Blockchain überprüft werden können, oder (2) die Anzahl der Transaktionen zu erhöhen, die jeder Block speichern kann. Mit weniger Daten, die pro Block überprüft werden müssen, würde die Lösung 1 Transaktionen für Bergleute schneller und billiger machen. Lösung 2 würde sich mit der Skalierung befassen, indem alle 10 Minuten mehr Informationen verarbeitet werden, indem die Blockgröße erhöht wird.

Im Miner und Bergbauunternehmen, die etwa 80% bis 90% der Rechenleistung des Netzwerks ausmachen, für die Aufnahme eines Programms, mit dem die zur Überprüfung jedes Blocks erforderliche Datenmenge verringert werden soll.

Das Programm, für das Bergleute gestimmt haben, es dem Bitcoin-Protokoll hinzuzufügen, wird als getrennter Zeuge oder SegWit bezeichnet. Dieser Begriff ist eine Verschmelzung von „getrennt“, was „trennen“ bedeutet, und „Zeuge“, was sich auf „Unterschriften bei einer Bitcoin-Transaktion“ bezieht. Getrennter Zeuge bedeutet also, Transaktionssignaturen von einem Block zu trennen – und sie als erweiterten Block anzuhängen. Während das Hinzufügen eines einzelnen Programms zum Bitcoin-Protokoll möglicherweise nicht viel im Wege einer Lösung steht, wurde geschätzt, dass Signaturdaten bis zu 65% der in jedem Transaktionsblock verarbeiteten Daten ausmachen.

Weniger als einen Monat später, im August 2017, initiierte eine Gruppe von Bergleuten und Entwicklern eine harte Gabelung und verließ das Bitcoin-Netzwerk, um eine neue Währung mit derselben Codebasis wie Bitcoin zu erstellen. Obwohl diese Gruppe der Notwendigkeit einer Lösung für die Skalierung zustimmte, befürchteten sie, dass die Einführung einer Technologie für getrennte Zeugen das Skalierungsproblem nicht vollständig lösen würde.

Stattdessen entschieden sie sich für Lösung 2. Die resultierende Währung, „Bitcoin Cash“ genannt, erhöhte die Blockgröße auf 8 MB, um den Überprüfungsprozess zu beschleunigen und eine Leistung von rund 2 Millionen Transaktionen pro Tag zu ermöglichen. Am 16. August 2020 wurde Bitcoin Cash mit rund 302 US-Dollar auf rund 11.800 US-Dollar bewertet.2

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