Bitcoin Mining erklÀrt

Marco Schneekluth
Aktualisiert am: 8. MĂ€rz 2023

In diesem Artikel erfĂ€hrst du alles ĂŒber das Bitcoin Mining. Es enthĂ€lt ErklĂ€rungen zum Bitcoin Halving, der Bitcoin Geldmenge, dem Proof-of-Work Algorithmus, Forks und Hash-Funktionen.

Ganz unten gibt es nĂŒtzliche Quellenangaben zu den Themen.

Bitcoin Mining Einleitung

Bitcoin Mining

Mining dient zwei zentralen Aspekten im Bitcoin-System.

  1. Zum einen ist es der einzige Weg neue Bitcoins zu schöpfen und dem System hinzuzufĂŒgen.

  2. Zum anderen fungiert der Prozess als Validierung der Transaktionen und verhindert so das Double-Spending-Problem. Das Mining ist dafĂŒr als Zeitstempel-Server organisiert, der die zeitliche Abfolge der Transaktionen aufzeichnet und richtig einordnet.

Bitcoin Mining hat mit dem klassischen Bergbau nichts zu tun. 😉

Um den Begriff des Mining greifbar und in den Kontext richtig einzuordnen, vergleicht Andreas Antonopoulos den Prozess mit dem Fördern von Edelmetallen oder dem Drucken von Banknoten der Zentralbanken. Im Deutschen kann von dem SchĂŒrfen bzw. dem Finden eines Blocks gesprochen werden.

Bitcoin Kontrollierte Geldmenge

Am 28.11.2012 bzw. Blocknummer 210000 fand das erste Halving statt. Die Belohnung fĂŒr das Finden eines Blocks fiel von 50 BTC auf 25 BTC.

Seit dem 11.05.2020 bzw. Block 630000 ist die BlockvergĂŒtung fĂŒr das SchĂŒrfen eines Blocks von 12,5 BTC auf 6,25 BTC gefallen.

Mehr zum Bitcoin Halving oder hier

Zum Zeitpunkt des dritten Halving sind bereits 18.375.000 von 21.000.000 BTC im Umlauf.

Der jĂ€hrliche Zufluss von BTC ist fĂŒr die nĂ€chsten vier Jahre 328.125 BTC, was einer Inflationsrate von 1,79 bis 31,69 Prozent der nĂ€chsten Jahre entspricht.

Bei Block 840.000 wird die BlockvergĂŒtung dann auf 3,125 BTC halbiert.

Theoretisch verfĂŒgbare Geldmenge

Die theoretisch verfĂŒgbare Menge an BTC darf nicht mit der tatsĂ€chlichen verfĂŒgbaren Menge verwechselt werden. BTC können durch Verlust des privaten SchlĂŒssels unbenutzbar werden. Eine Wiederherstellung des privaten SchlĂŒssels ist nicht möglich, sodass eine sichere und verantwortungsbewusste Lagerung jenes wichtig ist.

Diese Verluste von BTC werden durch eine Verlustrate beschrieben, die durch die DezentralitĂ€t nicht erfassbar ist. Die Verlustrate sorgt dafĂŒr,dass Bitcoin einen deflationĂ€ren Charakter aufweist, der spĂ€testens mit dem Ende der BTC-Schöpfung im Jahre 2140 ansetzt.

Miner und PoW-Algorithmus

Die Betreiber von Mining-Knoten werden Miner genannt. Miner sorgen fĂŒr die Sicherheit des Systems und erhalten als Anreiz dafĂŒr neu geschöpfte BTC und die freiwillige TransaktionsgebĂŒhr. Bitcoin benutzt die SHA256 Hash-Funktion und den PoW-Algorithmus fĂŒr das Mining. Die Miner treten dabei in einem Wettkampf gegeneinander an, um als Erster die Lösung zu einem mathematischen Problem zu finden.

Bitcoin Mining im Detail

Der Miner berechnet den Hash-Wert des Block Headers, indem er die sechs Felder des Block Header, Version, voriger Block Header, Merkle Root, Zeitstempel, Schwierigkeit und Nonce zusammenrechnet.

Bitcoin Difficulty

Um das Problem erfolgreich zu lösen, muss der Hash-Wert des Block Headers unterhalb eines vorgegebenen Zielwertes (Difficulty target) liegen. Der Zielwert wird dabei ĂŒber die Schwierigkeit gesteuert.

Difficulty Anpassung

Steigt die Schwierigkeit, sinkt der Zielwert, sodass es schwieriger wird einen passenden Block Header Hash zu berechnen. Die Schwierigkeit wird alle 2016 Blöcke angepasst, sodass die Blockzeit auch bei steigender oder fallender Gesamthashleistung gleich bleibt.

Blockzeit Bitcoin

Die Bitcoin Blockzeit beschreibt die Dauer fĂŒr die BestĂ€tigung einer Bitcoin-Transaktion.

Sie liegt bei ungefÀhr 10 Minuten. Dies ist ein angestrebter Richtwert, der von Satoshi Nakamoto bestimmt wurde.

  • Steigt die Bitcoin-Hashrate, dann sinkt die Blockzeit unter 10 Minuten
  • FĂ€llt die Bitcoin-Hashrate, dann steigt die Blockzeit ĂŒber 10 Minuten

Die Difficulty-Anpassung sorgt dann dafĂŒr, dass der Richtwert von 10 Minuten pro Block eingehalten wird.

Proof-Of-Work: Finden des richtigen Hash-Wertes

Der Miner kann ĂŒber das VerĂ€ndern der Nonce den Hash-Wert anpassen. Die Nonce ist eine zufĂ€llige Zahl und standardmĂ€ĂŸig null.

Durch die Eigenschaften einer Hash-Funktion bewirkt eine kleine Änderung an der Nonce eine beliebige Änderung beim Hash-Wert. Das Hash-Ergebnis kann weder im Voraus bestimmt, noch kann ein Muster erstellt werden, dass einen speziellen Hash-Wert produziert.

Nur ĂŒber Probieren kann die Lösung zum Finden eines Blocks erzwungen werden und somit der rechnerische Arbeitsnachweis (Proof-Of-Work) erbracht werden. Je grĂ¶ĂŸer die eingesetzte Rechenleistung, desto wahrscheinlicher ist das zufĂ€llige Finde des richtigen Hash-Wertes.

Neuer Bitcoin Block gefunden

Nachdem ein Miner fĂŒr einen Block das passende Hash-Ergebnis „gefunden“ hat, wird ein neuer gĂŒltiger Block an den vorigen angehĂ€ngt und die Nachricht im Netzwerk verteilt. ErhĂ€lt ein Miner eine solche Nachricht, bevor er selbst einen Block gefunden hat, verwirft er seine aktuellen Berechnungen, erkennt den gefunden Block als gĂŒltig an und startet sofort das Mining nach dem nĂ€chsten Block. Dieser Vorgang wiederholt sich und beginnt immer wieder von neuem.

Ein Knoten benötigt im Durchschnitt 6,5 Sekunden (arithmetische Mittel 12,6 Sekunden), um die Information ĂŒber das Finden eines Blocks im Netzwerk zu erhalten. Nach 40 Sekunden haben 95% der Knoten diese Information erhalten.

Forks im Bitcoin Mining

Durch die dezentrale Datenstruktur der Blockchain kann es passieren, dass mehrere Miner gleichzeitig einen Block gefunden haben bevor die Nachricht ĂŒber das Finden des jeweils ersten Blocks ĂŒber das Netzwerk sie erreicht hat. Die Folge sind sogenannte Blockchain-Gabeln.

Eine Gabel, im Folgenden mit dem englischen Begriff Fork beschrieben, ist eine Aufteilung der Blockchain in zwei oder mehrere parallel laufende Ketten.

Die Miner schließen sich nun jener Kette an, von der sie als erstes den Block erhalten haben und beginnen den Wettkampf fĂŒr den nĂ€chsten Block.

Der Mining-Konsens stellt sicher, dass die Kette mit der höheren Hash-Rate sich gegen die Kette mit der niedrigeren Hash-Rate in der Folgezeit durchsetzt, da sie schneller den nĂ€chsten Block finden wird. Die Wahrscheinlichkeit, dass eine solche Aufteilung fortbesteht, wird mit jedem zurĂŒckliegenden Block in der Blockchain geringer.

Blockchain Zeitstrahl

Das Fortbestehen einer Fork nach einem Block ist ĂŒblich und geschieht jede Woche. Nach zwei zwei Blöcken ist sie bereits außerordentlich selten. Nach sechs Blöcken bzw. einer Stunde gilt eine Transaktion in Bitcoin als unwiderruflich (laut Antonopoulos). Zur Erinnerung ein Block wird durchschnittlich alle 10 Minuten generiert.

KĂŒnstliche Forks (z.B. Bitcoin Cash)

Neben den natĂŒrlichen Forks gibt es auch kĂŒnstliche Forks. Diesen Arten von Forks können eine Änderung des Protokolls erwirken, indem die Knoten ein Software Update durchfĂŒhren. KĂŒnstliche Forks untergliedern sich in Soft Fork und Hard Fork.

Softfork vs Hardfork

Eine Soft Fork erfordert nicht, dass alle Knoten der Änderung durch Aktualisieren zustimmen mĂŒssen. Trotz Änderung wird an der gleichen Blockchain weitergearbeitet. Eine Hard Fork erfordert dagegen, dass alle Knoten ein Update durchfĂŒhren, da sonst eine alte und eine neue Blockchain entsteht. Bekannte Hardforks im Bitcoin Netzwerk waren Bitcoin Cash und Bitcoin Gold.

Lohnt sich Bitcoin Mining noch?

Die gesamte Hash-Rate des Netzwerkes hat sich seit der EinfĂŒhrung enorm gesteigert, sodass die Wahrscheinlichkeit einen Block zu schĂŒrfen fĂŒr Privatpersonen ohne riesige Investitionssummen mittlerweile nahe Null ist. Viele Miner haben sich in sogenannten Mining-Pools zusammengeschlossen.

Mining Pool

Ein Mining-Pool stellt einen einzelnen Full Node dar, welcher die Mining-Rechenleistung vieler einzelner Miner bĂŒndelt, um die Wahrscheinlichkeit einen Block zu finden zu erhöhen. Wenn ein Block gefunden wird, wird die Belohnung an alle teilnehmenden Miner entsprechend ihres Rechenanteils ausgeschĂŒttet.

Quellen

FĂŒr diesen Artikel habe ich insbesonderes aus folgenden Quellen informationen bezogen:

  • Antonopoulos, Andreas M. (2014): Mastering Bitcoin. Unlocking Digital Cryptocurrencies.
  • Sixt, Elfriede (2016): Bitcoins und andere dezentrale Transaktionssysteme. Blockchains als Basis einer Kryptoökonomie.
  • Decker, Christian / Wattenhofer, Roger (2013): Information Propagation in the
  • Bitcoin Network.
  • Bitcoin Wiki

Dies ist ein Ausschnitt aus meiner 2016/2017 verfassten Abschlussarbeit ĂŒber Bitcoin und Ethereum.


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Betreiber und GrĂŒnder von Kryptokenner.de. Ich beschĂ€ftige mich seit 2014 mit KryptowĂ€hrungen. Der freiheitliche, philosophische Gedanke von Bitcoin hat mich zuerst begeistert, doch erst einige Zeit spĂ€ter habe ich das Potential in der Blockchain-Technologie verstanden. Mein Ziel ist es euch das sichere Investieren und den Nutzen von KryptowĂ€hrungen nĂ€her zu bringen. Mehr zu mir und dem Blog.