Bitcoin Mining

Aktualisiert am: 10/17/2022

In diesem Artikel erf├Ąhrst du alles ├╝ber das Bitcoin Mining. Es h├Ąlt Erkl├Ąrungen zum Bitcoin Halving, der Bitcoin Geldmenge, den Proof-of-Work Algorithmus, Forks und Hash-Funktionen. Der Text ist teilweise recht technisch. Ganz unten gibt es n├╝tzliche Quellenangaben zu den Themen.

Bitcoin Mining Einleitung

Mining dient zwei zentralen Aspekten im Bitcoin-System. Zum einen ist es der einzige Weg um BTC neu zu sch├Âpfen und dem System hinzuzuf├╝gen. Zum anderen fungiert der Prozess als Validierung der Transaktionen und verhindert so das Double-Spending-Problem. Das Mining ist daf├╝r als Zeitstempel-Server organisiert, der die zeitliche Abfolge der Transaktionen aufzeichnet und richtig einordnet.

Mining hat mit dem klassischen Bergbau nichts zu tun. ­čśë

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

Bitcoin Kontrollierte Geldmenge

Am 28.11.2012 bzw. Blocknummer 210000 fand das erste Halving statt. Die Belohnung f├╝r das Finden eines Blocks fiel von 50 BTC auf 25 BTC. Seit dem 11.05.2020 bzw. Block 630000 ist die Blockverg├╝tung f├╝r das Sch├╝rfen eines Blocks von 12,5 BTC auf 6,25 BTC gefallen. Mehr dazu

Zu diesem Zeitpunkt des dritten Halving sind bereits 18.375.000 von 21.000.000 BTC im Umlauf. Der j├Ąhrliche Zufluss von BTC ist f├╝r die n├Ąchsten vier Jahre 328.125 BTC, was einer Inflationsrate von 1,79 bis 31,69 Prozent der n├Ąchsten Jahre entspricht. Bei Block 840.000 wird die Blockverg├╝tung dann auf 3,125 BTC halbiert.

Theoretisch verf├╝gbare Geldmenge

Die theoretisch verf├╝gbare Menge an BTC darf nicht mit der tats├Ąchlichen verf├╝gbaren Menge verwechselt werden. BTC k├Ânnen durch Verlust des privaten Schl├╝ssels unbenutzbar werden. Eine Wiederherstellung des privaten Schl├╝ssels ist nicht m├Âglich, sodass eine sichere und verantwortungsbewusste Lagerung jenes wichtig ist.

Diese Verluste von BTC werden durch eine Verlustrate beschrieben, die durch die Dezentralit├Ąt nicht erfassbar ist. Die Verlustrate sorgt daf├╝r,dass Bitcoin einen deflation├Ąren Charakter aufweist, der sp├Ątestens mit dem Ende der BTC-Sch├Âpfung im Jahre 2140 ansetzt.

Miner und PoW-Algorithmus

Die Betreiber von Mining-Knoten werden Miner genannt. Miner sorgen f├╝r die Sicherheit des Systems und erhalten als Anreiz daf├╝r neu gesch├Âpfte BTC und die freiwillige Transaktionsgeb├╝hr. Bitcoin benutzt die SHA256 Hash-Funktion und den PoW-Algorithmus f├╝r das Mining. Die Miner treten dabei in einem Wettkampf gegeneinander an, um als Erster die L├Âsung zu einem mathematischen Problem zu finden.

Was passiert beim 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.

Difficulty

Um das Problem erfolgreich zu l├Âsen, muss der Hash-Wert des Block Headers unterhalb eines vorgegebenen Zielwertes (Difficulty target) liegen. Der Zielwert wird dabei ├╝ber die Schwierigkeit gesteuert. Steigt die Schwierigkeit, sinkt der Zielwert, sodass es schwieriger wird einen passenden Block Header Hash zu berechnen. Die Schwierigkeit wird alle

2016 Bl├Âcke angepasst, sodass die Blockzeit auch bei steigender oder fallender Gesamthashleistung gleich bleibt.

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

Der Miner kann ├╝ber das Ver├Ąndern der Nonce den Hash-Wert anpassen. Die Nonce ist eine zuf├Ąllige Zahl und standardm├Ą├čig 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 ├╝ber Probieren kann die L├Âsung zum Finden eines Blocks erzwungen werden und somit der rechnerische Arbeitsnachweis (Proof-Of-Work) erbracht werden. Je gr├Â├čer die eingesetzte Rechenleistung, desto wahrscheinlicher ist das zuf├Ąllige Finde des richtigen Hash-Wertes.

Neuer Bitcoin Block gefunden

Nachdem ein Miner f├╝r einen Block das passende Hash-Ergebnis ÔÇ×gefundenÔÇť hat, wird ein neuer g├╝ltiger Block an den vorigen angeh├Ąngt und die Nachricht im Netzwerk verteilt. Erh├Ąlt ein Miner eine solche Nachricht, bevor er selbst einen Block gefunden hat, verwirft er seine aktuellen Berechnungen, erkennt den gefunden Block als g├╝ltig an und startet sofort das Mining nach dem n├Ąchsten Block. Dieser Vorgang wiederholt sich und beginnt immer wieder von neuem.

Ein Knoten ben├Âtigt im Durchschnitt 6,5 Sekunden (arithmetische Mittel 12,6 Sekunden), um die Information ├╝ber 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 ├╝ber das Finden des jeweils ersten Blocks ├╝ber 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 schlie├čen sich nun jener Kette an, von der sie als erstes den Block erhalten haben und beginnen den Wettkampf f├╝r den n├Ąchsten Block.

Der Mining-Konsens stellt sicher, dass die Kette mit der h├Âheren Hash-Rate sich gegen die Kette mit der niedrigeren Hash-Rate in der Folgezeit durchsetzt, da sie schneller den n├Ąchsten Block finden wird. Die Wahrscheinlichkeit, dass eine solche Aufteilung fortbesteht, wird mit jedem zur├╝ckliegenden Block in der Blockchain geringer.

Blockchain Zeitstrahl

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

K├╝nstliche Forks (z.B. Bitcoin Cash)

Neben den nat├╝rlichen Forks gibt es auch k├╝nstliche Forks. Diesen Arten von Forks k├Ânnen eine ├änderung des Protokolls erwirken, indem die Knoten ein Software Update durchf├╝hren. K├╝nstliche 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 müssen. Trotz Änderung wird an der gleichen Blockchain weitergearbeitet. Eine Hard Fork erfordert dagegen, dass alle Knoten ein Update durchführen, 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 Einf├╝hrung enorm gesteigert, sodass die Wahrscheinlichkeit einen Block zu sch├╝rfen f├╝r 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 b├╝ndelt, um die Wahrscheinlichkeit einen Block zu finden zu erh├Âhen. Wenn ein Block gefunden wird, wird die Belohnung an alle teilnehmenden Miner entsprechend ihres Rechenanteils ausgesch├╝ttet.

Quellen

F├╝r 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 Krypto├Âkonomie.
  • Decker, Christian / Wattenhofer, Roger (2013): Information Propagation in the
  • Bitcoin Network.
  • Bitcoin Wiki

Dies ist ein Ausschnitt aus meiner 2016/2017 verfassten Abschlussarbeit ├╝ber Bitcoin und Ethereum.


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Betreiber und Gr├╝nder von Kryptokenner.de. Ich besch├Ąftige mich seit 2014 mit Kryptow├Ąhrungen. Der freiheitliche, philosophische Gedanke von Bitcoin hat mich zuerst begeistert, doch erst einige Zeit sp├Ąter habe ich das Potential in der Blockchain-Technologie verstanden. Mein Ziel ist es euch das sichere Investieren und den Nutzen von Kryptow├Ąhrungen n├Ąher zu bringen.