Wie funktioniert Bitcoin Mining?

In Bitcoin, FAQ

Wie funktioniert Bitcoin Mining?

Bitcoin Mining erzeugt neue Bitcoins. Bei diesem Prozess ist Rechenleistung zur Transaktionsverarbeitung, Synchronisierung und Absicherung aller Nutzer im Bitcoin Netzwerk erforderlich. Mining findet grundsätzlich im Netzwerk statt, über das kein einzelner Nutzer die Kontrolle hat. Die Miner (Schürfer) erhalten für ihre Arbeit und den Aufwand des Bitcoin Minings eine Transaktionsgebühr von den Bitcoin Verwendern. Viele technikaffine Menschen würden gern selbst Bitcoins schürfen, sie fragen sich daher: Wie funktioniert Bitcoin Mining?

Bitcoin Mining: dezentraler Vorgang

Wichtig ist für jeden Bitcoin Miner zu wissen, dass er sich in einem dezentralen Rechnernetzwerk bewegt, in welchem Teilnehmer aus der ganzen Welt tätig sind. Der Begriff des “Minings” ist an das Schürfen von Gold angelehnt, und in der Tat sind neue Bitcoins ja im Juli 2017 schon mehr als doppelt so viel wert wie eine Feinunze Gold. Die Belohnung für das Mining richtet sich nach dem Ertrag, dieser wiederum hängt von der Rechenkapazität ab, die ein Miner zur Verfügung stellen kann. Ein wichtiger Fakt in diesem Zusammenhang ist die Endlichkeit der Bitcoins. Es wird nur 21 Millionen von ihnen geben, im Juli 2017 wurden schon rund 16,43 Millionen Bitcoins geschürft. Sie unterscheiden sich damit essenziell vom sogenannten Fiat-Geld, also dem Papiergeld ohne echten inneren Wert (im Gegensatz etwa zu einer Goldmünze), das Zentralbanken herausgeben und beliebig nachdrucken können, wenn die Regierung Geld braucht. Dieses traditionelle System ist hoch umstritten, das macht einen großen Teil des Bitcoin-Erfolges aus. Bitcoins können nicht unbegrenzt geschürft werden, ihr Mining wird im Laufe der Zeit auch schwieriger und verlangt mehr Rechenkapazitäten und Strom. Dabei kann es sowohl auf einem privaten oder industriellen Rechner als auch in der Cloud stattfinden, doch es verlangt immer einen Hardware-, Software- und Stromaufwand, den ein Miner beachten muss. Die Personen, die überall in der Welt mit dem Schürfen von Bitcoins beschäftigt sind, konkurrieren dabei miteinander.

Wie funktioniert Bitcoin Mining praktisch?

Technisch gesehen funktioniert das Mining durch eine kryptographische Hashfunktion, die zum sogenannten Proof of Work (Nachweis der Arbeit) führt. Es entsteht der Block Header, der die Datenstruktur für neue Bitcoins codiert. Für jeden neu erzeugten Hash nutzt die Mining Software eine neue, zufällig generierte Zahl, die “Nonce”. Abhängig von dieser Nonce und weiteren Daten entsteht durch sie der Hash, der eine sehr lange Zahlen-Buchstaben-Kombination ist. Das Mining ist mit einer Ziel-Schwierigkeit verknüpft, um die Möglichkeiten zu begrenzen. Für einen gültigen Block muss der Miner Hashes finden, die kleiner als diese Ziel-Schwierigkeit sind. Diese Arbeit machen sich Menschen rund um die Uhr und weltweit. Wenn sie es schaffen, die entsprechenden Hashes zu generieren und in einem Block zusammenzufassen, wird dieser Block schließlich an die Blockchain (Block-Kette) angehängt, von der Nutzer Bitcoins abrufen können. Diese Nutzertransaktion bestätigt der Miner, wofür er vom Nutzer eine (freiwillige, aber empfohlene) Transaktionsgebühr erhält. Über die Blockchain lassen sich alle Transaktionen jederzeit nachvollziehen. Das ist so gewollt, die dezentral generierten Bitcoins sollen transparent bleiben. Neue Blöcke werden permanent an die Blockchain angehängt, was zu einer immer länger werdenden Liste von Transaktionen führt. Da die Blockchain einsehbar ist, können die Nutzer aktuelle und frühere Transaktion einsehen. Natürlich bleiben die Namen der Bitcoin-Versender und -Empfänger anonym, doch die Transaktion selbst ist sichtbar. Man bezeichnet daher das Bitcoin-System als transparent und zugleich als (pseudo-)anonym.

Aufgaben der Miner für die intakte Blockchain

Die Blockchain muss intakt bleiben und darf nie manipuliert werden. Die Miner übernehmen diesbezüglich auch eine Kontrollfunktion. Sobald ein Transaktions-Block generiert wurde, beginnen die Miner mit einem Prozess der Informationsentnahme. Anschließend wandeln sie mithilfe einer mathematischen Formel die Transaktion zum Hash um, der am aktuellen Ende der Blockchain im Block aufbewahrt wird. Die Eigenschaften von Hashes sind recht interessant. Aus den vorliegenden Informationen des Bitcoin-Blocks lassen sie sich recht einfach erzeugen, doch es ist nahezu unmöglich, ihren Ursprung zu rekonstruieren. Der Hash wird technisch gesehen simpel aus vielen Datensätzen erzeugt und ist daher stets einzigartig. Die Änderung eines einzigen Zeichens im Block würde den kompletten Hash ändern. Miner nutzen für dessen Erzeugung neben den Daten der Transaktion noch zusätzliche Daten, darunter die aus dem letzten Hash in der Blockchain. Auf diese Weise ist jeder Hash mit seinem Vorgänger verknüpft, was eine Art Siegel schafft. Dieses bestätigt, dass beide Blöcke zusammenpassen. Eine Manipulation würde sofort auffallen, denn sie würde eine Änderung des Hashes voraussetzen. Sollte dann die Echtheit des Blocks mithilfe der Hashing-Funktion überprüft werden, wäre die Manipulation sofort zu erkennen.

Wettkampf um Bitcoins

Die Miner suchen im Netzwerk nach Blocks und konkurrieren dabei miteinander. Sie nutzen dafür eine spezielle Software. Wenn sie einen neuen Hash erzeugen, erhalten sie eine Gebühr, die Blockchain erhält ein Update, jeder andere Miner erfährt von dem neuen Hash. Dieser Anreiz befördert das Mining und die Transaktionen. Damit die Erzeugung von Hashes nicht zu einfach wird, gibt es den Proof of Work im Bitcoin-Protokoll, der die Mining-Schwierigkeiten mit fortschreitender Schürfung erhöht. Im Bitcoin-Netzwerk wird nicht jeder Hash akzeptiert, er muss auf eine bestimmte Weise beschaffen sein. Die Miner müssen daher die verwendeten Daten permanent verändern, um neue Hashes zu erzeugen. Hierfür verwenden sie den “Nonce”, wofür es oft vieler Versuche bedarf.

Wie funktioniert Bitcoin Mining in der Cloud oder auf dem eigenen Rechner?

Es gibt die beiden Varianten des Cloud-Minings oder des Schürfens daheim auf dem eigenen PC. Beim Cloud-Mining stellt ein externer Dienstleister gegen Gebühr die Hard- und Software. Geschürfte Bitcoins werden dem Miner auf seinem Wallet gutgeschrieben. Wer so vorgehen möchte, muss

  • ein Wallet einrichten,
  • den Cloud-Miner mieten und dann
  • Bitcoins schürfen.

Wer Bitcoins selber minen möchte, benötigt eine Bitcoin Miner Hardware. Diese verfügt über einen speziellen ASIC-Chip, der speziell für diesen Zweck konzipiert wurde. Als effizient gilt beispielsweise der Bitmain AntMiner S9, der mit einem LAN-Kabel an den Router angeschlossen und anschließend über den Webbrowser konfiguriert wird. Natürlich gibt es viele weitere Bitcoin Miner, darunter beispielsweise den Raspberry Pi 3. Zu beachten sind beim Mining daheim die hohen Stromkosten und der enorme Zeitaufwand. In Mining Pools schließen sich daher Miner zusammen, die ihre Rechenkapazität bündeln. Die Mining Pools haben Vor- und Nachteile. Wer aber daheim nicht rentabel schürfen kann und auch nicht die Cloud-Lösung nutzen möchte, sollte die Möglichkeit des Minings im Pool ins Auge fassen. Vorteile sind unter anderem:

  • Mining funktioniert ohne ausgeprägtes eigenes Know-how
  • kein hoher Kapitalaufwand
  • keine Selbstverwaltung

Abschreckend wirkt die große Zahl an Mining Pools, die Entscheidung fällt daher schwer. Auch haben kleine private Miner keine Entscheidungsgewalt. Seriöse Mining Pools werden offiziell in der Liste der Blockchain geführt.

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