Bitcoin Mining – einfach erklärt

Was ist Bitcoin Mining

Soviel weißt du sicher schon, es hat nichts mit Bergbau zu tun, und ist sehr technisch. Das Mining bezeichnet den Prozess, durch den neue Bitcoins in Umlauf gebracht werden. In diesem Artikel wollen wir alles, was zum Bitcoin Mining Vorgang gehört, erläutern. Von der Validierung von Transaktionen, zur Schaffung neuer Blöcke und zur Sicherung des gesamten Bitcoin-Netzwerks.
Um einfach in das Bitcoin Mining einzusteigen, gibt es spezialisierte Bitcoin Mining Dienstleister, wie Munich International Mining, diese kümmern sich um Hosting, Wartung und Logistik der Mining Geräte.

Der Prozess des Bitcoin Mining ist die Validierung von Informationen in einem Blockchain-Block durch die Generierung einer kryptografischen Lösung, die bestimmten Kriterien entspricht.

Wenn ein Miner erfolgreich eine Hash-Berechnung löst, wird ein neuer Block zur Blockchain hinzugefügt, und der Miner wird mit einer Belohnung in Form von Bitcoins für seine Arbeitsleistung entlohnt.
Das Bitcoin-Mining ist entscheidend für die Funktionsweise des dezentralen Netzwerks, da es die Integrität der Transaktionen gewährleistet und gleichzeitig Anreize für die Teilnahme an der Sicherung des Netzwerks bietet.

Wie funktioniert Bitcoin-Mining?

Ähnlich wie Goldschürfer, die Kraft und Schaufeln verwenden, benötigst du als Bitcoin-Miner zwei Dinge: Mining-Hardware und Energie. Es benötigt gewisse Kosten und Aufwand Bitcoins zu schürfen, genau wie beim Schürfen von Edelmetall.

Das Bitcoin Mining beinhaltet das Lösen komplexer mathematischer Rätsel. (Das ist der Energieaufwand)
Der erste Miner, der einen gültigen Hash findet, wird mit neu geschaffenen Bitcoins und Transaktionsgebühren belohnt.

Die Computer der Miner konkurrieren darum, dieses komplexes kryptografische Rätsel zu lösen, um als Erste den neuen Block für die Blockchain zu validieren. In diesen Blöcken sammeln und bündeln sie einzelne Transaktionen der letzten zehn Minuten.

Der Hash

1. Was ist ein Hash: Ein Hash ist eine Art mathematische Funktion, die Daten in einen festen Zeichenfolgenwert umwandelt. Dieser Wert wird als “Hashwert” bezeichnet. Der Zweck eines Hashwerts besteht darin, eine eindeutige, feste Länge darzustellen, unabhängig von der Größe oder Art der ursprünglichen Daten.
   Stell dir vor, du möchtest ein Buch in einer Bibliothek finden, aber du kennst nur die Größe des Buches, nicht den Titel oder den Inhalt. Der Bibliothekar könnte dir ein Etikett mit einer eindeutigen Nummer geben, die auf dieses Buch verweist. Diese Nummer ist wie ein Hashwert. Egal, wie groß oder klein das Buch ist, die Nummer bleibt gleich.
2. SHA-256-Algorithmus: Bitcoin verwendet SHA-256 (Secure Hash Algorithm 256-Bit) als kryptografische Hash-Funktion. Dieser Algorithmus nimmt eine Eingabe und erzeugt eine 256-Bit (64-Zeichen) hexadezimale Zahl als Ausgabe. Der SHA-256-Algorithmus ist so konzipiert, dass er eine Einwegfunktion ist. Es ist also rechnerisch nicht durchführbar, den Prozess umzukehren und die originale Eingabe aus dem Hash zu erhalten.
3. Rolle des Hash im Bitcoin-Mining: In der Welt der Computerwissenschaften wird Hashing oft in der Sicherheit und Datenintegrität verwendet. Das Bitcoin-Netzwerk verwendet Hashfunktionen, um Blöcke von Transaktionen zu einem einzigen Hashwert zu kombinieren. Dadurch wird die Integrität der Transaktionsdaten sichergestellt und ermöglicht es, die Daten effizient zu überprüfen. Ein kleiner Unterschied in den Daten würde zu einem völlig anderen Hashwert führen, was Manipulationen erschwert.
   Im Mining-Prozess konkurrieren die Miner darum, einen spezifischen Hash-Wert zu finden, der bestimmte Kriterien erfüllt. Dieser Wert wird “Ziel-Hash” genannt. Miner versuchen im Wesentlichen, einen Hash für den neuen Block zu finden, der unterhalb des Ziel-Hash liegt, was die Aufgabe erschwert.
4. Block-Header und Transaktionsdaten: Die Eingabedaten für den SHA-256-Algorithmus im Bitcoin-Mining stammen aus dem Block-Header. Der Block-Header enthält Informationen wie den Hash des vorherigen Blocks, einen Zeitstempel, die Merkle-Wurzel der Transaktionsdaten und einen Nonce.
5. Nonce und Bitcoin Mining-Prozess: Miner variieren den Nonce (eine einmalig verwendete Zahl) im Block-Header und führen ihn wiederholt durch den SHA-256-Algorithmus, bis sie einen Hash-Wert finden, der unterhalb des Ziels liegt. Da die Hash-Funktion deterministisch ist, ändert sich der Hash, wenn sich der Nonce ändert, und bietet Minern eine Möglichkeit, schnell verschiedene Kombinationen auszuprobieren.
6. Difficulty – Schwierigkeitsanpassung des Bitcoin Minings: Der Ziel-Hash wird periodisch angepasst, um sicherzustellen, dass im Durchschnitt etwa alle 10 Minuten ein neuer Block gemined wird. Wenn mehr Miner dem Netzwerk beitreten und es einfacher machen, einen gültigen Hash zu finden, wird das Ziel gesenkt. Verlassen Miner das Netzwerk und erschweren somit die Aufgabe, wird das Ziel erhöht.

Hier ist eine vereinfachte Erklärung an Hand eines Beispiels:
Stellen wir uns vor, ein Hash ist wie ein eindeutiger Fingerabdruck für einen Brief.

• Der Brief: Du hast einen Brief geschrieben, der eine Nachricht enthält, z. B. “Hallo, wie geht es dir?”
• Hashing: Wenn du den Brief hashst, ist es, als würdest du ihn in eine magische Box stecken, die eine eindeutige Nummer ausspuckt, die nur diesem speziellen Brief entspricht. Es ist, als würde der Brief einen Fingerabdruck bekommen.
• Einzigartigkeit: Jeder Brief hat seinen eigenen eindeutigen Fingerabdruck. Selbst wenn du nur einen winzigen Buchstaben im Brief änderst, wird der gesamte Fingerabdruck (der Hash) komplett anders.
• Unveränderlichkeit: Wenn du denselben Brief immer wieder in die magische Box steckst, bekommst du jedes Mal denselben Fingerabdruck. Das ist so, als ob der Fingerabdruck eine Art Siegel für deinen Brief ist.
• Sicherheit: Anderen Leuten den Fingerabdruck zu zeigen, sagt ihnen nichts über den Inhalt des Briefes. Es ist also sicher, den Fingerabdruck zu teilen, ohne dass jemand den Originalbrief kennen muss.

In der Welt der Computer und Kryptografie funktioniert Hashing ähnlich. Ein Hash ist wie ein eindeutiger Fingerabdruck für Daten, und er wird häufig verwendet, um die Integrität von Informationen zu überprüfen oder Passwörter zu schützen.

Proof-of-Work

Der Mining-Prozess ist Arbeitsaufwand, was als Proof-of-Work (PoW) bezeichnet wird – es erfordert viel Energie und Rechenleistung, um einem Zielhash zu erreichen. Die geleistete Arbeit wird als der erforderliche Validierungsnachweis angesehen.
Das Finden eines Hash unterhalb des Ziels ist der Proof-of-Work im Bitcoin-Mining. Es erfordert erheblichen Rechenaufwand und Energieaufwand. Sobald ein Miner einen gültigen Hash entdeckt, senden sie ihn an das Netzwerk, und andere Knoten überprüfen seine Gültigkeit. Der erste Miner, der einen gültigen Hash findet, wird mit neu geschaffenen Bitcoins (reward) und Transaktionsgebühren (fees) belohnt.

Blockreward – Belohnungen für Blöcke

Die Belohnung für das erfolgreiche Validieren eines Blocks sind Bitcoins. Im Jahr 2009 hat man 50 Bitcoin für das Mining eines Blocks erhalten. Aber die Blockbelohnung halbiert sich alle 210.000 Blöcke (ungefähr alle vier Jahre), und so sank die Belohnung im Jahr 2013 auf 25, dann auf 12,5 und schließlich auf 6,25.
Beim der nächsten “Halving” von Bitcoin wird die Belohnung auf 3,125 geändert.

Ein weiterer Anreiz für Bitcoin-Miner, am Prozess teilzunehmen, sind die Transaktionsgebühren. Miner erhalten zusätzlich zu ihren Belohnungen auch Gebühren für die Transaktionen, welche in diesem Block gesammelt werden.
Wenn Bitcoin seine geplante Obergrenze von 21 Millionen erreicht (werden wir nicht mehr erleben: erwartet um das Jahr 2140), werden Miner nur noch mit Gebühren für die Verarbeitung von Transaktionen belohnt, die Netzwerkbenutzer zahlen. Diese Gebühren gewährleisten, dass Miner weiterhin den Anreiz haben zu minen und das Netzwerk am Laufen zu halten. Die Idee ist, dass der Wettbewerb um diese Gebühren dazu führen wird, dass sie niedrig bleiben, nachdem die Halbierungsevents (Halvings) abgeschlossen sind.

Bitcoin Mining und Sicherheit

Der Mechanismus des Rätsellösens ist notwendig, um das Bitcoin-Netzwerk vor Angriffen zu schützen. Wir haben gelernt, dass es Hardware und Energie braucht, um Bitcoins minen zu können und neue Blöcke zu generieren. Es lohnt sich nicht für einen Miner z.B eine falschen Block zu generieren, der zum Beispiel mehr Bitcoins für eine Adresse enthält, oder eine Transaktion falsch leitet, da dieser Block von den Nodes im Netzwerk abgelehnt werden würde. Der bereits geleistete Arbeitsaufwand (Energie) wäre umsonst gewesen. Es bräuchte über 50% der gesamten Hashing Power um einen falschen Block als richtig zu minen, was zu viel Kosten verursachen würde und durch die Dezentralität des Netzwerks schwer organisierbar wäre. Dies macht es äußerst schwierig und teuer, das Netzwerk zu kompromittieren.

Wie viele Bitcoins können geschürft werden?

Das Bitcoin-Protokoll sieht vor, dass maximal 21.000.000 Bitcoins existieren werden. Dies bedeutet, dass das Angebot an Bitcoins endlich ist und die Gesamtmenge festgelegt ist. Bis heute (Januar 2024) wurden fast 19,6 Millionen Bitcoins gemined, und es wird geschätzt, dass der letzte Bitcoin etwa im Jahr 2140 gemined wird.
Funfact: Es gibt kein vergleichbares Gut auf der Welt was eine fest definierte “Endlichkeit” hat, was mittlerweile auch Ökonomen und Wissenschaftler beschäftigt.

Was sind Mining-Pools?

Um ihre Chancen auf eine Blockbelohnung zu erhöhen, könnten sich einige Krypto-Miner in sogenannten Mining-Pools zusammenschließen und ihre Ressourcen kombinieren, um gemeinsam nach Bitcoin oder anderen geminten Kryptowährungen zu schürfen. Belohnungen werden entsprechend der eingebrachten Rechenleistung ausgezahlt, wodurch eine höhere Rechenleistung die Chancen auf Belohnungen erhöht.

Bitcoin Mining Zahlen & Fakten:

• Durchschnittlich etwa alle 10 Minuten entsteht ein neuer Block
• Die Mining-Schwierigkeit (die sogenannte Mining Difficulty) ändert sich alle 2.016 Blöcke
• Bis heute (Januar 2024) wurden von den 21 Millionen möglichen Bitcoins bereits fast 19,6 Millionen gemined; schätzungsweise wird im Jahr 2140 der letzte Bitcoin geschürft.
• Die Obergrenze wird 21 Millionen Bitcoins sein
• Am Anfang, im Jahr 2009 erhielt man 50 Bitcoins für das Mining eines Blocks
• 2012: Das erste Bitcoin-Halving fand am 28. November statt und reduzierte die Belohnung von 50 auf 25 Bitcoins pro Block.
• 2016: Das zweite Bitcoin-Halving erfolgte am 9. Juli und reduzierte die Belohnung von 25 auf 12,5 Bitcoins pro Block.
• 2020: Das dritte Bitcoin-Halving fand am 11. Mai statt und reduzierte die Belohnung von 12,5 auf 6,25 Bitcoins pro Block.
• 2024 (prognostiziert): Das nächste erwartete Bitcoin-Halving wird voraussichtlich im April 2024 stattfinden und den Reward von 6,25 auf 3,125 Bitcoins pro Block reduzieren.

Bitcoins selbst minen

Lohnt sich Bitcoin Mining in Deutschland überhaupt? Wenn du Bitcoin-Mining selbst von zu Hause aus profitabel betreiben möchtest, hängt das von deinen individuellen Faktoren ab. Es gibt zwar immer effizientere Asic-Miner, wie z.B. der Antminer S19 XP, dennoch sind die gängigen Energiepreise in Deutschland für rentables Bitcoin Mining zu hoch. Hast du aber eine Solaranlage auf dem Dach, kann die Rechnung schon wieder ganz anders aussehen.

Es besteht die Möglichkeit, das Mining in kleinem und größerem Umfang professionell zu betreiben. Bitcoin Mining Unternehmen wie MIM.farm bieten Komplettpakete an, bei denen die Miner sicher gehostet und von Experten gewartet und verwaltet werden. Du profitierst von niedrigeren Stromkosten, z.B in Paraguay, der Ausfallsicherheit und der logistischen Herausforderungen.