Bitcoin Mining, erklärt

Wahrscheinlich hören Sie die Phrase „Bitcoin Mining“ und Ihr Verstand beginnt, sich der westlichen Fantasie von Spitzhacken, Dreck und Streik zu nähern. Wie sich herausstellt, ist diese Analogie nicht allzu weit entfernt.

Weit weniger glamourös, aber ebenso unsicher, wird Bitcoin-Mining von leistungsstarken Computern durchgeführt, die komplexe rechnergestützte mathematische Probleme lösen (dh so komplex, dass sie nicht von Hand gelöst werden können und in der Tat kompliziert genug sind, um selbst unglaublich leistungsstarke Computer zu besteuern). Das Glück und die Arbeit, die ein Computer benötigt, um eines dieser Probleme zu lösen, entspricht einem Bergmann, der Gold in den Boden schlägt – während er in einem Sandkasten gräbt. Zum Zeitpunkt des Schreibens beträgt die Wahrscheinlichkeit, dass ein Computer eines dieser Probleme löst, etwa 1 zu 13 Billionen, aber dazu später mehr.

Das Ergebnis von „Bitcoin Mining“ ist zweifach. Erstens produzieren Computer, wenn sie diese komplexen mathematischen Probleme im Bitcoin-Netzwerk lösen, neue Bitcoin (wenn sie sich auf die einzelnen Münzen beziehen, wird Bitcoin normalerweise ohne Groß- und Kleinschreibung angezeigt), ähnlich wie beim Abbau von Gold aus dem Boden. Und zweitens machen Bitcoin-Miner das Bitcoin-Zahlungsnetzwerk vertrauenswürdig und sicher, indem sie rechnergestützte mathematische Probleme lösen und die Transaktionsinformationen überprüfen.

Es ist gut möglich, dass all das nur so viel Sinn ergab. Um die Funktionsweise des Bitcoin-Mining näher zu erläutern, beginnen wir mit einem Prozess, der etwas näher an der Heimat liegt: der Regulierung der gedruckten Währung.

Verbraucher neigen dazu, gedruckten Währungen zu vertrauen, zumindest in den Vereinigten Staaten. Das liegt daran, dass der US-Dollar von einer Zentralbank namens Federal Reserve gedeckt wird . Neben einer Vielzahl anderer Aufgaben reguliert die Federal Reserve die Produktion von neuem Geld, und die Bundesregierung verfolgt die Verwendung gefälschter Währungen.

Auch digitale Zahlungen mit dem US-Dollar werden von einer zentralen Behörde unterstützt. Wenn Sie beispielsweise mit Ihrer Debit- oder Kreditkarte online einkaufen, wird diese Transaktion von einem Zahlungsverarbeitungsunternehmen wie 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 erfüllt die gleichen Funktionen 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 auf der ganzen Welt verteilt und zeichnen Transaktionsdaten in einer öffentlichen Liste auf, auf die jeder zugreifen kann, auch Sie .

Wenn jemand mit Bitcoin einkauft oder verkauft, spricht man von einer „Transaktion“. Transaktionen im Geschäft und online werden von Banken, Kassensystemen und physischen Belegen dokumentiert. Bitcoin-Miner erzielen den gleichen Effekt ohne diese Institutionen, indem sie Transaktionen zu „Blöcken“ zusammenfassen und sie zu einem öffentlichen Datensatz mit der Bezeichnung “ Blockchain “ hinzufügen . Knoten verwalten dann Aufzeichnungen dieser Blöcke, damit sie für die Zukunft überprüft werden können.

Wenn Bitcoin-Miner einen neuen Transaktionsblock zur Blockchain hinzufügen, besteht ein Teil ihrer Aufgabe darin, sicherzustellen, dass diese Transaktionen korrekt sind. (Mehr über die Magie, wie dies in einer Sekunde geschieht.) Insbesondere stellen Bitcoin-Miner sicher, dass Bitcoin nicht dupliziert wird, eine einzigartige Eigenart digitaler Währungen, die als „ doppelte Ausgaben“ bezeichnet wird. Bei gedruckten Währungen ist das Duplizieren von Geld kein Problem. Sobald Sie $ 20 im Geschäft ausgeben, ist diese Rechnung in den Händen des Angestellten. Bei der digitalen Währung ist das jedoch eine andere Geschichte.

Digitale Informationen können relativ einfach reproduziert werden. Daher besteht bei Bitcoin und anderen digitalen Währungen die Gefahr, dass ein Spender eine Kopie seines Bitcoin erstellt und an eine andere Partei sendet, während er das Original beibehält. Kehren wir für einen Moment zur gedruckten Währung zurück und sagen, jemand hat versucht, seine 20-Dollar-Rechnung zu duplizieren, um sowohl das Original als auch die Fälschung in einem Lebensmittelgeschäft auszugeben. Wenn ein Angestellter wüsste, dass Kunden Geld duplizieren, müsste er nur die Seriennummern der Rechnungen überprüfen. Wenn die Nummern identisch wären, würde der Angestellte wissen, dass das Geld dupliziert worden war. Diese Analogie ähnelt der eines Bitcoin-Miners bei der Überprüfung neuer Transaktionen.

Bergleute belohnen

Bei bis zu 500.000 Einkäufen und Verkäufen an einem einzigen Tag kann die Überprüfung dieser Transaktionen für die Bergleute jedoch eine Menge Arbeit bedeuten, was einen weiteren entscheidenden Unterschied zwischen den Bitcoin-Bergleuten und der Federal Reserve, Mastercard oder Visa bedeutet. 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 halbiert sich alle 210.000 Blöcke oder ungefähr alle 4 Jahre. Im Jahr 2009 waren es 50. Im Jahr 2013 waren es 25, im Jahr 2018 waren es 12,5 und irgendwann Mitte 2020 wird es sich auf 6,25 halbieren.

Bei dieser Halbierungsrate wird sich die Gesamtzahl der im Umlauf befindlichen Bitcoin einem Limit von 21 Millionen nähern, was die Währung im Laufe der Zeit knapper und wertvoller macht, aber auch die Produktion für die Bergleute verteuert.

Hier ist der Haken. Damit Bitcoin-Miner tatsächlich Bitcoin aus der Überprüfung von Transaktionen verdienen können, müssen zwei Dinge geschehen. Erstens müssen sie Transaktionen im Wert von 1 Megabyte (MB) überprüfen, die theoretisch so klein wie eine Transaktion sein können, jedoch häufiger mehrere Tausend betragen, je nachdem, wie viele Daten in jeder Transaktion gespeichert sind. Dies ist der einfache Teil.

Zweitens müssen Bergleute ein komplexes mathematisches Rechenproblem lösen, das auch als „Beweis der Arbeit“ bezeichnet wird, um einen Transaktionsblock zur Blockchain hinzuzufügen. Eigentlich versuchen sie, 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 einer Geschwindigkeit von Megahashes pro Sekunde (MH / s), Gigahashes pro Sekunde (GH / s) oder sogar Terahashes pro Sekunde (TH / s) aus, je nach Einheit. Ziffern, bis sie zu einer Lösung kommen. Mit anderen Worten, es ist ein Glücksspiel.

Der Schwierigkeitsgrad des letzten Blocks zum Zeitpunkt des Schreibens beträgt mehr als 13 Billionen. Das heißt, die Wahrscheinlichkeit, dass ein Computer einen Hash unterhalb des Ziels erzeugt, beträgt 1 zu 13 Billionen. Um das in die richtige Perspektive zu rücken: Es ist ungefähr 44.500 Mal wahrscheinlicher, dass Sie den Powerball-Jackpot mit einem einzigen Lottoschein gewinnen, als mit einem einzigen Versuch den richtigen Hash zu wählen. Glücklicherweise spucken Mining-Computersysteme viel, viel mehr Hash-Möglichkeiten aus. Trotzdem erfordert der Abbau von Bitcoin enorme Mengen an Energie und hochentwickelte Computeranlagen, aber dazu später mehr.

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

Hier eine hilfreiche Analogie:

„Angenommen, ich erzähle drei Freunden, dass ich an eine Zahl zwischen 1 und 100 denke, und schreibe diese Zahl auf ein Blatt Papier und versiege sie in einem Umschlag. Meine Freunde müssen die genaue Zahl nicht erraten, sondern nur Es muss die erste Person sein, die eine Zahl errät, die kleiner oder gleich der Zahl ist, an die ich denke.

„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 tragfähigen 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 ‚rate, an welche Nummer ich denke‘, aber ich frage nicht nur drei Freunde, und ich denke nicht an eine Zahl zwischen 1 und 100. Ich frage vielmehr Millionen Ich denke an eine 64-stellige hexadezimale Zahl. Jetzt werden Sie feststellen, dass es äußerst schwierig sein wird, die richtige Antwort zu finden. “

Wenn 1 von 13 Billionen nicht schwierig genug klingt, ist hier der Haken an dem Haken. Bitcoin-Miner müssen nicht nur den richtigen Hash finden, sondern auch die Ersten sein, die dies tun.

Da Bitcoin-Mining im Grunde genommen eine Vermutung ist, hat das Erreichen der richtigen Antwort vor einem anderen Mining-Unternehmen fast alles damit zu tun, wie schnell Ihr Computer Hashes erzeugen kann. Noch vor einem Jahrzehnt konnte das Bitcoin-Mining auf normalen Desktop-Computern wettbewerbsfähig durchgeführt werden. Mit der Zeit erkannten die Bergleute jedoch, dass Grafikkarten, die üblicherweise für Videospiele verwendet werden, beim Mining effektiver sind als Desktops und Grafikprozessoren (GPUs), die das Spiel dominieren. Im Jahr 2013 begannen Bitcoin-Miner damit, Computer, die speziell für den möglichst effizienten Abbau von Kryptowährung entwickelt wurden, als Application-Specific Integrated Circuits (ASIC) zu nutzen. Diese können von mehreren hundert Dollar bis zu Zehntausenden reichen. Auf der anderen Seite, vorausgesetzt, dass der aktuelle Preis für Bitcoin zum jetzigen Zeitpunkt ungefähr 9.330 US-Dollar beträgt und die Belohnung für das Abschließen eines Blocks 12 beträgt.

Der Bitcoin-Abbau ist heute so wettbewerbsfähig, dass er nur mit den modernsten ASICs rentabel durchgeführt werden kann. Bei Verwendung von Desktop-Computern, GPUs oder älteren ASIC-Modellen übersteigen die Energiekosten die erzielten Einnahmen. Selbst mit dem neuesten Gerät, das Ihnen zur Verfügung steht, ist ein Computer selten genug, um mit dem zu konkurrieren, was Bergleute „Mining-Pools“ nennen.

Ein Mining-Pool ist eine Gruppe von Bergleuten, die ihre Rechenleistung kombinieren und die gewonnenen Bitcoin-Beträge unter den Teilnehmern aufteilen. Eine unverhältnismäßig große Anzahl von Blöcken wird eher von Pools als von einzelnen Bergleuten abgebaut. Zu bestimmten Zeitpunkten in der Geschichte von Bitcoin machten Mining-Pools und Unternehmen etwa 80% bis 90% der Bitcoin-Rechenleistung aus.

Zwischen 1: 13 Billionen Gewinnchancen, Skalierungsschwierigkeiten und dem riesigen Netzwerk von Benutzern, die Transaktionen überprüfen, wird ungefähr alle 10 Minuten ein Transaktionsblock überprüft. Es ist jedoch wichtig, sich daran zu erinnern, dass 10 Minuten ein Ziel und keine Regel sind.

Das Bitcoin-Netzwerk kann ungefähr sieben Transaktionen pro Sekunde verarbeiten, wobei alle 10 Minuten Transaktionen in der Blockchain protokolliert werden. Zum Vergleich: Visa kann rund 24.000 Transaktionen pro Sekunde abwickeln. 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. Bitcoin-Miner sind sich zwar im Allgemeinen einig, dass etwas gegen die Skalierung unternommen werden muss, es besteht jedoch weniger Einigkeit darüber, wie dies zu tun ist. Es wurden zwei Hauptlösungen vorgeschlagen, um das Skalierungsproblem anzugehen. Die Entwickler haben vorgeschlagen, entweder (1) die zur Überprüfung der einzelnen Blöcke erforderliche Datenmenge zu verringern oder (2) die Anzahl der Transaktionen zu erhöhen, die in jedem Block gespeichert werden können. Mit weniger zu überprüfenden Daten pro Block 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 Juli 2017 stimmten Bitcoin-Mining-Unternehmen und Bergbauunternehmen, die etwa 80% bis 90% der Rechenleistung des Netzwerks ausmachen, für die Aufnahme eines Programms, mit dem die für die Überprüfung der einzelnen Blöcke erforderliche Datenmenge verringert würde. Das heißt, sie gingen mit Lösung 1.

Das Programm, mit dem die Bergleute abgestimmt haben, um es dem Bitcoin-Protokoll hinzuzufügen, wird als getrennter Zeuge oder SegWit bezeichnet. Dieser Begriff ist eine Verschmelzung von „Getrennt“, was „zu trennen“ bedeutet, und „Zeugnis“, was sich auf „Signaturen bei einer Bitcoin-Transaktion“ bezieht. „Getrenntes Zeugnis“ bedeutet dann, Transaktionssignaturen von einem Block zu trennen und sie als erweiterten Block anzuhängen. Während das Hinzufügen eines einzelnen Programms zum Bitcoin-Protokoll für eine Lösung möglicherweise nicht sonderlich aussieht, wurde geschätzt, dass die Signaturdaten bis zu 65% der in den einzelnen Transaktionsblöcken verarbeiteten Daten ausmachen.

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

Stattdessen entschied man sich für Lösung 2. Die resultierende Währung, „Bitcoin Cash“, erhöhte die Blockgröße auf 8 MB, um den Überprüfungsprozess zu beschleunigen und eine Leistung von rund 2 Millionen Transaktionen pro Tag zu ermöglichen. Am 6. November 2019 betrug der Wert von Bitcoin Cash etwa 302 US-Dollar, der von Bitcoin etwa 9.330 US-Dollar betrug.

Artikelquelle – investopedia.com