Bitcoin Mining, eine kryptische Aufgabe

Bitcoin ist die älteste und bekannteste Kryptowährung, die bei vielen Anlegern als Diversifikation des eigenen Wertpapierdepots sehr beliebt ist. Die meisten Anleger beschränken sich darauf, über einen Online-Broker und das Trading in dieses rentable Anlageprodukt zu investieren. Es handelt sich um das zentralste und transparenteste Digital-Währungsprotokoll weltweit, das auf Satoshi Nakamoto zurückgeht. Gleichzeitig war Bitcoin das erste, international erfolgreiche digitale Währungssystem.

Im Gegensatz zum üblichen Bankensystem ist kein zentrales Clearing der Geldbewegungen notwendig, denn Bitcoin Mining erfolgt über ein dezentrales, weltweites Rechnersystem. In diesem Peer-to-Peer-Netzwerk sind alle Rechner gleichberichtigt. Die Festlegung des Bitcoin-Kurses erfolgt auf der Grundlage von Angebot und Nachfrage an der Börse. Die Anwendung kryptografischer Techniken stellt sicher, dass gültige BTC-Transaktionen nur von dem entsprechenden Eigentümer vorgenommen und nicht doppelt ausgegeben werden können. Der Eigentumsnachweis erfolgt über eine Bitcoin Wallet und eine zugeordnete Bitcoin-Adresse.

Um diesem Zweck gerecht zu werden, muss das Währungsprotokoll regelmäßig bestimmte Kriterien für erfolgreiches Bitcoin Mining und ein konstantes Netzwerk erfüllen. Wie Bitcoins als „fertiges“ Finanzinstrument auf den Markt kommen, wissen die wenigsten. Bekannt ist jedoch der Begriff Bitcoin Mining. Dieser englische Begriff lässt sich mit Bitcoin schürfen ins Deutsche übersetzen. Wie die meisten Begriffe aus der englischsprachigen Computer- und Digitalwelt nutzt jedoch kaum jemand diese deutsche Übersetzung, da sich die englischen Begriffe im heimischen Sprachgebrauch fest etabliert haben. Der Wortbestandteil Mining erinnert an die Zeit der Goldgräber, die Gold in den Mienen schürften. Ähnlich verläuft das „Bitcoin schürfen“ ungefähr 170 Jahre nach den großen Goldgräberaktivitäten. Computer schürfen Bitcoins und errechnen neue BTC auf der Grundlage der Blockchain-Technologie. Es gibt drei unterschiedliche Möglichkeiten, diese Digitalwährung zu minen (schürfen), die in dem folgenden Beitrag vorgestellt werden.

Wie werden Bitcoins gemint?

Bevor Anleger in die digitale Währung Bitcoin investieren können, müssen sie zuvor „hergestellt“ werden. Die Software arbeitet über ein dezentrales Netzwerk aus zahlreichen, weltweit verteilten Rechnern. Die auf den Rechnern installierte Software stellt die gesamte Blockchain-Technologie für das Bitcoin Minung zur Verfügung. Nur so lässt sich das Manipulieren des Netzwerkes durch einzelne Miner vermeiden. Die meisten Computer-Technologien und Programme sind vor äußerer Manipulation nicht sicher, immer wieder wird über Hackerangriffe, Schadsoftware und Datenklau berichtet. Die Blockchain ist jedoch sicher vor Hackerangriffen, denn sobald ein derartiger externer Eingriff passiert, wird der entsprechende Rechner aus dem Blockchain-Netzwerk ausgeschlossen. Diese Technologie verhindert doppelte Transaktionen, was besonders hervorzuheben ist, da Bitcoin sich gegenüber anderen digitalen Währungen wie Ethereum oder Ripple durch die Begrenzung auf 21 Millionen Coins auszeichnet. 

Die Blockchain arbeitet wie ein Kontobuch, auf dem sämtliche durchgeführten Mining-Transaktionen verzeichnet sind. Zusätzliche Angaben geben Informationen über die Bitcoin-Wallet-Adresse. Mit diesen Angaben lässt sich nachverfolgen, welche Wallet wie viele Bitcoins an eine andere Wallet-Adresse überwiesen hat. Die Blockchain ist jederzeit von jedermann frei einsehbar, um Manipulationen durch doppelt getätigte Transaktionen zu verhindern. Technisch gesehen besteht die Blockchain aus einer Aneinanderreihung kryptografisch verschlüsselter Blöcke.

Die Schwierigkeit besteht in der komplizierten „Herstellung“ von Bitcoins, denn im Gegensatz zu anderen Finanzprodukten wie Aktien, Fonds oder Währungen können diese digitalen Münzen nicht einfach durch Staaten, Unternehmen, Banken oder Online-Broker ausgegeben werden, damit Anleger darin investieren. Bevor es soweit ist, müssen Bitcoins über ein dezentrales Netzwerk von Rechnern zuerst gemint werden. Es müssen Miner, gefunden werden, die bereit sind, ihren Rechner für dieses aufwendige Verfahren zur Verfügung zu stellen, ferner müssen sie natürlich über die entsprechenden Kenntnisse verfügen. Als Anreiz erhalten Miner für jede gefundene und erstellte Blockchain 6,25 Bitcoins, was einem Wert von 8.552,31 Euro pro Coin entspricht. Bitcoins können zuhause, im Mining Pool oder über eine Bitcoin Mining Cloud gemint (geschürft) werden. 

Bevor diese drei Methoden näher vorgestellt werden, ist es wichtig, zu erklären, wie der technische Ablauf beim Bitcoin Mining genau aussieht. Die einzelnen Blöcke der Blockchain enthalten sämtliche, bereits getätigte Transaktionen, mit denen Bitcoins hergestellt wurden. Die Rechner, mit denen das Mining erfolgt, nutzen den SHA256-Algorithmus, über den Hashes erstellt werden, um Hexadezimalzahlen zu errechnen. 

Miner müssen keine Rechengenies sein, denn sämtliche Rechenvorgänge werden über den Rechner und die Mining-Software automatisch erstellt. Kein Miner muss also umständlich mit Hexadezimalzahlen herumrechnen. Der zuvor angegebene Hash ist das Ergebnis der zu lösenden Rechenaufgaben. Im Zusammenhang mit Mining fällt oft die Redewendung „Blocks finden“. Die Rechenaufgaben sind ohne Veränderung der Transaktionen zu lösen. Um dieses Ziel zu erreichen, verändern Miner nicht den Hash, sondern einen anderen, kodierten Datensatz, der die entsprechende Transaktion enthält. Dieser kodierte Datensatz wird als Nonce bezeichnet, der zu einem entsprechenden Hash passen muss, was jedoch häufig nicht der Fall ist. Genau hier liegt die Schwierigkeit. Ein Miner hat einen Block gefunden, wenn Hash und Nonce zueinander passen. Jetzt können die getätigten Transaktionen zu Blöcken zusammengefasst werden. Für ihre Bemühungen werden Miner mit Bitcoins belohnt, denn sie brauchen schließlich einen Anreiz, um sich dieser schwierigen und manchmal auch zweitaufwendigen Aufgabe zu stellen. Das Auffinden des passenden Hash-Nonce-Paares hängt ferner von der Mining Difficulty ab.

Mining Difficulty

Bitcoin Mining wird mit speziell für diesen Zweck hergestellten Geräten, den Applicated Specific Integrated Circuits, abgekürt ASIC, durchgeführt. Diese Geräte verfügen über spezielle Schaltkreise, um die für das Mining benötigte hohe Rechenleistung zu garantieren. Wie die gesamte Computertechnologie, verbessert sich auch die ASIC-Technologie fortwährend, um das Bitcoin Mining hinsichtlich der Hash-Rates und des Stromverbrauchs immer effizienter zu gestalten. Durch diese verbesserte Technologie hat sich die Hashrate und damit die Erstellung neuer Blöcke in der Blockchain erhöht. Im Idealfall würde jetzt jeder Miner deutlich weniger Zeit brauchen, um neue Bitcoins zu minen. Damit wäre die Obergrenze von 21 Millionen Bitcoins schneller erreicht, womit auch die Auszahlungen an die Miner deutlich steigen würden. Um dies zu verhindern, wird der Schwierigkeitsgrad in der Blockchain erhöht, um die Zeit für die Blockerkennung zu verlängern und das Netzwerk auf einem konstanten Level zu halten. Dieses Ziel wird durch die Mining Difficulty erreicht.

Der englische Begriff Difficulty steht für Schwierigkeitsgrad, der immer wieder angepasst wird. Stellt sich jetzt die Frage, warum Minern zusätzlich zu der ohnehin schon zeitaufwendigen „Hash-Nonce-Verpaarung“ für die Blockfindung die Verarbeitung und das Mining zusätzlich erschwert werden. Der Sinn hinter der Mining Difficultiy ist folgender: Da Bitcoin auf 21 Millionen digitale Münzen beschränkt ist, sollen Hashes nicht mit zu hoher Geschwindigkeit und damit innerhalb eines vergleichsweise kurzen Zeitfensters verarbeitet werden, da anderenfalls bereits zum jetzigen Zeitpunkt alle vorgesehen 21 Millionen Bitcoins gemint worden wären. Durch diese Difficulty verursacht die Verpaarung von Hashes mit Nonces einen höheren Zeit- und Rechenaufwand. Jede erzeugte Hexadezimalzahl muss demzufolge kleiner sein, als der jeweils vorgegebene Difficulty-Wert. 

Proof of Work

Die gesamte Leistung des Rechners entfällt beim Mining demzufolge auf das Lösen dieser kryptischen, auch als Proof of Work bezeichneten Aufgabe. Durch den eingebauten Schwierigkeitsgrad wird das Erzeugen von neuen Blocks immer komplexer und ist zudem mit einem entsprechenden Zeitabstand verbunden. Pro 2.016 Blöcken erfolgt die Anpassung der Difficulty. Weniger kryptisch und leichter verständlich ausgedrückt: Je mehr Miner Interesse am Bitcon Mining haben und sich der Aufgabe stellen, Blöcke zu finden, um weitere digitale Münzen zu schürfen, desto komplexer gestaltet sich der Schwierigkeitsgrad. Mit jedem einzelnen, erzeugten Block verlängert sich zudem die Blockchain. 

Die zuvor beschriebene Technologie des Bitcoins Minings lässt sich folgendermaßen zusammenfassen: Miner stellen sich der Aufgabe, komplexe Rechenaufgaben zu lösen, die zu den entsprechenden Hashes führen, welche mit den passenden Nonces zu verpaaren sind. Erst dann können Blöcke in der Blockchain zusammengefasst werden, in der sämtliche Mining-Aktionen von allen Minern weltweit gespeichert werden. Jeder neu erstellte Block bedeutet neu geminte Bitcoins. Damit die limitierte Anzahl von 21 Millionen Bitcoins nicht zu schnell erreicht wird, wurde die sogenannte Difficulty eingeführt, um die Lösung der entsprechenden Rechenaufgaben und das Finden der Blöcke zu erschweren. Wäre das Mining zu leicht, würden die 21 Millionen Bitcoins zu schnell erstellt und ausgezahlt, was zu einer Inflation und einem verringerten Interesse an dieser Kryptowährung führen würde. 

Aufgrund der Mining Difficulty gelingt es Minern im Idealfall, alle 10 Minuten einen Block zu finden und in die Blockchain einzufügen. Die Realität sieht in der Regel jedoch anders aus. Daher stellt sich die Frage, ob sich Bitcoin Mining überhaupt noch lohnt. Antwort: Es kommt darauf an, welche Methode Interessierte wählen, um von dieser digitalen Währung zu profitieren.

Lohnt sich Bitcoin Mining am Heimrechner?

Miner, denen es gelungen ist, Hashes mit den passenden Nonces zu verpaaren, haben einen Block gefunden, der in die Blockchain eingefügt wird. Allerdings bedarf dieser Vorgang der Bestätigung, die durchschnittlich innerhalb von zehn Minuten erfolgt. Nutzer müssen entweder längere Wartezeiten oder höhere Gebühren für eine entsprechende Bestätigung in Kauf nehmen. Vor allem geringere Beträge werden erst nach mehreren Tagen bestätigt. Je höher die Rechenleistung ist, desto schneller kann das Mining auf der Grundlage des Verschlüsselungsalgorithmus erfolgen und desto schneller können gefundene Blöcke in die Blockchain integriert werden und desto mehr Bitcoins bekommen die Miner für ihre Leistung ausgezahlt. Regelmäßig müssen die Computer untereinander synchonisiert werden, um die Blockchain stets auf dem neuesten Stand zu halten. Dieser Vorgang verbraucht viel Rechenleistung, über die Heimcomputer in der Regel nicht verfügen. 

Mittlerweile existieren zahlreiche Mining-Farmen mit der entsprechenden Computerausstattung und Rechenleistung. Zu den erfolgreichen Mining Pools gehören BTC.com, SlushPool, AntPool und ViaBTC. Die generierten Bitcoins werden unter allen Beteiligten entsprechend aufgeteilt. Bitcoin Mining vom Heimrechner lohnt sich aufgrund der vorausgesetzten hohen Rechenleistung und dem Zeitaufwand nicht. Eine ideale Lösung besteht darin, sich einem Cloud Mining Pool anzuschließen. Bekannte Anbieter sind Genises Mining, Hashflare und IQ Mining. 

Bitcoin Trading

Privatanleger, die dennoch in Bitcoins investieren möchten, sollten sich dem Bitcoin Trading zuwenden. Diese Digitalwährung wird weltweit auf mehr als 400 Kryptobörsen gehandelt. Miner und interessierte Anleger können hier Bitcoins kaufen und verkaufen. Wie bei anderen Finanzinstrumenten liegt auch bei Bitcoins der Fokus darauf, das eigene Kapital gewinnbringend zu vermehren. Diese Kryptowährung zeichnet sich durch ihre hohen Volatilitätswerte, also durch deutliche Kursschwankungen sowohl nach oben als auch nach unten aus. Für den Bitcoin sprechen gute Gewinnmöglichkeiten. Wer die Geschichte des Bitcoins jedoch verfolgt hat, weiß, dass die Gewinne in den ersten Jahren astronomisch waren und regelrecht durch die Decke schossen. Verzeichneten Bitcoins in den Anfangsjahren noch einen vergleichsweise geringen Wert, konnten Anleger ein paar Jahre später Renditen von mehreren hundert Prozent realisieren. Kaufte ein Anleger einen Bitcoin 2013 zum Beispiel für 120 UDS, konnte er diesen 2017 für sagenhafte 20.000 USD verkaufen. 

Mit der Einführung von den gleichfalls erfolgreichen Digitalwährungen Ripple und Ethereum sowie mit der Verschiebung auf den Finanzmärkten hat Bitcoin in der Zwischenzeit jedoch auch deutlich an Wert verloren. Der Grund für diese Kursvolatilität liegt in dem nicht regulierten Handel mit Kryptowährungen. Kryptobörsen wie Anycoin oder BTC.com verfügen mittlerweile jedoch über entsprechende Authentifizierungsverfahren, um Betrug und Geldwäsche zu verhindern. Eine rechtliche Regulierung im klassischen Börsenhandel existiert bisher jedoch noch nicht. 

Blockchain

Die Blockchain dient als Journal, in dem jede einzelne Bitcoin-Transaktion gespeichert wird. Der Name deutet bereits die Beschaffenheit an, denn Blockchain bedeutet Blockkette, die aus zahlreichen Reihen von Datenblöcken besteht, in denen mehrere mit einer Prüfsumme versehene Transaktionen zusammengefasst werden. Die Prüfsumme überprüft die Integrität der eingehenden Daten. Die Transaktionen innerhalb eines Blocks werden durch einen Hash-Baum miteinander verbunden. Es handelt sich um eine in der Kryptografie verwendete Datenstruktur, mit der die Blöcke miteinander verkettet werden. Auf diese Weise entsteht ein kompletter Hash-Baum. 

Jeder Block innerhalb der Blockchain enthält im Header (Kopfzeile) den Hash des kompletten vorangegangenen Headers. Vereinfacht gesagt, enthält jeder Block innerhalb der Blockchain die kompletten Dateninformationen seines Vorgängers. Auf diese Weise ist das Manipulieren der einzelnen Blöcke und damit der Blockchain praktisch unmöglich. Anderenfalls müssten die bereits getätigten Transaktionen sämtlicher vorausgehender Blöcke neu berechnet werden. Der erste Block innerhalb dieser Datenkette wird als Genesisblock bezeichnet. Die Bitcoin Blockchain hat derzeit ungefähr die Größe von 262 GB. Für das Bitcoin Mining muss sie komplett heruntergeladen und überprüft werden, bevor neue Bitcoin Nodes beitreten können. 

Die Software enthält ferner eine integrierte Liste bekannter Blöcke aus der Vergangenheit, die mit der heruntergeladenen Blockchain übereinstimmen müssen. Die Historie sämtlicher getätigter Transaktionen ist bis zu den Anfängen nachvollziehbar. Mehrere Bitcoin Nodes können gleichzeitig neue gültige Blöcke erzeugen, sodass die Miner entscheiden, welchen dieser Blöcke sie übernehmen, meistens ist dies jedoch der erste empfangene Block innerhalb der Blockchain. Ferner ist eine Abspaltung (Fork) möglich, mit der Blockketten verzweigt und beide Entwicklungszweige mit neuen Blöcken ausgestattet werden. Die Abspaltung (Fork) mit der längeren Kette setzt jedoch irgendwann durch, da angenommen wird, dass hinter dieser Kette die Mehrheit der Miner steht. Der nicht genutzte Zweig wird wertlos. Die erste Transaktion des Blocks gibt Auskunft über die überwiesenen, neu erzeugten Bitcoins. Jeder Miner erhält derzeit 6,25 Bitcoins für das Auffinden und Erstellen neuer Blöcke innerhalb der Blockchain. Miner könnten versucht sein, mehr Bitcoins als zulässig zu erzeugen, um sich ungerechtfertigt zu bereichern. Diese nicht gestattete Transaktion wird von anderen Bitcoin-Nodes jedoch nicht akzeptiert. Die neu erzeugten Blöcke passen also nicht in die Blockchain. 

Bitcoin-Adresse

Anfangs wurden mit jedem Block 50 Bitcoins erzeugt. Alle 210.000 Blöcke halbiert sich diese Zahl, was einem Zeitraum von vier Jahren entspricht. Für das Minen ist nicht nur eine Bitcoin Wallet, sondern auch eine Bitcoin-Adresse notwendig. Diese entsteht durch das Erzeugen eines Schlüsselpaares über den Bitcoin-Client des Nutzers. Dieses Schlüsselpaar besteht aus einem privaten und einem öffentlichen Schlüssel. Der private Schlüssel signiert die ausgehenden Transaktionen, also die Auszahlungen von Bitcoins. Dieser Schlüssel ist vergleichbar mit der Unterschrift auf einer Überweisung. Mit dem Verlust des Schlüssels verlieren die Miner auch die bereits ausgezahlten Bitcoins. Der öffentliche Schlüssel berechnet sich auf der Grundlage des privaten Schlüssels und muss daher nicht gespeichert werden. Die einzelnen Transaktionen funktionieren ähnlich wie eine Banküberweisung. Die Bitcoin-Adresse ist vergleichbar mit der Konto- und IBAN-Nummer. Sobald eine Transaktion in die Blockchain aufgenommen wurde, ist eine Rückabwicklung nicht mehr möglich. 

Bitcoin Wallet

Wer Bitcoins minen, kaufen und verkaufen möchte, braucht eine Bitcoin Wallet, die mit einer realen Geldbörse vergleichbar ist. Da Bitcoin ein digitales Zahlungsmittel ist, wird auch das Bezahlen von Waren und Dienstleistungen über diese Wallet abgewickelt. Jedes Wallet hat eine eigene ID in Form einer Hexadezimalzahl, die auch als Wallet-Adresse bezeichnet wird. Diese Adresse sichert den Nutzern die entsprechende Anonymität in der Blockchain zu. Lediglich die Wallet-Adresse, die durchgeführten Transaktionen sowie die Empfängeradresse sind auf der Bitcoin-Blockchain sichtbar. Die Nutzer können zwischen der Desktop-Wallet, der Harware-Wallet, der Mobile-Wallet und der Web-Wallet wählen. Die Destop-Wallet läuft über den Desktop des Computers, die Mobile-Wallet wird auf dem Smartphone gespeichert, während die Web-Wallet lediglich über den Browser abrufbar ist. Die gehaltenen Bitcoins sind ausschließlich über den Server des Anbieters verfügbar. Eine Hardware-Wallet wird auf einem USB-Stick gespeichert, sodass die Bitcoins offline gehalten werden und daher besonders sicher sind vor Hackerangriffen. Ein verschlüsseltes Backup ermöglicht die Identifizierung und den Eigentumsnachweis an den gehaltenen Bitcoins, wenn die Wallet gestohlen oder gehackt wurde. 

Transaktionsgebühr

Für das Überweisen fällt eine Gebühr von mindestens 1.000 Satoshi an, was 0,00001 BTC entspricht. Diese Gebühr wird erhoben, um den Minern eine Belohnung für die abgewickelten Transaktionen zukommen zu lassen. Die Gebühren sollen gleichzeitig jedoch eine absichtliche Überlastung des Netzwerkes verhindern. Die Höhe der Gebühren berechnet sich jedoch nicht nach dem Wert der Bitcoins, sondern nach Transaktionsgröße in Bytes. Bis Mai 2020 wurden für jeden neuen Block 12,5 Bitcoins ausgezahlt, danach nur 6,25. 

Für Privatanleger lohnt sich Bitcoin Mining vom eigenen Rechner nicht, denn die Rechenleistung und die damit verbundenen Stromkosten sind zu hoch. Ferner sind Heimcomputer nicht leistungsfähig genug, um effizientes Mining zu ermöglichen. Interessierte Anleger sollten sich dem Bitcoin Trading über einen Online-Broker zuwenden, um von diesem nach wie vor renditestarken Finanzinstrument zu profitieren. 

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