Mining: So funktioniert das Schürfen nach Bitcoin

Der Boom und die innerhalb eines Jahres um mehrere tausend Prozent gestiegenen Kurse von Bitcoin, Ethereum und Co. locken Hobby-Spekulanten. Und wer nicht selbst Geld einsetzen will, macht es sich einfach selbst. Doch so einfach wie es klingt, ist das Schürfen nach Kryptowährungen (Mining) nicht. Hier erfahrt ihr, wie es funktioniert, was dahintersteckt und ob es Sinn macht selbst Miner zu werden.

Die Blockchain als Basis

Bevor erklärt werden kann, was Mining ist und warum man es braucht, muss man die Grundlage der Kryptowährungen kennen: die Blockchain. Bei Kryptowährungen werden Transaktionen in Blöcke zusammengefasst. Jeder Block hat einen Hashwert, eine Art Prüfsumme, der die Hashwerte der einzelnen Transaktionen enthält, sowie den Hashwert des vorigen Blocks.

Würde man versuchen zu betrügen, indem eine Transaktion manipuliert wird, würde das den Hashwert des Blocks und damit aller nachfolgenden Blöcke ändern. Außerdem weiß man so, wie viele Coins der Geschäftspartner hat, also ob er auch tatsächlich zahlungsfähig ist, da sich jede je getätigte Transaktion aufgrund der Hashwerte zurückverfolgen lässt.

Warum braucht man Mining?

Miner fungieren bei Währungen wie Bitcoin und Ethereum als Rechnungsprüfer. Sie bestätigen die Korrektheit der Transaktionen, treten also quasi als Zeuge auf, dass Person A der Person B wirklich zwei Bitcoins geschickt hat.

Ein Block enthält bei Bitcoin 1 MB Daten für Transaktionen. Je nachdem wie viele Informationen die Transaktionen enthalten, könnte in dem einen MB theoretisch nur eine Transaktion sein. Meistens sind es aber mehrere Hunderte.

Für dieses Verifizieren der Transaktionen erhalten sie als Belohnung die Gebühren der Transaktionen, die in diesem Block enthalten sind. Je nach Transaktionsvolumen liegt das derzeit zwischen 0,4 und 2 Bitcoin. Zusätzlich erhalten sie 12,5 Bitcoin für das Erstellen eines Blocks.

Wieso gibt es zwei Belohnungen?

Die Belohnung für das Erstellen des Blocks soll sicherstellen, dass möglichst viele Personen Mining betreiben. Das ist eine zusätzliche Sicherheitsmaße. Denn sollte ein Miner einen Block verifizieren, der fehlerhaft ist, was auf eine Manipulation hindeutet, stimmen alle Miner darüber ab, ob der Block akzeptiert wird. Desto mehr Rechenleistung ein Miner für das Erstellen von Blöcken aufwendet, desto größer ist sein Stimmrecht.

Da extrem viel Rechenleistung für das Erstellen eines Blocks nötig ist, ist es sehr unwahrscheinlich, dass ein einzelner Miner 51 Prozent der gesamten Rechenleistung im Bitcoin-Netzwerk hat. Hätte er diese, wäre eine sogenannte 51-Prozent-Attacke möglich. Bei dieser wird absichtlich ein manipulierter Block, zugunsten des Groß-Miners, bestätigt.

Die hohe Belohnung von 12,5 Bitcoin, was bei einem Kurs von 10.000 USD einem Wert von 125.000 US-Dollar entspricht, lockt viele Miner an. Viele verschiedene Miner bedeutet eine dezentrale Aufteilung der Rechenleistung. Dadurch wird es schwieriger, dass ein einzelner Miner die 51 Prozent erreicht.

Warum beträgt die Belohnung 12,5 Bitcoin?

Die Kommazahl ist auf dem ersten Blick eigenartig. Die Höhe der Belohnung wird alle 210.000 Blöcke halbiert. 2009 gab es 50 Bitcoin als Belohnung, im November 2012 kam der Cut auf 25. Seit Mitte 2016 sind es 12.5. Die nächste Halbierung wird voraussichtlich Mitte 2020 erfolgen. Auf bitcoinclock.com gibt es einen Countdown bis zum nächsten Cut.

Da durch das Belohnungssystem nur nach und nach neue Einheiten der Kryptowährung hinzukommen, wird eine starke Inflation verhindert. Theoretisch sollte es auch in die Gegenrichtung wirken: Mit dem steigenden Interesse an Bitcoin gibt es mehr User und dadurch mehr Nachfrage. Mehr angebotene Coins sollten die Nachfrage befriedigen und einen dramatischen Kursanstieg entgegensteuern. Dies hat aufgrund des Bitcoin-Hypes nicht ganz geklappt: Anfang 2017 war der Kurs bei unter 1.000 US-Dollar, im Dezember 2017 wurde die 20.000 US-Dollar-Marke geknackt.

Was passiert, wenn es keine Belohnung mehr gibt?

Zusätzlich zur Halbierung gibt es auch ein Limit für die Maximalmenge an schürfbaren Coins. Es wird 21 Millionen Bitcoin geben, danach gibt es keine Belohnungen für das Erstellen von Blöcken mehr. Dies wird voraussichtlich im Jahr 2140 passieren. Vermutlich werden im Jahr 2032 99 Prozent aller Bitcoin im Umlauf sein. Zu diesem Zeitpunkt wird die Belohnung auf weniger als ein Bitcoin pro Block gefallen sein.

Durch mehr Bitcoin im Umlauf wird voraussichtlich das Transaktionsvolumen höher sein. Dadurch kassieren die Miner mehr Bitcoin aus den Transaktionsgebühren und werden weiter schürfen und so die Blockchain am Leben erhalten.

Wie wird entschieden, welcher Miner die 12,5 Bitcoin bekommt?

Die eigentliche Aufgabe, das Verifizieren der Transaktionen in der Größe eines MB, dauert lediglich 0,2 bis 0,4 Sekunden und kann mit einem normalen Computer gemacht werden. Wieso wird also ständig vom hohen Rechenaufwand und Stromverbrauch beim Mining gesprochen?

Um die dezentrale Struktur von Bitcoin aufrecht zu erhalten und zu verhindern, dass es zur 51-Prozent-Attack kommt, treten die Miner gegeneinander an, um die Belohnung zu erhalten. Dieser Wettbewerb wird zwar gerne als „das Lösen mathematischer Rätsel“ bezeichnet, eigentlich ist es aber ein Ratespiel. Dieses Konzept heißt „Proof of Work“.

Der erste Miner, der die vorgegebene hexadezimale Nummer, genannt Target Hash, oder einen Wert darunter errät, ist der Sieger. Gibt es einen Gleichstand, entscheidet das Bitcoin-Netzwerk durch ein Mehrheits-Votum. Üblicherweise bekommt der Miner den Preis, der am meisten Rechenleistung investiert hat.

Nur ein Ratespiel?

Ja. Die Miner müssen eine Nonce („number only used once“) erraten, die bei Bitcoin 32 Bit groß ist. Die Nonce wird zu den bekannten Werten des erstellenden Blocks hinzugefügt. Das Gesamte wird dann neu gehasht. Entspricht das Ergebnis dem Target Hash oder liegt darunter: Bingo.

Die Chance die richtige Nonce zu erraten, wird durch den Schwierigkeitsgrad beeinflusst. Dieser Schwierigkeitsgrad richtet sich nach der gesamten Rechenleistung im Bitcoin-Netzwerk und wird alle 2.016 Blöcke angepasst. Gibt es weniger Miner und sinkt die Rechenleistung, sinkt der Schwierigkeitsgrad. Gibt es mehr Miner, steigt er. Von Jänner 2017 bis Jänner 2018 ist der Schwierigkeitsgrad um das Siebenfache gestiegen.

Der Schwierigkeitsgrad variiert, um eine durchschnittliche Zeit von zehn Minuten pro neuem Block aufrecht zu erhalten. Das Zehn-Minuten-Intervall wurde vom Bitcoin-Erfinder Satoshi Nakamoto festgelegt. Er ging bei der Konzeption von Bitcoin davon aus, dass es eine Minute dauert, bis alle Miner wissen, dass ein neuer Block geschaffen wurde und deshalb mit der Erschaffung des nächsten Blocks fortgefahren werden kann. Die eine Minute, in der sie unnötigerweise nach einem Block schürfen den es bereits gibt, entspricht beim Zehn-Minuten-Intervall einer Verschwendung von 10 Prozent der Rechenleistung des Netzwerks. Für Satoshi war das ein akzeptabler Wert.

Wieso benötigt das Schürfen so viel Energie?

Es gibt keine Möglichkeit die richtige Nonce vorherzusagen oder den Bereich der möglichen Antworten einzuschränken. Die einzige Möglichkeit um die Chancen beim Ratespiel zu erhöhen, ist möglichst schnell möglichst viele Antworten zu geben.

Um das zu erreichen, ist eine Hardware mit einer möglichst hohen Hash Rate nötig. Die Hash Rate wird in Einheiten wie Megahashes pro Sekunde (MH/s), Gigahashes pro Sekunde (GH/s) und Terahashes pro Sekunde (TH/s) gemessen. Und leistungsstarke Hardware verbraucht nun mal viel Energie.

Welche Hardware braucht man zum Bitcoin schürfen?

Vor dem Bitcoin-Hype hat eine gute CPU oder noch besser eine starke Grafikkarte genügt, um zu minen. Beim aktuellen Schwierigkeitsgrad ist das keine Option mehr, weshalb das CPU-Mining vom Bitcoin-Client gänzlich deaktiviert wurde. Auch Grafikkarten zum Mining zahlen sich für Bitcoin nicht mehr aus.

Die Miner setzen deshalb auf ASIC-Hardware. ASIC steht für Anwendungsspezifische integrierte Schaltung. Kurz gesagt: Es sind Chips, die nur für einen bestimmten Zweck hergestellt werden. Mit diesen schürft man sehr viel effektiver als mit Grafikkarten.

Ein Beispiel für einen durchschnittlichen ASIC-Bitcoin-Miner ist der AntMiner S9. Dieser enthält 189 Chips, hat eine Hash Rate von 13,5 TH/s und benötigt zum Betrieb 1300 Watt. Preis: Knapp 3000 US-Dollar, Netzteil nicht inbegriffen. Eingerichtet wird der ASIC-Miner, indem er per Ethernet-Kabel ans Netzwerk angeschlossen wird. Über die IP-Adresse des ASIC-Miner wird im Browser die Konfigurationsseite geöffnet und das Gerät eingerichtet.

Zahlt sich das überhaupt aus?

Nein. Alleine schürfen ist sinnlos, da die Chance als Erster die Lösung zu erraten sehr gering ist, wenn man nicht gerade vorhat mehrere 100.000 Euro in eine eigene ASIC-Mining-Farm zu investieren. Stattdessen schließt man sich einem Mining-Pool an. Diese funktionieren ähnlichen wie Spielgruppen beim Lotto, die zusammen Lose kaufen und dann den Gewinn teilen. Man steuert seine Rechenleistung dem Mining Pool bei. Findet der Pool einen Block, wird die Belohnung unter den Mitgliedern des Pools aufgeteilt.

Um zu berechnen, ob sich die Anschaffung lohnt, kann ein Online-Tool wie das von Cryptocompare genutzt werden. Ein S9 würde, berechnet mit einem durchschnittlichen Energiepreis in Wien, am Ende des Jahres etwa 4000 US-Dollar generiert haben (angenommener Bitcoin-Kurs von 12.000 USD). Umgerechnet sind das etwa 3200 Euro. Die Anschaffungskosten sind aber mit knapp 3000 Euro (3000 US-Dollar plus Zoll und Versand) ähnlich hoch, weshalb wenig Spielraum bleibt.

Steigen im Laufe des Jahres die Stromkosten, der Mining-Schwierigkeitsgrad oder die Provision für den Pool, könnte sich der ASIC-Miner im ersten Jahr nicht rentieren – und auch vielleicht in den Folgejahren nicht.

Macht es mehr Sinn Ether zu schürfen?

Ethereum nutzt, wie auch Bitcoin, ein Proof-of-Work-System. Der Algorithmus wurde aber ASIC-resistent gemacht. Das hat den Vorteil, dass man auch mit der GPU der Grafikkarte danach schürfen kann und keine spezielle Hardware benötigt. Hat man also bereits einen PC mit einer aktuellen Grafikkarte, etwa für Computerspiele, kann man diesen Tag und Nacht laufen lassen und Geld verdienen – theoretisch.

Das hat vor einigen Jahren so funktioniert, als der Ethereum-Kurs und der Schwierigkeitsgrad niedriger waren. Heute dominieren eigens gebaute Rigs mit mindestens sechs bis zwölf Grafikkarten. Voraussetzungen dafür sind ein Motherboard, das entsprechend viele Grafikkarten unterstützt, ein Netzteil mit genügend Leistung für die Gesamtmenge der Grafikkarten, CPU und RAM (muss nicht Highend sein, da für das Mining die GPUs genutzt werden). Weil die meisten Motherboards nicht für die Nutzung so vieler Grafikkarten ausgelegt sind, braucht man noch PCI-Riser und einen Rahmen für die Grafikkarten. Den Rahmen kann man fertig kaufen (ab ca. 100 Euro) oder aus Alustangen selbst basteln.

Als Betriebssystem kann Windows, Linux oder etwa EthOS genutzt werden, eine Linux-Distribution, die speziell für das Mining ausgelegt ist. Um mit dem Mining zu beginnen, muss noch die Software Geth installiert werden, die die Verbindung zur Blockchain herstellt. Die eigentliche Mining-Software, wie etwa Ethminer, Claymores Miner oder WinETH, muss ebenfalls installiert und konfiguriert werden. Wie bei Bitcoin wird üblicherweise einem Mining Pool beigetreten.

Ob sich das Mining für Ethereum auszahlt, kann auf Cryptocompare, Whattomine und Mycryptobuddy berechnet werden. Derzeit ist es rentabler Ethereum zu schürfen als Bitcoin, was sich aber durch Kursschwankungen ändern kann. Zudem ist es zurzeit schwierig schnelle Grafikkarten in ausreichender Stückzahl für ein Mining Rig zu bekommen, da der Kryptowährungs-Hype für einen Engpass gesorgt hat. Außerdem hat Ethereum angekündigt, den Algorithmus auf Proof of Stake umzustellen zu wollen.

Was ist Proof of Stake?

Wie ihr mittlerweile wisst, wird die gesamte Rechenleistung und der damit verbundene Energieaufwand für Bitcoin, Ethereum und andere Proof-of-Work-Kryptowährungen nur benötigt, um das System zu dezentralisieren und so eine 51-Prozent-Attacke zu verhindern. Es ist also eine reine Sicherheitsmaßnahme.

Bei Proof of Stake entfällt ein Großteil der nötigen Rechenpower. Der Algorithmus zur Auswahl der Person, die den nächsten Block erstellen darf, wird durch das Vermögen der Personen beeinflusst. Da es sich bei diesem Prozess nicht um Mining handelt, werden bei Proof of Stake Blöcke „geschmiedet“ oder „geformt“, es sind also Forger die Forging oder Minting betreiben.

Die Forger setzen ihr Coin-Vermögen als Einlage ein. Je mehr Coins im Wallet sind, desto höher ist die Chance einen Block zu schmieden. Als zusätzlicher Faktor kommt das Coin Age hinzu, also das Alter der Coins im Wallet. Je älter die Coins, desto höher die Wahrscheinlichkeit als Forger ausgewählt zu werden. Bei vielen Proof-of-Stake-Kryptowährungen muss das Coin Age mindestens 30 Tage betragen und die Chancen zu Forgen werden nicht mehr erhöht, wenn das Coin Age mehr als 90 Tage beträgt. Eine Transaktion und das erfolgreiche Schmieden eines Blocks setzen das Alter der Coins, die für das Forgen verwendet wurden, auf 0 zurück.

Hat Proof of Stake noch andere Vorteile?

Proof of Stake soll aus mehreren Gründen sicherer als Proof of Work sein. Verifiziert ein Forger eine manipulierte Transaktion in einem Block, verliert er seine Einlage. Um mit manipulierten Transaktionen davonzukommen, wäre wieder eine 51-Prozent-Attacke nötig. In diesem Fall müsste der Angreifer 51 Prozent der gesamten Coins der Kryptowährung besitzen, was sehr unwahrscheinlich ist.

Sollte die Manipulation oder der Diebstahl von Coins bekannt werden, würde das das Vertrauen in die Kryptowährung senken und sich negativ auf den Kurs auswirken. Da der Täter aber in diesem Fall der Mehrheitseigentümer der Währung ist, würde er sich so wieder selbst schaden, weil seine Coins plötzlich weniger wert sind.

Wie verdient man Coins mit Proof of Stake?

Die Funktion um Blöcke zu schmieden wird direkt im Wallet der Kryptowährung aktiviert. Zusätzliche Software ist nicht nötig. Wenn die Coins das Mindestalter erreicht haben, muss das Wallet geöffnet und der Computer online sein. Das Wallet muss zudem mit der Blockchain gesynct sein. Je nach Kryptowährung kann das mehrere Tage dauern. Wer sein Wallet also nur alle 30 Tage zum Forgen öffnen möchte, sollte es schon ab Tag 25 öffnen und online sein, damit es mit der Blockchain aufholen kann. Die Macher der Proof-of-Stake-Kryptowährungen empfehlen das Wallet immer online und für Forging aktiviert zu lassen, weil es so einen zusätzlichen Knotenpunkt (Node) im Netzwerk gibt, was die Sicherheit erhöht (weniger Chancen auf eine 51-Prozent-Attacke) und die Sync-Zeiten niedrig hält.

Bei den meisten Proof-of-Stake-Kryptowährungen werden keine neuen Coins als Belohnung für das Forgen eines Blocks kreiert, im Gegensatz zu Bitcoin. Die Coins werden meist als ICOs ausgegeben oder die Kryptowährungen starten mit Proof of Work und wechseln später zu Proof of Stake, wie das bei Ethereum angedacht ist. Stattdessen erhalten die User, die sich an Forging beteiligen, jährliche Zinsen. Je nach Kryptowährung betragen diese von 1 bis 20 Prozent. Quotient verspricht sogar bis zu 1618 Prozent, allerdings in Verbindung mit einer maximal möglichen Coin-Belohnung pro Block. Die jährliche Berechnung der Zinsen soll dafür sorgen, dass jemand mit wenig Glück beim Forgen (zB.: zwei Blöcke im Jahr) im Endeffekt dieselbe Belohnung erhält wie jemand, der jeden Monat einen Block schmieden konnte.

Bei manchen Proof-of-Stake-Kryptowährungen erhalten die Forger fürs Schmieden die Transaktionengebühren für die Transaktionen, die in diesem Block verifiziert wurden. Bei manchen, wie Peercoin, ist das aber nicht der Fall. Hier werden die Transaktionsgebühren vernichtet.

Wie sieht die Zukunft von Mining aus?

Die Zukunft von Mining ist mit dem Hype rund um Kryptowährungen verknüpft. Lässt das Interesse nach und fällt der Kurs drastisch, wird sich Mining womöglich nicht mehr lohnen, da die Hardware-Preise und Energiekosten gar nicht oder nur geringer fallen werden. Nimmt das Interesse aber wieder schlagartig zu und der Kurs steigt rasant, zieht das noch mehr Miner an, der Schwierigkeitsgrad wird nach oben angepasst und Mining könnte ebenfalls nicht mehr lukrativ sein.

Als Privatperson muss man also den Sweet Spot dazwischen finden und hoffen, dass der Schwierigkeitsgrad erst nach oben angepasst wird, nachdem man kräftig geschürft hat und dann auch noch der Kurs steigt, damit man gewinnbringend die geschürften Coins verkaufen kann.

Sollte Ethereum tatsächlich auf Proof of Stake umsteigen, könnte das richtungsweisend für die Branche sein. Allerdings werden viele Miner ihre Rigs vermutlich nicht abschalten, sondern andere Proof-of-Work-Kryptowährungen damit schürfen und hoffen, dass deren Kurs steigt. Dass Bitcoin jemals von Proof of Work zu einem anderen System wechselt, gilt derzeit eher als unwahrscheinlich. Vorher stirbt der Hype, vermuten Analysten.