Mining und Proof of Work

Mining ist das Verfahren, mit dem Bitcoin entscheidet, wer den nächsten Block anhängt, und auf diesem Weg kommen neue Bitcoin in Umlauf. Miner konkurrieren, indem sie Rechenleistung in ein Rätselraten stecken. Diese Lektion erklärt das Rätsel und warum es das Netzwerk schützt.

Die Aufgabe der Miner

Ein Miner sammelt wartende Transaktionen in einem Kandidatenblock und prüft, ob sie den Regeln entsprechen. Das Netzwerk nimmt diesen Block erst an, wenn der Miner einen Wettbewerb gewinnt.

Das Rätsel

Der Miner fügt dem Block eine Zahl hinzu, die Nonce, und berechnet den Hash. Die Regel lautet: Der Hash des Blocks muss unter einem vom Netzwerk festgelegten Zielwert liegen. Hashes sind unvorhersehbar, eine Abkürzung gibt es also nicht. Der Miner ändert die Zahl und versucht es erneut.

Im ganzen Netzwerk stellen Mining-Maschinen jede Sekunde Hunderte Trillionen solcher Versuche an. Der erste Miner mit einem gültigen Hash verbreitet den Block, und jeder andere Node kann ihn mit einer einzigen Rechnung prüfen. Schwer zu erzeugen, leicht zu prüfen: Das ist Proof of Work, der Arbeitsnachweis.

Die Belohnung

Der siegreiche Miner erhält neu geschaffene Bitcoin plus die Gebühren der Transaktionen im Block. Nur so entstehen neue Bitcoin. Seit April 2024 beträgt der neu geschaffene Teil 3,125 Bitcoin pro Block, und Lektion 5 erklärt, wie er schrumpft.

Die Schwierigkeit hält zehn Minuten Abstand

Kämen mehr Miner hinzu, würden Blöcke schneller eintreffen. Deshalb passt das Netzwerk alle 2.016 Blöcke, also etwa alle zwei Wochen, den Zielwert an, damit der Durchschnitt wieder bei zehn Minuten liegt. Mehr Mining-Leistung macht das Rätsel schwerer. Sie erzeugt nicht mehr Bitcoin.

Warum das Netzwerk dadurch sicher ist

Um die Geschichte umzuschreiben, müsste ein Angreifer den Arbeitsnachweis für den geänderten Block und alle folgenden neu erbringen. Dann müsste er die ehrliche Kette überholen, was mehr Rechenleistung erfordert als der ganze Rest des Netzwerks zusammen. Das nennt man oft einen 51-%-Angriff.

Bei Bitcoin schrecken die Kosten für Maschinen und Strom ab. Kleinere Proof-of-Work-Coins sind leichtere Ziele: Forscher des MIT haben dort seit 2019 mehr als 40 tiefe Umschreibungen der Kette gezählt.

Der Preis: Energie

Proof of Work verbraucht bauartbedingt viel Strom, und das ist der Hauptkritikpunkt. Forscher aus Cambridge schätzten, dass Bitcoin-Mining 2023 rund 120 Terawattstunden verbrauchte, zwischen 0,2 % und 0,9 % des weltweiten Strombedarfs. Gemined wird heute mit Spezialmaschinen, meist in großen Anlagen, von Minern, die sich zu Pools zusammenschließen und die Belohnungen teilen.

Andere Netzwerke sichern sich anders ab. Ethereum stellte im September 2022 auf ein Verfahren namens Proof of Stake um und senkte damit seinen Energieverbrauch um etwa 99,95 %. Lektion 8 erklärt es.