Mining Serie Teil 1: Was ist Mining und wie funktioniert es?

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Im Begriffsraum von Kryptowährungen hört man immer mal etwas vom Schürfen (englisch: Mining). Oft wird es als Domäne von Technikfreaks abgetan, allerdings ist das Mining ein technisch sehr wichtiger Bestandteil der meisten Kryptowährungen und durchaus zugänglich für jedermann.

Was ist Mining?

Als Mining bezeichnet man eine Tätigkeit zur Errechnung von Zufallswerten (englisch: Hash) auf Basis eines Logarithmus, die zur Verifizierung der Buchungstransaktionen durch Kryptographie innerhalb der Kette des Transaktionsjournals (englisch: Blockchain) notwendig ist. Es ist essentiell, weil das Transaktionsjournal, was in der Blockchain gespeichert wird, dezentral von vielen (anonymen) Knotenrechnern (englisch: Node) eines Zahlungsnetzwerks gespeichert und archiviert wird. Die Nodes speichern Transaktionen und bestätigen diese gegenüber dem Netzwerk.

Daher muss jeder Block mit einem kryptographischen Hashwert begonnen werden, um Gültigkeit zu erlangen. Dies ist ähnlich, als wenn man einer Buchungsjournalseite unten rechts am Ende aller Buchungen die Seitensumme aller Transaktionen auf der Seite auswirft, dann mit einem Siegel und einer Unterschrift versieht.




Eine neue Seite wird dann genau mit diesem Übertrag (Summe der davorliegenden Journalseite) und mit einem Verweis auf die vorherige Journalseite verbunden, so dass hier keine Änderungen möglich werden bzw. die Journalseiten mit gebuchten Transaktionen, nicht mehr nachträglich verändert werden können.

Zudem ergibt sich so eine sequentielle und temporäre Reihenfolge der Transaktionen, die ebenfalls nach Beendigung eines Blocks für immer dezentral von allen Nodes archiviert wird. Somit ist das Mining eigentlich ein dauerhafter Vorgang zur Verifizierung von Transaktionsseiten. Die nachfolgende Abbildung zeigt vereinfach dargestellt, wie das Mining funktionieren kann:

Warum benötigt man das Mining bei Kryptowährungen?

Wie bereits zuvor erwähnt, dient das Mining primär einer Absicherung der Blockchain, also unserer bestätigten Transaktionen, durch Kryptographie. Da alle Kryptowährungen ein laufendes Journal (englisch: Ledger) benötigen, ist es wichtig, dass dieses Journal unveränderlich ist, da es ja dezentral gespeichert wird.

Alle Knotenrechner einer Kryptowährung müssen dasselbe Journal speichern, um gemäß bestätigter Transaktionen die verfügbaren Kontostände der einzelnen Geldbörsen (englisch: Wallets) berechnen zu können. Nur hierdurch kann das Problem der doppelten Ausgabe von Kryptowährungen durch gleiche Inhaber verhindert werden (englisch: Double Spent Problem).

Damit die Berechnung der Geldbörsenbestände durch einen nachträglichen Eingriff in die Transaktionen nicht verändert werden kann, müssen alle Transaktionsseiten so aufwendig kryptographisch gesichert werden. Daher werden Verschlüsselungsalgorithmen eingesetzt, die einen solchen Angriff zum derzeitigen Stand der Technik unwirtschaftlich bzw. viel zu zeitaufwendig machen.

Kurz gesagt, die Bank hat so viel Wachpersonal, dass eine Gruppe Krimineller ein Heer von Bankräubern einsetzen müsste, um Geld aus der Bank zu erbeuten. Nach Aufteilung der Beute unter allen Bankräubern, überwiegt das Risiko aus dem Banküberfall als der wirtschaftliche Erfolg aus der Beute.

Wie kann man mit Mining Geld verdienen?

Kryptographie benötigt entsprechend viel Rechenleistung. Bei der Errechnung von Hashwerten als Basis der Kryptographie werden mittlerweile von der meisten Software nur noch spezialisierte Hardware effektiv eingesetzt.

Das liegt zum einen am stetig steigenden Schwierigkeitsgrad, da ein Hashwert nur einmal eingesetzt werden kann (wie ein Primär Key in einer Datenbanktabelle). Das heißt, dass bei jeder Neueröffnung einer Journalseite, also Blocks, ein entsprechend der Formel des Algorithmus gültiger eindeutiger (also niemals bisher benutzter Hashwert) gefunden werden muss. Dieser Aufwand der Miner (englisch: Proof-of- Work) wird mit einer Belohnung (englisch: Reward) verbunden. Sie dient also der Bezahlung der dezentralen Rechen-Tätigkeit für das Kryptowährungsnetzwerk und ist durch den in der Software ausgeführten Code geregelt.




Außerdem werden durch Mining weitere Einheiten der Währung „erzeugt“. Der Reward dient zum einen der Bezahlung von Rechenleistung für das Netzwerk und vergrößert zum anderen die Menge der Zahlungseinheiten einer Kryptowährung. Es gibt allerdings auch Währungen, die auf das Erzeugen von neuen Kryptowährungen verzichten, da die Gesamtmenge gleich zu Beginn erzeugt wurden, z.B. bei Ripple.

Am Beispiel von Bitcoin, den wohl jeder kennt, lag der Reward zu Beginn im Jahre 2009 bei 50 Bitcoins (BTC) pro Block, der mit einem gültigen Hashwert begonnen wurde. Im Jahr 2012 waren es nur noch 25 BTC und es halbierte sich nach dem Software-Code für den Bitcoin weiter bis auf 12,5 BTC pro Block derzeit. Dieser Zustand ist gewollt, da der Bitcoin beispielsweise auf 21.000.000 Einheiten begrenzt ist.

Beim Bitcoin halbiert sich der Reward alle 210.000 Blocks, was wohl im Juni 2020 der Fall sein wird (siehe: http://www.bitcoinblockhalf.com). Dabei werden derzeit rund 1.800 BTC pro Tag für den Proof-of-Work der Miner ausgeschüttet. Aufgrund des rasanten Anstiegs des Bitcoin Kurses, lassen sich somit große Teile des Aufwands und der Investition zur Absicherung des dezentralen Zahlungsnetzwerks auch erwirtschaften, da die anfallenden Transaktions-gebühren, die als Reward auf den Proof-of-Work entfallen, dafür derzeit allein nicht ausreichen würden. Man musste also Anreize setzen, damit ein Netzwerk wachsen kann. Dies ist als Konzept beim Bitcoin durchaus gelungen.

Man kann es ebenfalls damit vergleichen, wenn eine Bank Investitionen in Ihre IT-Infrastruktur tätigt, um dann im Rahmen Ihrer Bankgeschäfte durch Buchungsgebühren Einnahmen zu generieren hat, um die Investitionen zu refinanzieren.

Wie gesagt, das Finden von Hashwerten ist eine intensive Rechenleistung und wird derzeit im Großteil von sogenannten Pools, also einer Art Miner-Kooperation, geleistet. Hierbei sind sehr viele Miner Teil eines Pools und müssen sich den Reward bei Ausschüttung teilen (englisch: Share). Eine verlässliche und stabile Transaktionsgeschwindigkeit in einem Zahlungsnetzwerk mit erheblich wachsender Transaktionsanzahl, benötigt also viele Miner. Beim Bitcoin wird alle 10 Minuten ein Block geschlossen, so dass eine Transaktion eigentlich bis dahin von anderen Nodes bestätigt werden sollte, um Gültigkeit zu erlangen.


Teil 2 der Mining Serie erscheint am 12.01.2018. Thema sind dann die verschiedenen Kryptoalgorithmen, am Beispiel von Bitcoin, Ethereum und Co.

7 KOMMENTARE

  1. Was passiert eigentlich wenn irgendwann einmal alle 21 mio. BTC generiert sind und wie lange wird das voraussichtlich dauern?

    Viele Grüße
    Tom

    • Wenn alle Bitcoins geschürft werden bestimmt Angebot und Nachfrage den Wert. Weiterhin ist es nicht vorhersehbar wann alle BTC generiert sind. Wenn die Blockzeit bei 10 Minuten bleibt könnt 2130 einge realisitische Zahl sein (laut Schätzungen!).

    • Hallo,
      da ich mehr mit professionellen Mining-Hard- und Software bisher zu tun habe, musste ich heute einmal etwas mehr dazu recherchieren. Generell gehe ich davon aus, dass Du Deinen HomePC mit der von Minergate angebotenen Software bestücken willst und kein Cloud Mining betreibst. Ich denke, dass Du damit keine schlechte Wahl getroffen hast. Die Übersicht bei der Software ist ordentlich, die Fees sind im Rahmen. Installation (das werde ich heute Nacht einmal nachholen), scheint auch einfach. Mit negativen Folgen für die Nutzung des PCs ist allgemein nicht zu rechnen.
      Das sage ich mit aller Vorsicht, die jeder -auch Techniker- walten lassen muß, wenn Mining Software auf einem Produktivrechner eingesetzt wird. Backups (täglich) sind da unbedingt zu empfehlen, sollte die Software bzw. dessen Dauereinsatz einmal das nicht dafür ausgelegte PC-System und die GPU überfordern. Sobald ich mehr zu diesem Thema sagen kann, werde ich es gern zum Schluß der Mining Serie (immer Samstags!) gern nochmals vertiefen.
      Wäre die Frage damit beantwortet?

    • Hallo nochmals,
      habe versprochen, mich mit praktischen Erfahrung zu Minergate zurück zu melden. Zuerst einmal habe die Windows Version auf einem nicht so ausgelasteten Server (Typ: HP SE 326 M1 R2, 2x Intel XEON Quad Core, L5630 (2.13 Ghz/s)) installiert. Hierfür kann natürlich die WIN7 / 64 Variante des angebotenen Miners genutzt werden. Dieser Server dient bei uns als Hyper-V Replizierungsmaschine, d.h. er hat durchaus etwas Last. Habe somit von 16 Cores nur 10 zum Monero Mining eingestellt und erreiche bei der „alten“ Kiste rund 200 H/s. Das ergab nun nach ca. 1,5 Tagen (seitdem 10.01. 21:00 aktiv) = rund 0,55 Euros. Sofern Ihr die für Monero geführte Liste zum CPU Mining (http://monerobenchmarks.info/) nutzt, werdet Ihr sehen, dass dieser Server und dessen CPUs nicht die besten Ergebnisse aufgrund der Architektur bringen kann. Daher möchte ich Minergate nicht für das Ergebnis verantwortlich machen.
      Ich werde den Test mit weiteren „alten“ Schätzchen einmal weiterführen und berichten…

  2. Versteh ich das richtig, das derjenige der als erstes einen Block Findet bzw. das Hash retzel als erstes gelöst hat, die 12,5 BTC bekommt + alle Transaktionsgebühren die über diesen Block laufen ?

    mfg Dado

    • Hallo Dado,
      ja, das ist in der Tat so. Derzeit sind es nach der Softwaresteuerung für den Bitcoin noch 12,5 BTC plus die jeweiligen Transaktionsfees. Diese richten sich daran, was die Personen, die die Tranakstionen bestätigt haben wollen, dafür ausgeben können und wollen. Je mehr, je früher werden diese im Netzwerk bestätigt (also in einem freien Block aufgenommen). Der Hashwert, der gefunden werden muß, ist der Beginn des Blocks und bestätigt damit, dass er als „temporärer“ Block bereits verfiziert ist und die Transaktionen von den anderen Nodes später auch verifiziert werden. Bis dahin ist jede Überweisung in dem Netzwerk wie vorläufig zu sehen. Erst, wenn der Block 10 Minuten alt ist bzw. seine Speicherkapazität an Transaktionen erreicht hat, wird dieser geschlossen. Schaue bitte einmal auf diesen Link: https://bitinfocharts.com/de/bitcoin/ . Hier findest Du eine interessante Statistik zu einem aktuellen Block und dessen Gesamtreward, siehe „Belohnung pro block 12.50+3.65 BTC ($156,730.94 USD)“. Es gibt auch weitere interessante Statistiken, ist besser als beim Bundesamt für Statisktik (www.destatis.de).
      Hier findest (http://www.bitcoinblockhalf.com/) Du den wahrscheinlichen Zeitpunkt, wann der Blockreward wieder halbiert wird, das geschieht alle 210000 Blöcke per Software automatisch, damit sich die Coinanzahl zum Schluss nur geringer vermehrt. Aber Vorsicht: Solo-Mining ist wie Lotterie spielen! Dafür müssen technisch vorab ein paar Dinge erfüllt sein. Komme später in dieser Reihe darauf nochmals zurück. Hoffe, es sind alle Unklarheiten beseitigt? (-;

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