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

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 Algorithmus, die zur Verifizierung der Buchungstransaktionen durch Kryptographie innerhalb der Kette des Transaktionsjournals (englisch: Blockchain) notwendig ist. Es ist essentiell, weil das Transaktionsjournal, welches 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 verhält sich so, als würde man auf einer Buchungsjournalseite unten rechts am Ende aller Buchungen die Seitensumme aller Transaktionen auf der Seite ausweisen und dann mit einem Siegel und einer Unterschrift versehen.

Eine neue Seite wird dann genau mit diesem Übertrag (Summe der davorliegenden Journalseite) und mit einem Verweis auf die vorherige Journalseite verbunden, sodass 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 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 Bankräuber 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 u.a. 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 Rechentätigkeit 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 zum heutigen Wert von 12,5 BTC pro Block. 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 Transaktionsgebühren, die als Reward auf den Proof-of-Work entfallen, derzeit allein nicht ausreichen würden. So mussten also Anreize geschaffen werden, 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. Die im Rahmen Ihrer Bankgeschäfte durch Buchungsgebühren generierten Einnahmen dienen der Bank, die Investitionen zu refinanzieren.

Wie bereits beschrieben: 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, sodass 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.

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