Bitcoin Mining Unplugged: Wie es wirklich funktioniert

Bitcoin-Mining erklärt

Du weißt doch schon, was Mining ist, oder? Es ist ganz einfach der Prozess, bei dem mithilfe spezieller Mining-Hardware neue Kryptowährungen geschaffen werden. Das Gleiche gilt für das Bitcoin-Mining: Auch dabei handelt es sich um einen Prozess, bei dem mithilfe hochspezialisierter und speziell entwickelter ASIC-Miner neue Bitcoins generiert werden.

Sobald die Bitcoin-Miner die mathematischen Rätsel gelöst haben, erhalten sie höhere Belohnungen, und das Mining schützt Bitcoin zudem vor Angriffen wie Double-Spending oder anderen böswilligen Angriffen.

Die Verifizierung ist ein wesentlicher Bestandteil, der überall die Sicherheit fördert, nicht wahr? Selbst beim Bitcoin-Mining überprüfen die Miner neue Transaktionen, bevor sie diese in das Hauptbuch aufnehmen.

Ein neuer Block wird im Durchschnitt alle 10 Minuten abgebaut. Sobald ein Block in die Blockchain hochgeladen ist, ist die Transaktion bestätigt.

Funktionsweise des Bitcoin-Mining

Bitcoins werden nicht wie Dateianhänge in einer E-Mail gesendet und empfangen. Bitcoins enthalten öffentliche Adressen, und zu dieser öffentlichen Adresse gehört ein privater Schlüssel, mit dem der Miner neue Transaktionsanfragen digital signieren kann.

Wussten Sie, dass es Datenquellen gibt, die alle bisher in der Blockchain stattgefundenen Transaktionen enthalten? Auf der Grundlage dieser früheren Transaktionen werden ausschließlich die neuen Bitcoin-Mining-Transaktionen durchgeführt.

So wie die Bankbehörden Ihre Unterlagen auf Anfrage prüfen, achten auch die Miner bei Bitcoin-Transaktionen zunächst auf zwei Dinge. Zunächst überprüfen sie die von Ihnen bereitgestellten digitalen Signaturen, da diese bestätigen, dass Sie der Empfänger der Daten sind.

Zweitens überprüfen sie, ob du diese Eingaben nicht bereits verwendet hast. Um diese zweite Prüfung abzuschließen, suchen Miner in einer öffentlich zugänglichen Datenbank, der sogenannten Blockchain, nach Informationen, ob diese bereits in einer Transaktion verbraucht wurden oder noch verfügbar sind.

Jedes an das Bitcoin-Netzwerk angeschlossene System verfügt über eine Kopie der Blockchain-Transaktionen.

Die Miner sind für die Aufrechterhaltung der Sicherheit des Netzwerks verantwortlich, da sie die Identität der Kunden überprüfen und prüfen sowie nachweisen, dass der Kunde über die erforderlichen Geldbeträge zur Abwicklung der Transaktion verfügt.

Wenn alles stimmt, fügt der Miner die Transaktion seiner Liste aller legitimen Transaktionen hinzu, die in den letzten mehreren Minuten getätigt wurden.

Alle paar Minuten wird ein einzelner Miner ausgewählt, um einen Block oder seine Liste zur Haupt-Blockchain hinzuzufügen und den öffentlichen Datensatz zu aktualisieren.

Abgesehen davon gibt es noch einige wichtige Aspekte beim Bitcoin-Mining, die mit Nonces, Knoten und Anreizen für Miner zu tun haben.

Lassen Sie uns dies im nächsten Abschnitt detailliert besprechen, um zu erfahren, wie sie alle zusammenarbeiten, um einen reibungslosen Ablauf zu gewährleisten.

Verfahren und Komponenten des Bitcoin-Bergbaus

Im Folgenden sind die wesentlichen Parameter von Bitcoin aufgeführt, die für dessen Funktion erforderlich sind. Sehen wir uns diese im Detail an.

Nonce

Miner ändern ein 32-Bit-Feld, das als Bitcoin-Nonce bezeichnet wird, während sie an neuen Blockchain-Blöcken arbeiten.

Bergleute nutzen diese Zufallszahl, um sicherzustellen, dass jeder Block einen eindeutigen Hash oder eine elektronische Signatur hat.

Miner erraten die verschiedenen Antworten, um diejenige zu finden, die einen gültigen Block erzeugt, indem sie den Nonce ändern, was den Hash des Blocks verändert.

Der Nonce ist die einzige unbekannte Komponente beim Bitcoin-Mining; alle anderen Eingaben des Hash-Algorithmus sind vorhersehbar.

Das Raten erfolgt durch die Miner mithilfe der Bitcoin-Knoten im Proof-of-Work-Konsens.

Der SHA-256-Algorithmus unterstützt die Auswahl des Nonce. Bei richtiger Ermittlung werden die Miner mit einer Blockprämie von Bitcoin belohnt, die alle zehn Minuten ausgezahlt wird.

Ungewöhnlicherweise werden zwei Miner für einen bestimmten Block niemals denselben Hash generieren, da jede Nonce effektiv eine Zufallszahl ist. Wenn daher ein Miner eine Lösung entdeckt, können die anderen sie schnell bestätigen und den Block an die Kette anhängen.

Der Nonce wird auch zur Abwehr des “51%-Angriffs" eingesetzt. Dabei handelt es sich um eine ausgewählte Gruppe von Minern, die mehr als die Hälfte der Rechenleistung des Netzwerks kontrollieren und die Blockchain potenziell zu ihrem Vorteil manipulieren können.

2. Knoten

Computer, auf denen die Bitcoin-Software läuft und die mit dem Bitcoin-Netzwerk verbunden sind, werden als Bitcoin-Knoten bezeichnet. Bitcoin-Knoten übertragen, verarbeiten, speichern und verifizieren Transaktionen mit Bitcoin.

Bitcoin-Transaktionen werden gebündelt und in Einheiten gespeichert, die als Blöcke bezeichnet werden. Daher stammt auch der Begriff “Blockchain”: Frühere Transaktionen werden in miteinander verbundenen Blöcken gespeichert.

Die Knoten müssen bestätigen, dass die Transaktionen in einem Block legitim sind, bevor der Block zur Blockchain hinzugefügt wird.

Bei dieser Überprüfung wird festgestellt, ob ein Absender tatsächlich über den Bitcoin verfügt, den er zu senden versucht, und ob derselbe Bitcoin bereits ein zweites Mal ausgegeben wurde (Doppelausgabe).

Konsens ist der Prozess, durch den verschiedene Knoten zu einer Einigung über die Legitimität eines Blocks (und aller darin enthaltenen Transaktionen) gelangen, bevor der Block zur Blockchain hinzugefügt wird.

Da Bitcoin ein Peer-to-Peer-Zahlungssystem ist, gibt es keine Vermittler oder Dritte, die dem gesamten Netzwerk Konsensregeln auferlegen könnten. Die Knoten müssen sich untereinander einigen. Dazu nutzen sie das Bitcoin-Programm.

Die Bitcoin-Software enthält neben den Richtlinien für das Protokoll auch eine vollständige Kopie der Bitcoin-Blockchain.

Sobald ein Knoten das Bitcoin-Netzwerk heruntergeladen hat und sich damit verbunden hat, erhält er somit Zugriff auf die gespeicherten Transaktionsdaten sowie auf einen Regelkatalog zur Transaktionsüberprüfung – genau wie alle anderen Bitcoin-Knoten.

3. Anreize für Miner

Blockbelohnungen sind ein Mechanismus, der dazu dient, das Bitcoin-Mining zu fördern. Angesichts der bevorstehenden Halbierung der Blockbelohnung wird es jedoch unerlässlich, nach alternativen Strategien zu suchen, um Miner dazu zu motivieren, die Sicherheit des Netzwerks aufrechtzuerhalten.

Es gab neben den Transaktionsgebühren auch andere Vorschläge für Ersatzwerte oder zusätzliche Anreize für die Blockbelohnung.

Die Reaktion der Gemeinschaft auf diese Vorschläge war zwiespältig, da sie sowohl Vorteile als auch Nachteile bieten.

Während einige argumentieren, dass dies zu einem dezentraleren Netzwerk führen könnte, sind andere besorgt über die möglichen Nachteile, die sich aus der Abhängigkeit von Transaktionsgebühren ergeben.

Täglich werden im Bitcoin-Netzwerk Tausende von Transaktionen verarbeitet, was einem Durchschnitt von vier Transaktionen pro Sekunde entspricht. Diese Transaktionen werden in Blöcken verarbeitet.

Bis zu 1 Megabyte an Transaktionen kann in jedem Block getätigt werden, was bedeutet, dass es entweder eine einzelne Transaktion oder Hunderte davon geben kann.

Miner erhalten Anreize als Vergütung für die Handhabung dieser Transaktionsblöcke. Neue Bitcoins, die in das Netzwerk freigegeben werden, werden als Blockanreize für Miner verwendet.

Dieses Belohnungssystem ist so ausgelegt, dass sich die Gesamtbelohnung nach jeweils 210.000 abgebauten Blöcken – was insgesamt bis zu vier Jahre dauert – halbiert. Dies ist ein strategischer Schritt, um das Gesamtangebot zu einem bestimmten Zeitpunkt zu steuern und so den Wert der Kryptowährung zu sichern.

Für Miner stellt die Blockbelohnung einen klaren finanziellen Anreiz dar. Sie können die beträchtliche Summe von Bitcoin, die sie durch das Lösen eines Blocks erhalten, entweder behalten oder gegen Fiat-Geld verkaufen. Darüber hinaus kann die Blockbelohnung dazu verwendet werden, mit dem Mining verbundene Kosten wie Strom und Ausgaben für die Ausrüstung zu decken.

Aber auch das Bitcoin-Netzwerk als Ganzes profitiert von der Blockbelohnung. Die Zuverlässigkeit und Sicherheit der Blockchain nehmen zu, je mehr Miner ihre Rechenleistung in das Netzwerk einbringen.

Dies steigert folglich die Attraktivität von Bitcoin für potenzielle Nutzer und Investoren.

Warum sollte man Bitcoin minen?

Es klingt fast zu schön, um wahr zu sein, wenn wir sagen, dass niemand nur wegen der Belohnungen oder des Geldes minet, oder? Die meisten Leute investieren ihre Zeit und ihr Geld in die Mining-Ressourcen von Bitcoin, um im Gegenzug höhere Belohnungen zu erhalten.

Es ist außerdem bekannt, dass sich die Bitcoin-Belohnungen alle vier Jahre halbieren. Im Jahr 2009 betrugen die BTC-Belohnungen 50 BTC, im Jahr 2012 halbierten sich die Belohnungen auf 25 BTC, im Jahr 2016 halbierten sich die BTC-Belohnungen auf 12,5 BTC und im Jahr 2020 sanken die Belohnungen auf 6,24.

Im April 2024 wurden die Mining-Belohnungen für Bitcoin auf 3,125 BTC gesenkt. Die Möglichkeit, Bitcoin zu schürfen, nimmt mit dem Eintreten des Halvings ab, und das Mining gewinnt umso mehr an Bedeutung, je langsamer sich das Angebot an neuen Bitcoin verringert.

Es wird davon ausgegangen, dass bis zum Jahr 2140 kein Platz mehr für die Schaffung weiterer Bitcoins vorhanden sein wird.

Das Bitcoin-Mining ist zudem entscheidend, um das hartnäckige Problem der doppelten Ausgabe zu beseitigen.

Lassen Sie uns anhand eines Beispiels verstehen, was doppelte Ausgabe bedeutet. Nehmen wir an, Andrew besitzt $10 und gibt es an Jack weiter. Könnte Jack sicher sein, dass er den Betrag tatsächlich erhalten hat und es sich nicht um eine Fälschung handelt? Im realen Leben wäre dies der Fall, in der virtuellen Welt ist dies jedoch nicht so.

In der Realität müsste Andrew physische Gegenstände wie Tinte, Papier, Maschinen usw. beschaffen, um eine überzeugende Nachbildung von $10 anzufertigen. In der Praxis lässt sich dies jedoch mit einigen wenigen Techniken und Werkzeugen problemlos und zu deutlich geringeren Kosten bewerkstelligen.

Ebenso ist auch Bitcoin anfällig für solche Probleme der doppelten Ausgabe; da die Transaktionsdaten von Bitcoin auf allen Knoten gespeichert sind, lassen sich solche Probleme jedoch vermeiden, was das Bitcoin-Mining wichtig macht.