Zusammenfassung

• Krypto-Mining verifiziert und validiert Blockchain-Transaktionen. Es bezieht sich auch auf den Prozess der Schaffung neuer Kryptowährungseinheiten.

• Obwohl die Arbeit der Miner intensive Rechenressourcen erfordert, trägt sie dazu bei, die Sicherheit eines Blockchain-Netzwerks zu gewährleisten.

Was ist Krypto-Mining?

Krypto-Mining gewährleistet die Sicherheit und Dezentralisierung von Kryptowährungen wie Bitcoin, die auf dem Konsensmechanismus Proof of Work (PoW) basieren. Beim Mining handelt es sich um den Prozess, bei dem Transaktionen überprüft und dem öffentlichen Blockchain-Ledger hinzugefügt werden. Daher ist das Mining ein grundlegendes Element, das es Bitcoin ermöglicht, ohne die Notwendigkeit einer zentralen Behörde zu funktionieren.

Bergbaubetriebe sind auch dafür verantwortlich, Münzen zum bestehenden Umlaufangebot hinzuzufügen. Allerdings folgt das Kryptowährungs-Mining einer Reihe fest codierter Regeln, die den Mining-Prozess regeln und verhindern, dass jemand willkürlich neue Münzen erstellt. Diese Regeln sind in die zugrunde liegenden Kryptowährungsprotokolle integriert und werden auf das gesamte Netzwerk aus Tausenden von Knoten angewendet.

Um neue Einheiten der Kryptowährung zu erstellen, nutzen Miner ihre Rechenleistung, um kryptografische Rätsel zu lösen. Der erste Miner, der das Rätsel löst, hat das Recht, einen neuen Transaktionsblock zur Blockchain hinzuzufügen und ihn an das Netzwerk weiterzugeben.

Wie funktioniert Kryptowährungs-Mining?

Wenn neue Transaktionen auf der Blockchain durchgeführt werden, werden diese an einen Pool namens Speicherpool gesendet. Die Aufgabe eines Miners besteht darin, die Gültigkeit dieser ausstehenden Transaktionen zu überprüfen und sie in Blöcken zu organisieren.

Sie können sich einen Block als eine Blockchain-Ledger-Seite vorstellen, auf der eine Reihe von Transaktionen (zusammen mit anderen Daten) aufgezeichnet werden. Genauer gesagt ist ein Mining-Knoten dafür verantwortlich, unbestätigte Transaktionen aus dem Speicherpool zu sammeln und sie in einem Kandidatenblock zusammenzufassen.

Der Miner wird dann versuchen, diesen Kandidatenblock in einen gültigen und bestätigten Block umzuwandeln. Um dies zu erreichen, muss der Miner ein komplexes mathematisches Problem lösen, das viele Rechenressourcen erfordert. Für jeden erfolgreich geschürften Block erhält der Miner jedoch eine Blockbelohnung bestehend aus den neu erstellten Kryptowährungen plus Transaktionsgebühren. Mal sehen, wie es funktioniert.

Schritt 1: Transaktions-Hashing

Der erste Schritt beim Mining eines Blocks besteht darin, ausstehende Transaktionen aus dem Speicherpool zu entnehmen und sie einzeln durch eine Hash-Funktion zu leiten. Jedes Mal, wenn ein Datenelement die Hash-Funktion durchläuft, wird eine Ausgabe fester Größe, genannt Hash, generiert.

Beim Mining besteht der Hash jeder Transaktion aus einer Reihe von Zahlen und Buchstaben, die als Kennung dienen. Der Transaktions-Hash repräsentiert alle darin enthaltenen Informationen.

Neben dem Hashing und dem individuellen Hinzufügen jeder Transaktion fügt der Miner auch eine benutzerdefinierte Transaktion hinzu, bei der er sich selbst die Blockbelohnung sendet. Diese Transaktion wird als Coinbase-Transaktion bezeichnet und erzeugt neue Münzen. In den meisten Fällen ist diese Transaktion die erste, die in einem neuen Block aufgezeichnet wird, gefolgt von allen ausstehenden Transaktionen, die auf ihre Validierung warten.

Schritt 2: Erstellen Sie einen Merkle-Baum

Nachdem jede Transaktion gehasht wurde, werden die Hashes in einem sogenannten Merkle-Baum (auch Hash-Baum genannt) organisiert. Der Merkle-Baum wird generiert, indem Transaktions-Hashes paarweise angeordnet und dann gehasht werden.

Die neuen Hash-Ausgaben werden in Paaren organisiert und erneut gehasht, und der Vorgang wird wiederholt, bis ein einzelner Hash erstellt wird. Dieser letzte Hash wird Root-Hash (oder Merkle Root) genannt und ist im Grunde der „Root“-Hash, der alle vorherigen Hashes repräsentiert, die zu seiner Generierung verwendet wurden.

Schritt 3: Finden Sie einen gültigen Blockheader (Block-Hash)

Der Blockheader fungiert als Identifikator für jeden einzelnen Block, was bedeutet, dass jeder Block einen eindeutigen Hash hat. Beim Erstellen eines neuen Blocks kombinieren Miner den Hash des vorherigen Blocks mit dem Root-Hash ihres Kandidatenblocks, um den Hash eines neuen Blocks zu generieren. Sie müssen außerdem eine beliebige Zahl hinzufügen, die als Nonce bezeichnet wird.

Wenn ein Miner versucht, seinen Kandidatenblock zu validieren, muss er daher den Root-Hash, den vorherigen Block-Hash und eine Nonce kombinieren und alles über eine Hash-Funktion senden. Ihr Ziel ist es, dies wiederholt zu tun, bis Sie einen gültigen Hash erstellen können.

Der Root-Hash und der vorherige Block-Hash können nicht geändert werden, daher müssen Miner den Nonce-Wert mehrmals ändern, bis ein gültiger Hash gefunden wird. Um als gültig zu gelten, muss die Ausgabe (Block-Hash) kleiner als ein bestimmter Zielwert sein, der durch das Protokoll festgelegt wird. Beim Bitcoin-Mining muss der Block-Hash mit einer bestimmten Anzahl von Nullen beginnen, was als Mining-Schwierigkeitsgrad bezeichnet wird.

Schritt 4: Den abgebauten Block verbreiten

Wie wir gesehen haben, müssen Miner den Blockheader mehrmals mit unterschiedlichen Nonce-Werten hashen. Sie tun dies, bis sie einen gültigen Block-Hash finden, und anschließend gibt der Miner, der ihn gefunden hat, diesen Block an das Netzwerk weiter. Der Rest der Knoten prüft, ob der Block und sein Hash gültig sind, und wenn ja, fügen sie den neuen Block zu ihrer Kopie der Blockchain hinzu.

An diesem Punkt wird der Kandidatenblock zu einem bestätigten Block und alle Miner fahren mit dem Mining des nächsten Blocks fort. Alle Miner, die nicht rechtzeitig einen gültigen Hash finden konnten, verwerfen ihren Kandidatenblock und das Mining-Rennen beginnt erneut.

Was passiert, wenn zwei Blöcke gleichzeitig abgebaut werden?

Manchmal kommt es vor, dass zwei Miner gleichzeitig einen gültigen Block präsentieren und das Netzwerk auf zwei konkurrierende Blöcke stößt. In dieser Situation beginnen Miner mit dem Mining des nächsten Blocks basierend auf dem Block, den sie zuerst erhalten haben, was dazu führt, dass das Netzwerk vorübergehend in zwei verschiedene Versionen der Blockchain aufgeteilt wird.

Der Wettbewerb zwischen diesen beiden Blöcken wird fortgesetzt, bis der nächste Block auf einem der konkurrierenden Blöcke abgebaut wird. Wenn ein neuer Block abgebaut wird, gilt der zuerst eintreffende Block als Gewinner. Der aufgegebene Block wird als Waisenblock oder veralteter Block bezeichnet und führt dazu, dass die Miner, die ihn ausgewählt haben, zum Mining der siegreichen Blockkette zurückkehren.

Was ist der Mining-Schwierigkeitsgrad?

Das Protokoll passt die Mining-Schwierigkeit regelmäßig an, um eine konstante Rate für die Erstellung neuer Blöcke und im Gegenzug eine konstante und vorhersehbare Ausgabe neuer Coins zu gewährleisten. Der Schwierigkeitsgrad wird proportional zur Menge der dem Netzwerk zugewiesenen Rechenleistung (Hash-Rate) angepasst.

Jedes Mal, wenn neue Miner dem Netzwerk beitreten und der Wettbewerb zunimmt, erhöht sich daher die Hashing-Schwierigkeit, wodurch verhindert wird, dass die durchschnittliche Blockzeit sinkt. Wenn umgekehrt viele Miner das Netzwerk verlassen, sinkt die Hashing-Schwierigkeit, wodurch es einfacher wird, einen neuen Block zu schürfen. Diese Einstellungen halten die Blockzeit konstant, unabhängig von der gesamten Hashing-Leistung des Netzwerks.

Arten des Kryptowährungs-Minings

Es gibt viele Möglichkeiten, Kryptowährungen abzubauen. Teams und Prozesse ändern sich, wenn neue Hardware und Konsensmechanismen entstehen. Typischerweise verwenden Miner spezielle Recheneinheiten, um die komplexen kryptografischen Gleichungen zu lösen. Sehen wir uns an, wie einige der gängigsten Mining-Methoden funktionieren.

CPU-Mining

Beim Central Processing Unit (CPU)-Mining wird die CPU des Computers verwendet, um die für den PoW-Mechanismus erforderlichen Hash-Funktionen auszuführen. In den Anfängen von Bitcoin waren die Mining-Kosten und Eintrittsbarrieren niedrig und die Schwierigkeit konnte mit einer herkömmlichen CPU bewältigt werden, sodass jeder versuchen konnte, BTC und andere Kryptowährungen abzubauen.

Je mehr Menschen jedoch mit dem Mining begannen und die Hash-Rate des Netzwerks stieg, desto schwieriger wurde ein profitables Mining. Ebenso machte das Aufkommen spezialisierter Mining-Hardware mit größerer Rechenleistung im Laufe der Zeit das CPU-Mining praktisch unmöglich. Derzeit ist CPU-Mining keine praktikable Option mehr, da alle Miner spezielle Hardware verwenden.

GPU-Mining

Grafikprozessoren (GPUs) sind für die parallele Verarbeitung einer Vielzahl von Anwendungen konzipiert. Obwohl sie häufig für Videospiele oder das Rendern von Grafiken verwendet werden, können sie auch beim Mining eingesetzt werden.

GPUs sind relativ kostengünstig und flexibler als gängige ASIC-Mining-Hardware. Obwohl Sie einige Altcoins mit der GPU schürfen können, hängt die Effizienz von der Schwierigkeit des Schürfens und dem Algorithmus ab.

ASIC-Mining

Ein anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis (ASIC) dient einem einzigen spezifischen Zweck. Im Fall von Kryptowährungen bezeichnet es spezielle Hardware, die für das Mining entwickelt wurde. ASIC-Mining ist bekanntermaßen hocheffizient, aber teuer. Da ASIC-Miner an der Spitze der Mining-Technologie stehen, sind die Kosten einer Einheit viel höher als die von CPUs oder GPUs.

Darüber hinaus kann die kontinuierliche Weiterentwicklung der ASIC-Technologie dazu führen, dass ältere ASIC-Modelle weniger kosteneffektiv sind und routinemäßig ausgetauscht werden müssen. Selbst wenn man die Stromkosten außer Acht lässt, ist das ASIC-Mining eine der teuersten Methoden des Minings.

Bergbaubecken

Da der erste erfolgreiche Miner eine Blockbelohnung erhält, ist die Wahrscheinlichkeit, den richtigen Hash zu finden, äußerst gering. Miner, die über einen kleinen Prozentsatz der Mining-Power verfügen, haben eine sehr geringe Chance, den nächsten Block selbst zu entdecken. Eine Lösung für dieses Problem bieten Mining-Pools.

Mining-Pools sind Gruppen von Minern, die ihre Ressourcen (Hashing-Power) bündeln, um die Wahrscheinlichkeit, Blockbelohnungen zu erhalten, zu erhöhen. Wenn es dem Pool gelingt, einen Block zu finden, teilen sich die Miner des Pools die Belohnung entsprechend der von jedem einzelnen geleisteten Arbeit.

Mining-Pools können einzelnen Minern hinsichtlich der Hardware- und Stromkosten zugute kommen, obwohl ihre Dominanz gegenüber dem Mining Bedenken hinsichtlich eines 51-prozentigen Angriffs auf das Netzwerk aufkommen lässt.

Was ist Bitcoin-Mining und wie funktioniert es?

Bitcoin ist das beliebteste und etablierteste Beispiel für eine abbaubare Kryptowährung. Das Bitcoin-Mining basiert auf dem PoW-Konsensalgorithmus.

PoW ist der ursprüngliche Blockchain-Konsensmechanismus von Satoshi Nakamoto, der 2008 im Bitcoin-Whitepaper vorgestellt wurde. Einfach ausgedrückt bestimmt PoW, wie ein Blockchain-Netzwerk ohne externe Vermittler einen Konsens zwischen allen verteilten Teilnehmern erzielt. Dies wird dadurch erreicht, dass eine erhebliche Rechenleistung erforderlich ist, die diejenigen abschreckt, die in böser Absicht handeln.

Wie wir bereits gesehen haben, handelt es sich bei den Minern, die Transaktionen in einem PoW-Netzwerk verifizieren, um die Lösung komplexer kryptografischer Gleichungen mithilfe spezieller Mining-Hardware. Der erste Miner, der eine gültige Lösung findet, kann seinen Transaktionsblock an die Blockchain senden und die Blockbelohnung erhalten.

Die Menge der Kryptowährung in der Blockbelohnung variiert je nach Blockchain. Auf der Bitcoin-Blockchain können Miner beispielsweise eine Blockbelohnung von 6,25 BTC verdienen (Stand März 2023). Aufgrund des Halbierungsmechanismus von Bitcoin halbiert sich die Menge an BTC in einer Blockbelohnung alle 210.000 Blöcke (ungefähr alle vier Jahre).

Ist Kryptowährungs-Mining im Jahr 2023 profitabel?

Auch wenn mit dem Mining von Kryptowährungen Geld verdient werden kann, erfordert es umfangreiche Auswertungen, Risikomanagement und Forschung. Es beinhaltet auch Investitionen und Risiken wie Hardwarekosten, Preisschwankungen bei Kryptowährungen und Änderungen des Kryptowährungsprotokolls. Um diese Risiken zu mindern, führen Bergleute häufig Risikomanagementpraktiken durch und bewerten die potenziellen Kosten und Vorteile des Bergbaus, bevor sie damit beginnen.

Die Rentabilität des Krypto-Minings hängt von mehreren Faktoren ab. Eine davon sind Änderungen der Kryptowährungspreise. Wenn diese Preise steigen, steigt auch der Fiat-Wert der Mining-Belohnungen. Im Gegenteil: Mit sinkenden Preisen kann auch die Rentabilität sinken.

Auch die Effizienz der Mining-Hardware ist ein entscheidender Faktor für die Rentabilität des Minings. Mining-Hardware kann teuer sein, daher müssen Miner die Kosten der Hardware mit den potenziellen Erträgen abwägen, die die Aktivität generieren wird. Ein weiterer Faktor, den sie berücksichtigen müssen, sind die Stromkosten: Wenn sie zu hoch sind, könnten sie die Gewinne übersteigen und den Bergbau unrentabel machen.

Darüber hinaus muss die Mining-Hardware wahrscheinlich relativ häufig aktualisiert werden, da sie tendenziell recht schnell veraltet. Neue Modelle werden die alten übertreffen, und wenn Bergleute nicht über das Budget für die Aufrüstung ihrer Maschinen verfügen, werden sie wahrscheinlich Schwierigkeiten haben, wettbewerbsfähig zu bleiben.

Schließlich gibt es noch die Änderungen, die auf Protokollebene stattfinden. Beispielsweise kann sich die Halbierung von Bitcoin auf die Rentabilität des Minings auswirken, da dadurch die Belohnungen für das Mining eines Blocks halbiert werden. Ebenso hat Ethereum im September 2022 den PoW-Konsens für den Proof of Stake (PoS)-Mechanismus außer Kraft gesetzt, was bedeutete, dass das Mining in diesem Netzwerk nicht mehr eingesetzt wurde.

Schlussfolgerungen

Krypto-Mining ist ein grundlegender Bestandteil von Bitcoin und anderen PoW-Blockchains, da es das Netzwerk sichert und die Ausgabe neuer Münzen konstant hält. Darüber hinaus kann der Bergbau passives Einkommen für Bergleute generieren. Mehr erfahren Sie mit dieser Schritt-für-Schritt-Anleitung in unserem Artikel Wie man Kryptowährungen schürft.

Bergbau hat bestimmte Vor- und Nachteile. Die offensichtlichsten Vorteile sind die potenziellen Gewinne aus Blockbelohnungen. Dies wird jedoch von einer Reihe von Faktoren beeinflusst, darunter den Stromkosten und den Marktpreisen. Vor diesem Hintergrund sollten Sie vor dem Einstieg in das Krypto-Mining Ihre eigene Recherche durchführen (DYOR) und alle potenziellen Risiken bewerten.

Weiterführende Literatur

• Was sind erlaubte und nicht erlaubte Blockchains?

• Was ist das Abstecken von Kryptowährungen?

• Was ist ein NFT?

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