Was ist Bitcoin Mining, und was machen Miner wirklich?

Was Mining eigentlich ist

Alle paar Minuten entsteht ein neuer Block, also ein Paket aus Transaktionen, das an die Kette angehängt wird. Damit sich niemand einfach den nächsten Block ausdenken kann, verlangt das Netzwerk einen Nachweis über geleistete Rechenarbeit, den Proof of Work. Wer diesen Nachweis zuerst erbringt, darf den Block beisteuern.

Das Bitcoin-Whitepaper beschreibt den Zweck so: Der Proof of Work löst die Frage, wie in einem offenen Netzwerk eine Mehrheitsentscheidung zustande kommt. Nicht eine Stimme je Person oder je Adresse, sondern eine Stimme je Recheneinheit. Die gültige Kette ist die mit der insgesamt meisten investierten Rechenarbeit.

Wie das Rechnen abläuft

Laut Bitcoin-Whitepaper suchen die Miner einen Wert, der zusammen mit dem Blockinhalt durch die Hash-Funktion SHA-256 geschickt ein Ergebnis liefert, das eine Vorgabe erfüllt. Das Whitepaper beschreibt sie vereinfacht als Hash, der mit einer bestimmten Anzahl Nullbits beginnt. Genau genommen muss der Hash, als Zahl gelesen, kleiner oder gleich einem Zielwert sein, dem Target. Dafür erhöhen sie eine Zählvariable im Block, die Nonce, und hashen immer wieder neu, bis das Ergebnis die Vorgabe erfüllt.

• Es gibt keine Abkürzung. Der einzige Weg ist Ausprobieren, und je niedriger das Target liegt, desto seltener trifft ein Versuch.
• Die Prüfung der Arbeit dagegen ist schnell: Ein einziger Hash zeigt, ob ein eingereichter Block das Target erfüllt. Ob der Block auch sonst gültig ist, prüfen Knoten zusätzlich an allen enthaltenen Transaktionen.
• Ist ein Block einmal gefunden, lässt er sich nicht mehr unbemerkt ändern. Jede Änderung würde den Hash verändern, und alle nachfolgenden Blöcke müssten neu errechnet werden.

Genau diese Einbahnstraße macht die Kette schwer umschreibbar. Wer einen alten Block ändern wollte, müsste dessen Rechenarbeit und die aller folgenden Blöcke nachholen und dabei die ehrliche Mehrheit einholen. Das Bitcoin-Whitepaper zeigt, dass die Wahrscheinlichkeit dafür mit jedem weiteren Block rasch sinkt, solange die ehrlichen Knoten die Mehrheit der Rechenleistung stellen. Selbst wer diese Mehrheit hätte, könnte laut Whitepaper keine Bitcoin aus dem Nichts erzeugen oder fremde Bitcoin nehmen, sondern nur versuchen, eigene jüngere Zahlungen rückgängig zu machen.

Was Miner dafür bekommen

Die erste Transaktion in jedem Block ist besonders. Sie erzeugt laut Bitcoin-Whitepaper einen neuen Betrag, der dem Finder des Blocks gehört. So kommen neue Bitcoin in Umlauf, ganz ohne ausgebende Stelle. Der Vergleich im Whitepaper ist der mit Goldsuchern, die Ressourcen aufwenden, um Gold in Umlauf zu bringen, hier sind es Rechenzeit und Strom.

Wie hoch diese Belohnung ist, steht im Quelltext von Bitcoin Core. Sie begann bei 50 Bitcoin je Block und halbiert sich alle 210.000 Blöcke, was ungefähr alle vier Jahre eintritt. Nach genügend Halbierungen erreicht sie null. Ab dann tragen sich Miner allein über die Transaktionsgebühren, ein Übergang, den schon das Whitepaper ausdrücklich vorsieht.

Dass die Ausgabe neuer Bitcoin sinkt und irgendwann endet, ist der Grund für die begrenzte Gesamtmenge. Wie die Einheiten dabei zusammenhängen, steht im Beitrag Was ist ein Satoshi, die Motivation hinter der Begrenzung im Grundlagenbereich.

Warum ein Block im Schnitt zehn Minuten dauert

Die Rechenleistung im Netzwerk schwankt stark, je nachdem wie viele Geräte gerade mitrechnen. Damit der Abstand zwischen den Blöcken trotzdem ungefähr gleich bleibt, passt sich die Schwierigkeit an. Das Bitcoin-Whitepaper nennt das einen gleitenden Durchschnitt, der eine bestimmte Zahl Blöcke pro Zeitraum anpeilt. Werden Blöcke zu schnell gefunden, steigt die Schwierigkeit.

Die konkreten Werte stehen in den Netzwerkparametern im Quelltext: Der Zielabstand zwischen zwei Blöcken beträgt zehn Minuten, das Anpassungsfenster umfasst zwei Wochen. Daraus ergeben sich genau 2.016 Blöcke je Anpassungsperiode.

Vier verbreitete Annahmen über Mining

Rund um Mining halten sich ein paar Vorstellungen, die den Kern verfehlen. Die folgende Übersicht stellt die verbreitete Annahme dem gegenüber, was tatsächlich passiert.

Die kurze Fassung: Miner liefern die Reihenfolge und die Fälschungssicherheit. Ob ein Block gültig ist, entscheidet jeder Knoten unabhängig anhand desselben Regelwerks. Beide Rollen sind getrennt, und genau diese Trennung ist der Grund, warum kein einzelner Akteur das Netzwerk umschreiben kann.