Was ist Krypto-Mining?

Grundlagen

Krypto-Mining spielt eine zentrale Rolle bei der Sicherung und Dezentralisierung von Kryptowährungen. Es ist der Prozess, mit dem Transaktionen verifiziert und dem öffentlichen Ledger der Blockchain hinzugefügt werden, insbesondere bei Kryptowährungen wie Bitcoin, die einen Proof-of-Work-(PoW-)Konsensmechanismus verwenden. Durch den Einsatz intensiver Rechenleistung trägt das Mining dazu bei, die Integrität des Blockchain-Netzwerks ohne die Notwendigkeit einer zentralen Autorität aufrechtzuerhalten.

Darüber hinaus sind Mining-Operationen dafür verantwortlich, das bestehende Angebot an Coins zu erweitern. Der Prozess wird jedoch durch vordefinierte Regeln gesteuert, die in die Protokolle der Kryptowährungen kodiert sind. Diese Regeln verhindern die willkürliche Erstellung neuer Coins und werden vom gesamten Netzwerk mit tausenden Knoten durchgesetzt.

Miner setzen ihre Rechenleistung ein, um komplexe kryptografische Rätsel zu lösen. Der erste Miner, dem dies gelingt, erhält das Recht, einen neuen Block mit Transaktionen zur Blockchain hinzuzufügen. Dieser neu geschaffene Block wird dann im Netzwerk verbreitet und sorgt so für Transparenz und Sicherheit des gesamten Kryptowährungssystems.

Wie funktioniert Krypto-Mining?

Wenn neue Transaktionen in einer Blockchain initiiert werden, landen sie in einem Memory-Pool und warten auf Verifizierung. Miner spielen hierbei eine entscheidende Rolle, indem sie die Authentizität dieser ausstehenden Transaktionen prüfen und sie in Blöcke organisieren. Konzeptionell kann ein Block mit einer Seite im Blockchain-Ledger verglichen werden, auf der mehrere Transaktionen und zugehörige Daten erfasst sind. Im Mining-Kontext sammelt ein Mining-Knoten ungeprüfte Transaktionen aus dem Memory-Pool und konstruiert einen Kandidatenblock.

Der Miner versucht, diesen Kandidatenblock in einen gültigen und bestätigten Block umzuwandeln. Dazu muss der Miner ein komplexes mathematisches Problem lösen, das erhebliche Rechenressourcen erfordert. Lassen Sie uns tiefer in die Einzelheiten dieses Prozesses einsteigen.

Schritt 1: Transaktions-Hashing

Um den Mining-Prozess eines Blocks zu starten, besteht die erste Aufgabe darin, ausstehende Transaktionen aus dem Memory-Pool zu entnehmen und sie nacheinander durch eine Hash-Funktion zu leiten. Diese Hash-Funktion erzeugt bei der Verarbeitung von Daten eine Ausgabe fester Größe, den Hash. Im Mining-Bereich besteht der Hash jeder Transaktion aus einer Kombination von Zahlen und Buchstaben, die als eindeutiger Bezeichner dient. Der Transaktions-Hash fasst alle relevanten Informationen der Transaktion selbst zusammen.

Zusätzlich zum Hashing und der Aufzeichnung einzelner Transaktionen fügt der Miner eine spezielle Transaktion, die sogenannte Coinbase-Transaktion, hinzu. In dieser Transaktion bezeichnet sich der Miner selbst als Empfänger der Blockbelohnung und schafft damit effektiv neue Coins. Die Coinbase-Transaktion nimmt typischerweise die erste Position in einem neuen Block ein und enthält alle ausstehenden Transaktionen, die auf ihre Validierung warten.

Schritt 2: Erstellung des Merkle-Baums

Beim Mining werden die individuellen Transaktions-Hashes zu Paaren zusammengefasst und zu einer Struktur organisiert, die als Merkle-Baum oder Hash-Baum bezeichnet wird. Dabei werden jeweils zwei Transaktions-Hashes zusammengehasht. Die resultierenden Hash-Ausgaben werden wiederum paarweise gehasht, bis schließlich ein einzelner Hash entsteht. Dieser finale Hash, Merkle-Root genannt, repräsentiert alle vorhergehenden Hashes, die zu seiner Bildung beigetragen haben. Im Wesentlichen dient der Merkle-Baum dazu, die Transaktions-Hashes durch wiederholtes Paaren und Hashen zu organisieren und zu konsolidieren.

Schritt 3: Finden eines gültigen Block-Headers (Block-Hash)

Jeder Block in der Blockchain besitzt einen eindeutigen Identifikator, den Block-Header. Wenn Miner einen neuen Block erstellen, kombinieren sie den Root-Hash des Kandidatenblocks mit dem Hash des vorherigen Blocks. Zusätzlich fügen sie eine Nonce hinzu, eine Zufallszahl. Um den Kandidatenblock zu validieren, geben Miner wiederholt den Root-Hash, den Hash des vorherigen Blocks und die Nonce in eine Hash-Funktion ein. Ihr Ziel ist es, durch Variation des Nonce-Werts einen gültigen Hash zu finden. Da der Root-Hash und der Hash des vorherigen Blocks unveränderlich sind, müssen Miner zahlreiche Nonce-Werte ausprobieren, bis sie einen gültigen Hash entdecken. Damit ein Hash als gültig angesehen wird, muss er kleiner sein als ein vom Protokoll vorgegebener Zielwert. Beim Bitcoin-Mining muss der Block-Hash beispielsweise mit einer bestimmten Anzahl von Nullen beginnen, was die Mining-Schwierigkeit definiert.

Schritt 4: Gefundene Blöcke werden verbreitet

Miner hashen den Block-Header wiederholt mit unterschiedlichen Nonce-Werten, bis sie einen gültigen Block-Hash finden. Sobald ein gültiger Hash gefunden ist, teilen sie den neu erzeugten Block mit dem Netzwerk. Andere Knoten im Netzwerk prüfen dann die Gültigkeit des Blocks und seines Hashs. Wird der Block als gültig befunden, fügen sie ihn ihrer eigenen Kopie der Blockchain hinzu. An diesem Punkt wird der Kandidatenblock zu einem bestätigten Block, und alle Miner setzen ihre Arbeit am nächsten Block fort. Miner, denen es nicht gelingt, innerhalb der vorgegebenen Zeit einen gültigen Hash zu finden, verwerfen ihren Kandidatenblock, und der Mining-Wettbewerb beginnt von Neuem.

Können zwei Blöcke gleichzeitig gemined werden?

In einigen Fällen kann es vorkommen, dass zwei Miner gleichzeitig gültige Blöcke verbreiten, sodass das Netzwerk zwei konkurrierende Blöcke hat. Dies führt zu einer temporären Aufspaltung der Blockchain, bei der das Netzwerk auf zwei unterschiedlichen Versionen operiert. Der Wettstreit zwischen diesen Blöcken hält so lange an, bis ein weiterer Block erfolgreich auf einem der konkurrierenden Blöcke gemined wird. In diesem Moment wird der Siegerblock anhand der längeren oder vorgezogenen Kette bestimmt. Der Block, der nicht ausgewählt wird, bleibt ein Waisenblock (orphan block) oder stale block. In der Folge kehren alle Miner, die auf den Waisenblock gesetzt hatten, zur Kette des Siegerblocks zurück.

Was ist die Mining-Schwierigkeit?

Die Mining-Schwierigkeit im Protokoll wird regelmäßig angepasst, um eine gleichbleibende Rate der Blockerstellung und eine vorhersehbare Ausgabe neuer Coins sicherzustellen. Diese Anpassung wird direkt von der Menge der für das Netzwerk aufgewendeten Rechenleistung, also der Hashrate, beeinflusst.

Die Hashing-Schwierigkeit steigt, wenn neue Miner dem Netzwerk beitreten und der Wettbewerb intensiver wird. Dadurch wird verhindert, dass die durchschnittliche Blockzeit sinkt, und es wird ein stabiles Mining-Tempo beibehalten. Umgekehrt sinkt die Schwierigkeit, wenn viele Miner das Netzwerk verlassen, wodurch das Finden neuer Blöcke leichter wird. Diese fortlaufenden Anpassungen stabilisieren die Blockzeit, ungeachtet schwankender Gesamt-Hashleistung des Netzwerks.

Arten des Kryptowährungs-Minings

Kryptowährungen zu minen kann auf verschiedene Weisen erfolgen, die sich mit der Einführung neuer Hardware und Konsensalgorithmen weiterentwickeln. Typischerweise setzen Miner spezialisierte Recheneinheiten ein, die explizit für das Lösen komplexer kryptografischer Gleichungen konzipiert sind. Im Folgenden betrachten wir einige gängige Mining-Methoden in der Branche.

Mining mit CPUs

CPU-Mining war einst eine Standardmethode zum Schürfen von Kryptowährungen und nutzt die zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) eines Computers, um die erforderlichen Hash-Funktionen im Proof-of-Work-Modell auszuführen. In den frühen Tagen von Bitcoin war Mining mit einer normalen CPU für jedermann zugänglich, da die Kosten und Eintrittsbarrieren gering waren. Einzelpersonen konnten versuchen, BTC und andere Kryptowährungen mit ihrer CPU zu minen. Mit zunehmender Anzahl an Minern im BTC-Netzwerk und dem daraus resultierenden Anstieg der Hashrate wurde profitables CPU-Mining jedoch deutlich schwieriger. Zudem machte die Einführung spezialisierter Mining-Hardware mit deutlich höherer Rechenleistung das CPU-Mining praktisch obsolet. Heute gilt CPU-Mining weitgehend als unwirtschaftlich; die meisten Miner verwenden spezialisierte Hardware für effiziente Mining-Operationen.

Mining mit GPUs

Grafikprozessoren (GPUs) sind vielseitige Hardwarekomponenten, die primär für Anwendungen wie Videospiele und Grafikdarstellung verwendet werden. Sie haben jedoch auch im Kryptowährungs-Mining Anwendung gefunden. Im Vergleich zu spezialisierten ASIC-Minern bieten GPUs mehrere Vorteile: Sie sind in der Regel erschwinglicher und flexibler beim Mining verschiedener Kryptowährungen. Während ASICs für spezifische Algorithmen ausgelegt sind, können GPUs an verschiedene Altcoins angepasst werden. Die Effizienz des GPU-Minings hängt jedoch von Faktoren wie Mining-Schwierigkeit und dem verwendeten Algorithmus der jeweiligen Kryptowährung ab.

Mining mit ASICs

Application-Specific Integrated Circuits (ASICs) sind zweckgebundene Schaltkreise, die für spezielle Aufgaben konstruiert wurden. Im Kryptowährungs-Mining sind ASICs spezialisierte Geräte, die für effizientes Mining optimiert sind. Obwohl ASIC-Mining hohe Effizienz bietet, ist es mit erheblichen Kosten verbunden.

ASIC-Miner sind deutlich teurer als CPU- oder GPU-basierte Lösungen aufgrund ihrer fortschrittlichen Technologie und optimierten Leistung. Außerdem führt der schnelle Fortschritt in der ASIC-Technologie oft dazu, dass ältere Modelle veralten und Miner ihre Ausrüstung häufig aufrüsten müssen. Unter Berücksichtigung der Kosten für Ersatzteile und Strom zählt ASIC-Mining zu den teuersten Methoden des Krypto-Minings.

Mining-Pools nutzen

Da die Wahrscheinlichkeit, den korrekten Hash allein zu finden, sehr gering ist, haben Miner mit begrenzter Rechenleistung nur minimale Chancen, den nächsten Block alleine zu entdecken. Mining-Pools sind eine praktische Lösung für dieses Problem. In Mining-Pools schließen sich mehrere Miner zusammen und bündeln ihre Hash-Power, um die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, Blockbelohnungen zu erzielen. Wird in einem Pool ein Block erfolgreich gemined, erhalten die Miner im Pool einen Anteil der Belohnung entsprechend ihrer eingebrachten Arbeit.

Einzelne Miner profitieren von geteilten Hardware- und Stromkosten durch die Teilnahme an Pools, was das Mining kosteneffizienter macht. Allerdings hat die Dominanz einiger großer Pools Bedenken hinsichtlich möglicher 51%-Angriffe geweckt, bei denen ein einzelner Pool genug Mining-Power kontrollieren könnte, um Transaktionen im Netzwerk zu manipulieren.

Bitcoin-Mining: Was ist das und wie funktioniert es?

Die führende und weithin bekannte Kryptowährung ist ein prominentes Beispiel für eine minbare digitale Währung. Bitcoin-Mining basiert auf dem Proof-of-Work-(PoW-)Konsensalgorithmus. PoW wurde erstmals im Bitcoin-Whitepaper von 2008 seines anonymen Schöpfers Satoshi Nakamoto vorgestellt. Es dient als ursprünglicher Mechanismus zur Erreichung von Konsens in Blockchain-Netzwerken und eliminiert die Notwendigkeit von Zwischeninstanzen. PoW erreicht dies durch erhebliche Rechenanforderungen und beugt böswilligen Aktivitäten vor.

Im PoW-Netzwerk spielen Miner eine zentrale Rolle bei der Verifizierung von Transaktionen. Sie treten in einen wettbewerbsorientierten Kampf, um komplexe kryptografische Rätsel mithilfe spezialisierter Mining-Hardware zu lösen. Wer zuerst eine gültige Lösung findet, kann seinen verifizierten Transaktionsblock in die Blockchain senden und die Blockbelohnung beanspruchen.

Die konkrete Menge an Kryptowährung, die pro Block als Belohnung ausgegeben wird, variiert zwischen den Blockchains. So erhalten Miner im Bitcoin-Netzwerk zum Beispiel (Stand März 2023) eine Blockbelohnung von 6,25 BTC. Bitcoin verwendet zudem einen Halving-Mechanismus, der die Blockbelohnung etwa alle vier Jahre oder nach jeweils 210.000 Blöcken halbiert.

Krypto-Mining 2023: Lohnt es sich?

Profitabilität im Kryptowährungs-Mining erfordert einen durchdachten Ansatz, der Risikomanagement, gründliche Recherche und die Abwägung verschiedener Faktoren umfasst. Mining ist mit Investitionen verbunden und birgt Risiken wie Hardwarekosten, Kursvolatilität von Kryptowährungen und Protokolländerungen. Miner müssen diese Risiken aktiv managen und die potenziellen Kosten und Vorteile umfassend prüfen, bevor sie mit dem Mining beginnen.

Mehrere Faktoren beeinflussen die Rentabilität des Minings. Ein wesentlicher Faktor sind Schwankungen der Kryptowährungspreise. Steigen die Preise, erhöhen sich die Mining-Belohnungen in Fiatwährung und damit auch die Rentabilität. Sinkende Preise können hingegen die Profitabilität reduzieren.

Die Effizienz der Mining-Hardware spielt eine entscheidende Rolle für die Rentabilität. Da die Anschaffung spezialisierter Mining-Hardware teuer ist, müssen Miner Kosten gegen potenzielle Erträge abwägen. Ein weiterer wichtiger Faktor sind Stromkosten. Sind diese zu hoch, können sie die Mining-Einnahmen übersteigen und das Vorhaben unrentabel machen. Zudem kann Mining-Hardware aufgrund schneller technischer Entwicklungen häufige Upgrades erfordern. Neuere Modelle sind oft leistungsfähiger als ihre Vorgänger, und Miner ohne ausreichende Ressourcen für Upgrades könnten an Wettbewerbsfähigkeit verlieren.

Schließlich können Protokolländerungen die Mining-Rentabilität stark beeinflussen. Das Bitcoin-Halving reduziert Beispielsweise die Blockbelohnung und wirkt sich direkt auf die Mining-Einnahmen aus. Ebenso wechselte Ethereum im September 2022 vom Proof of Work (PoW) zum Proof of Stake (PoS) und machte das Mining für Ethereum-Transaktionen überflüssig.

Erfolgreiches Krypto-Mining erfordert ein umfassendes Verständnis von Risikomanagement, eine sorgfältige Bewertung von Hardwareeffizienz und -kosten, die Berücksichtigung von Strompreisen sowie ständige Aufmerksamkeit gegenüber Protokolländerungen. Durch sorgfältige Abwägung dieser Aspekte können Miner ihre Chancen auf Rentabilität im sich ständig wandelnden Umfeld des Kryptowährungs-Minings verbessern.

Fazit

Kryptowährungs-Mining ist entscheidend für die Sicherheit und Stabilität von PoW-Blockchains wie Bitcoin und bietet Minern die Möglichkeit, durch Blockbelohnungen passives Einkommen zu erzielen. Für praktische Einstiegshinweise laden wir Sie ein, unseren ausführlichen Artikel mit dem Titel „Wie man Krypto mined: Eine Schritt-für-Schritt-Anleitung“ zu lesen.

Mining bringt sowohl Vor- als auch Nachteile mit sich. Auf der positiven Seite können Miner durch Blockbelohnungen Einnahmen erzielen. Gleichzeitig sollten Faktoren wie Stromkosten und Marktpreise berücksichtigt werden. Daher empfehlen wir dringend, gründliche Recherchen durchzuführen, die Regel „Mach deine eigene Recherche“ (DYOR) zu befolgen und die potenziellen Risiken vor dem Einstieg ins Krypto-Mining sorgfältig zu prüfen.