Was ist Krypto-Mining?

Krypto-Mining ist ein wichtiger Aspekt des Kryptowährungsbetriebs, da es neue Münzen generiert, Transaktionen überprüft und neue Blöcke in das Blockchain-Ledger durch ein Netzwerk dezentralisierter Knoten oder Validatoren unter Verwendung eines Konsensalgorithmus hinzufügt. Diese Netzwerke von Knoten bestätigen und protokollieren Transaktionen, die darauf warten, in die Blockchain-Datenbank aufgenommen zu werden.

Aufgrund der zunehmenden Schwierigkeiten beim Mining von Blöcken (das gilt für Proof of Work, PoW) und der enormen Nachfrage nach Rechenleistung, die die Fähigkeiten des Einzelnen übersteigt, bündeln Unternehmen und Gruppen Ressourcen, um "Mining-Pools" zu bilden, die der stetig wachsenden Raffinesse des Krypto-Minings gerecht werden. Dies ist jedoch nicht der Fall bei Proof of Stake (PoS), bei dem Münzeigentümer ihre Münzen einsetzen müssen, um Validatoren zu werden. Das Krypto-Mining hat im Wesentlichen zwei Funktionen: die Generierung neuer Münzen und die Validierung/Hinzufügung neuer Transaktionsblöcke in der Blockchain.

In großem Maße hängt die Sicherheit einer Blockchain von Mining-Aktivitäten ab. Daher setzen Miner bei PoW hochspezialisierte Computer mit einer kontinuierlichen Stromversorgung ein, und Validatoren bei PoS setzen eine bestimmte Menge an Kryptowährung ein, um Transaktionen zu bestätigen und die Sicherheit der Blockchain und ihre dezentrale Natur aufrechtzuerhalten.

In diesem Artikel wird das Konzept des Krypto-Minings mit einem besonderen Fokus auf die beiden beliebtesten Konsensalgorithmen - Proof of Work (PoW) und Proof of Stake (PoS) - diskutiert.

Eine Studie über Krypto-Mining: Besonderes Augenmerk auf Bitcoin-Mining

In den Anfangsstadien wurde das Bitcoin-Mining von Einzelpersonen mithilfe von Personalcomputern durchgeführt, um Transaktionen in der Blockchain zu verarbeiten und zu validieren. Im Laufe der Jahre stiegen jedoch die Kosten und die Komplexität der gesamten Operation, was es erforderlich machte, dass Unternehmen und Mining-Pools den Betrieb weiterführten.

Diese spezialisierten Unternehmen oder Pools versuchen, die komplexen mathematischen Berechnungen zu lösen, die erforderlich sind, um Kryptotransaktionen zu validieren und Blöcke in die Blockchain-Datenbank hinzuzufügen. Und als Belohnung für die geleistete Arbeit erhalten diese Computer eine vorher festgelegte Menge der neu geprägten Münze. Diese Belohnung wurde programmiert, um sich alle vier Jahre der Lebensdauer der Proof-of-Work (PoW) Blockchain, wie Bitcoin und Litecoin, zu halbieren. Lassen Sie uns kurz über die Halbierung der Blockbelohnungen sprechen, unter Verwendung von Bitcoin als Beispiel.

Bitcoin Halving

Das Bitcoin-Halving ist eine systematische Reduzierung der Gesamtkosten für das Mining eines Bitcoin-Blocks einmal alle vier Jahre des Lebenszyklus der Blockchain. Mit anderen Worten, es handelt sich um die Halbierung der Belohnung, die Miner für die Überprüfung von Transaktionen und die Generierung eines Bitcoin-Blocks erhalten.

Zum Beispiel durchlaufen Bitcoin (BTC) und Litecoin (LTC) alle vier Jahre eine Blockchain-Halbierung. Bitcoin erlebte sein erstes Halbierungsevent am 28. November 2012, bei einer Blockhöhe von 210.000, wobei die Belohnung für die Miner von 50 BTC auf 25 BTC sank. Nach dem zweiten Halbierungsevent am 9. Juli 2016, bei einer Blockhöhe von 420.000, fiel die Blockbelohnung auf 12,5 BTC von 25 BTC, da sich die Mining-Schwierigkeit erhöhte sowie die Anzahl der Miner zunahm.

Das dritte und jüngste Bitcoin-Halving fand am 11. Mai 2020 bei einer Blockhöhe von 630.000 statt, was zu einem Rückgang der Blockbelohnung auf 6,25 BTC führte. Das nächste erwartete Bitcoin-Halving ist 2024 und der Countdown hat bereits begonnen.

Der Hauptgrund für die Halbierung von Bitcoin besteht darin, seine Stabilität auf dem Markt zu erhöhen, die Inflation zu bekämpfen und seinen Marktwert als deflationäre Währung zu stärken. Inflation war schon immer ein großes Problem in der Finanzbranche, und das Ziel von Bitcoin ist es, die negativen Ereignisse von 2008 (das war die weltweite Rezession) direkt anzugehen. Die meisten Proof-of-Work (PoW) Konsensmechanismen führen eine Halbierung der Blockbelohnung durch, genau wie Bitcoin. Schauen wir uns schnell das Litecoin-Halving an.

Litecoin Halving

Litecoin gehört zu den führenden Kryptowährungen der Branche und wurde 2011 eingeführt, um eine geeignete Alternative zu Bitcoin zu bieten. Litecoin hat zwei Blockbelohnungshalbierungen erlebt. Die erste fand am 25. August 2015 bei einer Blockhöhe von 840.000 statt, wobei die Blockbelohnung von 50 LTC auf 25 LTC sank. Die zweite fand am 5. August 2019 bei einer Blockhöhe von 1.680.000 statt, mit einer aktuellen Blockbelohnung von 12,5 LTC, die auf 6,25 LTC sinken wird, wenn die nächste Litecoin-Halbierung am 3. August 2023 erfolgt. Dieses Halbierungsereignis hat die Gesamtbelohnungen der Miner in zwei Fällen reduziert.

Das Litecoin-Halving verringert die Inflation um die Hälfte der ursprünglichen Rate, was den Wert und die Kaufkraft der Münze erhöht. Die Litecoin-Inflationsrate pro Jahr liegt nach dem Halving-Event 2019 bei 3,72%. Es wird erwartet, dass sie bei dem nächsten Blockhalving-Event auf 1,80% pro Jahr sinkt. Der Preis der Münze wird voraussichtlich steigen, wenn die Nachfrage nach der Münze steigt.

Konsensalgorithmen: Proof of Work (PoW) und Proof of Stake (PoS)

Die Blockchain-Technologie ist ein dezentrales System und verwendet Konsensalgorithmen, um Münzen zu generieren, Transaktionen zu validieren und das Hinzufügen von Transaktionsblöcken zur Blockchain zu ermöglichen.

Der Konsensalgorithmus ist sehr wichtig für die Aufrechterhaltung und Sicherheit der Blockchain, da er Vorfälle von doppelten Ausgaben verhindert und illegale Transaktionen validiert. Jeder verifizierte Transaktionsblock wird beim Hinzufügen zur Blockchain mit einem kryptografischen Hashwert versehen.

In einfachen Worten ist ein Konsensalgorithmus ein Prozess, bei dem ein dezentrales Netzwerk von Computern oder Knoten eine Einigung über einen Datenwert oder Netzwerkzustand erzielt. Normalerweise erfordern sie, dass mindestens 51 % der Knoten einen Datenwert akzeptieren. Somit ermöglicht es die Einigung zwischen dezentralen Computern in einem verteilten Peer-to-Peer-Netzwerk und gewährleistet die Wartung und Sicherheit des Systems sowie der Datensätze. Im Grunde ersetzen Konsensalgorithmen die Notwendigkeit einer zentralen Instanz oder eines Dritten.

Darüber hinaus werden Konsensalgorithmen in großem Umfang in der Blockchain-Technologie und auch in verschiedenen Bereichen wie Supply-Chain-Management, intelligenten Stromnetzen, Kontrolle von unbemannten Luftfahrzeugen wie Drohnen usw. eingesetzt. In diesem Abschnitt werden wir uns mit dem führenden Konsensmechanismus in der Blockchain-Technologie befassen, nämlich den Proof-of-Work-(PoW)- und Proof-of-Stake-(PoS)-Algorithmen.

Proof of Work (PoW)

Der Proof of Work-Konsensalgorithmus ist das erste System der Vereinbarung zwischen Knoten, das in der Blockchain verwendet wird, und er ist gleichbedeutend mit der Bitcoin-Blockchain - obwohl andere Blockchains wie Litecoin PoW verwenden.

Der PoW-Konsensalgorithmus umfasst ein dezentrales Netzwerk von Computern und Knoten, die um die Lösung eines Rätsels oder einer komplexen mathematischen Gleichung konkurrieren, indem sie einen kryptografischen Hash eines bestimmten Blocks finden. Der teilnehmende Knoten versucht, das Rätsel zu lösen, indem er zufällig verschiedene Nonce-Werte errät, die der Schwierigkeit entsprechen. Der Knoten, der das Rätsel erfolgreich löst, wird in der Regel mit Kryptowährung belohnt.

Darüber hinaus werden die Transaktionsdaten und der Nonce-Wert als Eingabe für eine Hash-Funktion verwendet, während die entsprechende Lösung oder der Hash-Wert (kryptografischer Hash) mit der Schwierigkeit übereinstimmen muss. Daher nutzt das Netzwerk von Knoten sehr hohe Rechenleistung, um das Problem zu lösen und somit einen kryptografischen Hash zu erzeugen, der mit der Schwierigkeit übereinstimmt, daher der Begriff "Arbeit".

Bitcoin verwendet die Hash-Funktion SHA-256, um kryptografische Rätsel zu lösen.

Der PoW-Algorithmus wird als „ineffizient“ und sehr teuer im Betrieb angesehen, da er eine große Menge Strom in Rechenleistung verbraucht und viel Zeit (10 Minuten) benötigt, um erfolgreich einen Bitcoin abzubauen oder einen Transaktionsblock an die Blockchain anzufügen. Dies wird von vielen als großer Rückschlag angesehen, und Umweltschützer haben Bitcoin-Mining häufig wegen der nachteiligen Umweltauswirkungen und des globalen Klimas kritisiert. Dies hat in einigen Ländern wie China, Bolivien, Bangladesch, Katar und Marokko zu einem vollständigen Verbot des Bitcoin-Minings geführt.

Jedoch führt die jüngste technologische Innovation — und im Einklang mit dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik, dass Energie weder erzeugt noch zerstört werden kann, sondern von einer Form in eine andere umgewandelt werden kann — dazu, dass eine wachsende Anzahl von Unternehmen Geräte herstellen, die die immense Mining-Energie in Wärme umwandeln können, um unsere Häuser und Gebäude im Winter zu heizen.

Nachweis des Anteils (PoS)

Die hohe Rechenleistung des PoW, die benötigt wird, um komplexe mathematische Rätsel zu lösen, und die Dauer, die benötigt wird, um den kryptografischen Hash zu entdecken, führten zu einer naheliegenden alternativen Proof of Stake (PoS). Der PoS-Konsensalgorithmus erfordert keine Rechenressourcen (spezielle Ausrüstung und Strom), um Blöcke zu minen. Stattdessen können Besitzer der Kryptowährung ihre Münzen staken, um an der Synchronisierung von Daten, der Validierung von Transaktionen und der Hinzufügung von Blöcken zur Blockchain teilzunehmen. Staking-Pools ermöglichen es auch kleinen Münzhaltern, ihre Münzen in einem Pool zu staken/sperren, um die Möglichkeit zu haben, von der Transaktionsgebühr zu profitieren.

Im Grunde genommen sperren Münzbesitzer einen Prozentsatz ihrer Krypto in einer Brieftasche und richten dann einen einzigartigen Validierungsknoten ein. Das Kryptowährungsprotokoll wählt zufällig einen Validator aus, um Transaktionen zu bestätigen und Blöcke zu validieren. Die Auswahl eines Validierungsknotens hängt von der Anzahl der eingesetzten Münzen und der Dauer der eingesetzten Münze ab. Blöcke werden von mehr als einem Validator validiert und mit einer Transaktionsgebühr belohnt. Die Validatoren müssen genaue Blöcke bestätigen und zur Blockchain hinzufügen, um einen Teil ihres Einsatzes oder sogar den gesamten Einsatz zu vermeiden.

Der PoS verbraucht weniger Strom (Energie), daher ist er umweltfreundlicher und günstiger zu betreiben im Vergleich zu PoW. Der Hauptnachteil besteht darin, dass angenommen wird, dass PoS weniger Sicherheit bietet als PoW, da der Validator mit den meisten eingesetzten Coins zwangsläufig kontrolliert, welche Transaktion genehmigt und der Blockchain hinzugefügt wird. Dies hebt die dezentrale Funktion der Blockchain auf.

Ethereum hat zunächst den PoW-Algorithmus zur Validierung von Transaktionen verwendet, ist aber kürzlich auf PoS umgestiegen, um den übermäßigen Stromverbrauch und die Zeit, die zum Mining eines Blocks erforderlich ist, zu reduzieren. Somit müssen unter dem PoS-Algorithmus von Ethereum 2.0 Münzbesitzer 32 ETH setzen, um als Validator ausgewählt zu werden.

Wie funktioniert Mining: Ein besonderer Fokus auf den Bitcoin Proof of Work Algorithmus

Während des Bitcoin-Minings validieren Miner Transaktionen, indem sie eine Reihe von mathematischen Gleichungen oder transaktionsbezogenen Algorithmen lösen oder hashen, indem sie komplexe Computer und große Mengen an Elektrizität verwenden. Diese Transaktionen werden in einem Block aufgezeichnet, wobei jeder Block über einen eindeutigen Hash verfügt, der über eine kryptografische Technik mit dem nächsten Block verbunden ist. Eine Änderung des Hash eines bestimmten Blocks verändert unbeabsichtigt den Hash der nachfolgenden Blöcke und macht das gesamte Blockchain-Netzwerk ungültig.

NB: Block-Hash ist eine alphanumerische Zeichenfolge aus Buchstaben und Zahlen, die Transaktionsdaten und Benutzeridentität verbirgt und mithilfe einer Hashfunktion generiert wird – Bitcoin verwendet SHA-256.

Die zunehmende Schwierigkeit beim Mining von Krypto ist das Ergebnis des anspruchsvollen Prozesses des Hashing eines Blocks, was bedeutet, dass eine große Menge an Rechenressourcen erforderlich ist, um diese mathematischen kryptographischen Berechnungen zu lösen und eine Transaktion oder Block-Hash zu entdecken.

Die zur Bitcoin-Mining erforderliche Ausrüstung umfasst:

• Spezialisierte Hardware-Gerät:Diese Geräte sind speziell für das Mining von Kryptowährungen konzipiert, wie zum Beispiel Grafikprozessoren (GPU), SSDs für das Krypto-Mining, anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs) und die kürzlich eingeführten Field-Programmable Gate Array (FPGA)-Chips.

  Diese Ausrüstung führt spezifische Arten von Rechenoperationen aus, die für das Mining erforderlich sind. Dies ist ein Abkehr von der Verwendung gewöhnlicher Heimcomputer und Consumer-Grade-Grafikkarten.

Es ist wichtig zu beachten, dass diese Hardware nicht für die häusliche Umgebung geeignet sind, da sie eine große Menge an Strom verbrauchen. Sie sind sehr laut und geben eine enorme Menge Energie in die Umwelt ab.

• Softwareanwendungen:Diese sind spezialisierte Software-Apps, die auf Computern ausgeführt werden und schnell beim Durchführen von Mining-Aktivitäten sind. Sie überprüfen und protokollieren Transaktionen in einem Block, die an das Netzwerk von Knoten/Minern zur Bestätigung gesendet werden, bevor sie zur Blockchain hinzugefügt werden. Die benötigte Software, die verwendet werden muss, ist ECOS, BeMine, Kryptex Miner, Awesome Miner, Easy Miner und Pionex. Außerdem berechnet diese Software die Mining-Belohnung und überweist sie an Ihre Wallet-Adresse.
• Stromversorgung: Krypto-Mining erfordert eine kontinuierliche Stromversorgung, um die beteiligten Computer mit Energie zu versorgen. Daher platzieren Bergleute in der Regel Mining-Farmen in der Nähe von Kraftwerken, um die Energiekosten zu senken usw.

Dennoch ist technisches Wissen sehr wichtig, um verschiedene Geräte zu installieren und ihre optimale Leistung zu überprüfen.

Faktoren, die das Krypto-Mining beeinflussen

• Stromkosten: Dies ist ein großes Problem beim Mining von Krypto. Die hohen Stromkosten, die benötigt werden, um die Hardware mit Strom zu versorgen, drücken in der Regel die Gewinne der Miner. Das Mining von Kryptowährungen erfordert enorme Mengen an Strom.
• Hohe Hardwarekosten: Die meisten Mining-Geräte, wie ASICs, sind sehr teuer und schrecken Einzelhändler vom Einstieg in das Krypto-Mining ab.
• Steigende Schwierigkeiten beim Mining: Mit der zunehmenden Verbreitung der Blockchain-Technologie steigt auch die Nachfrage nach Kryptowährungen und anderen digitalen Vermögenswerten. Derzeit erfreut sich Kryptowährung einer weit verbreiteten Beliebtheit, mit einer steigenden Nachfrage nach digitaler Währung. Mit diesem Anstieg konkurrieren die Miner um mehr Kryptowährung zu minen, was zu einer erhöhten Mining-Schwierigkeit führt.
• Rückgang der Belohnungen für Bergleute: Mit zunehmendem Wettbewerb im Mining und steigender Blockschwierigkeit kommt es zu einer systematischen Reduzierung der Belohnungen für Bergleute.

Risiken im Zusammenhang mit Krypto-Mining

Eine häufige Herausforderung, mit der die meisten konfrontiert sind, ist ein operativer Aufwand, insbesondere die Kosten für die Bereitstellung von kontinuierlicher Elektrizität. Dies allein hat Einzelhandelsminenarbeiter erheblich entmutigt. Die Kosten in einigen Ländern sind sehr hoch, wodurch Kryptominer Gefahr laufen, keine Gewinne zu erzielen, da ihre Betriebskosten weit über den Investitionsrenditen liegen.

Ein möglicher Ausweg besteht darin, Bergbau-Farmen in der Nähe von Kraftwerken oder innerhalb einer Industrieansiedlung zu nennen und ihre riesige Stromquelle anzuzapfen.

Auch die Kosten für den Erwerb moderner Ausrüstung (ASICs) sind enorm und beschränken weiterhin die Gruppe von Personen, die sich mit dem Mining von Bitcoin beschäftigen. Das bedeutet nicht, dass Sie nicht mit Ihrem PC Bitcoin minen können, aber um einen Wettbewerbsvorteil beim Verdienen einer Blockbelohnung zu haben, benötigen Sie einen ASIC, ein speziell für das Kryptomining hergestelltes Gerät.

Mit der Bildung von Mining-Pools und Mining-Farmen können Einzelhändler Miner einen Prozentsatz ihrer Rechenleistung oder ihrer Mining-Ausrüstung bereitstellen und einen Anteil an der Blockbelohnung des Mining-Pools verdienen.

Außerdem verursachen die meisten dieser Mining-Geräte ernsthafte Umweltverschmutzung wie Lärm und geben große Mengen an Wärme in die Umwelt ab, was zu globaler Erwärmung führt. Ein Ausweg besteht darin, diese nützliche Wärmeenergie in der kalten Jahreszeit zum Heizen von Häusern, Büros und Gebäuden zu nutzen.

Fazit

Krypto-Mining ist ein lohnendes Unterfangen, da es maßgeblich zur Wartung und Sicherheit der Blockchain beiträgt und außerdem Transaktionen im Blockchain-Buch verifiziert und aufzeichnet. Miner verdienen Blockbelohnungen im PoW, während Validatoren Transaktionsgebühren im PoS erheben.

Es ist ratsam, die Vor- und Nachteile des Betriebs von Krypto-Mining und die Rendite der Investition zu verstehen. Um Gewinne im PoW zu maximieren, benötigen die Miner überlegene Ausrüstung, eine günstige Stromversorgung und technisches Wissen, während bei PoS die Validatoren riesige Summen an Münzen setzen müssen, um einen Wettbewerbsvorteil als Validator zu haben.