Wichtige Punkte
Die Anpassung des Schwierigkeitsgrads alle 2.016 Blöcke trägt dazu bei, eine konsistente Blockzeit von 10 Minuten aufrechtzuerhalten und so ein schnelles Aufblähen und eine Überlastung des Netzwerks zu verhindern.
Im Oktober 2024 erreichte der Bitcoin-Mining-Schwierigkeitsgrad einen Rekordwert von 95,7 Billionen, was den Energieverbrauch erhöhte und Druck auf die Gewinne der Miner ausübte, sofern sie keine effiziente Ausrüstung anpassten oder die Energiekosten senkten.
Änderungen der Hashrate des Netzwerks aufgrund von Faktoren wie mehr Minern oder besserer Ausrüstung wirken sich direkt auf die Schwierigkeit des Bitcoin-Minings aus, die Blockzeiten einzuhalten.
Bedenken hinsichtlich des Energieverbrauchs von Bitcoin haben die Miner dazu veranlasst, erneuerbare Energien und andere Lösungen zu erkunden, um wettbewerbsfähig und nachhaltig zu bleiben.
Beim Bitcoin-Mining handelt es sich um den Prozess des Lösens komplexer mathematischer Probleme, um das Netzwerk zu sichern und neue Münzen zu erstellen. Um sicherzustellen, dass regelmäßig neue Blöcke hinzugefügt werden, wird der Schwierigkeitsgrad dieser Probleme regelmäßig angepasst.
Einfach ausgedrückt: Je mehr Miner dem Netzwerk beitreten, desto schwieriger wird das Mining von Bitcoins, wodurch eine vorhersehbare Versorgung und ein sicheres System gewährleistet werden.
In diesem Artikel wird erklärt, was die Schwierigkeit beim Bitcoin-Mining ist, wie sie sich im Laufe der Zeit anpasst, um die Sicherheit und Stabilität des Netzwerks zu gewährleisten, wie sie berechnet wird und welche Faktoren die Rentabilität des Minings beeinflussen.
Die Schwierigkeit beim Bitcoin-Mining verstehen
Die Schwierigkeit beim Bitcoin-Mining stellt sicher, dass das Netzwerk Blöcke in einem gleichmäßigen 10-Minuten-Zyklus hinzufügt, wodurch eine schnelle Inflation und Netzwerküberlastung verhindert wird. Miner müssen durch Anpassen des „Nonce“ einen Hash mit einer bestimmten Anzahl führender Nullen finden. Diese Schwierigkeit wird alle 2.016 Blöcke angepasst, um die Stabilität und Sicherheit im Netzwerk aufrechtzuerhalten.
Die Wahrheit ist, dass das Mining von Bitcoins überhaupt nicht schwierig ist. Im Wesentlichen verschlüsselt der Miner lediglich die folgenden Informationen:
Kopfzeile des vorherigen Blocks: Verknüpft den neuen Block mit dem vorherigen Block und wahrt so die Kettenkontinuität.
Merkle-Wurzel: Ein Hash, der alle Transaktionen im Block darstellt und so eine effiziente Überprüfung der Datenintegrität ermöglicht.
Zeitstempel: Der Zeitpunkt der Blockerstellung, der für die chronologische Sortierung verwendet wird.
Versionsnummer: Gibt die Version des Blocks und die Protokollregeln an, denen er folgt.
Für einen modernen Bitcoin-Miner muss die Berechnung des Hashs für einen neuen Block sofort erfolgen. Warum also nicht?
Erstens wird die Blockchain durch das unkontrollierte Hinzufügen von Blöcken überlastet. Dies würde zu einer neuen Bitcoin-Welle führen, die den Markt überschwemmt, was eine Hyperinflation zur Folge hätte. Der Wert von Bitcoin würde drastisch sinken, da neue Münzen viel schneller geschaffen würden als vorgesehen. Dadurch würde das empfindliche Gleichgewicht, das für die Knappheit des Bitcoins verantwortlich ist, gestört.
Zweitens belastet das schnelle Hinzufügen von Blöcken das Netzwerk und erschwert die Synchronisierung der Knoten. Vollständige Knoten, die die gesamte Blockchain validieren und speichern, hätten Schwierigkeiten, eine übermäßige Anzahl von Blöcken herunterzuladen und zu überprüfen, was zu einer Fragmentierung des Netzwerks führen würde. Dies könnte es böswilligen Akteuren erleichtern, Sicherheitslücken auszunutzen, z. B. durch einen 51%-Angriff, da die Geschwindigkeit der Blockproduktion eine ordnungsgemäße Validierung und Konsensbildung zwischen den Knoten verhindern würde.
Irgendwann wird die Transaktionsverarbeitung chaotisch. Das Fehlen einer Schwierigkeitsanpassung bedeutet, dass es keinen strukturierten Zeitrahmen für Transaktionsbestätigungen gibt, was die Zuverlässigkeit des Netzwerks beeinträchtigt. Um sicherzustellen, dass Transaktionen zeitnah, aber geordnet verarbeitet werden, ist eine vorhersehbare Blockierungszeit von 10 Minuten erforderlich. Andernfalls müssen Benutzer möglicherweise mit unvorhersehbaren Transaktionszeiten und inkonsistenten Gebührenstrukturen rechnen, was zu einem Vertrauensverlust in das Netzwerk führt.
Eine natürliche Lösung für dieses Problem besteht einfach darin, die Kodierung dieser Informationen schwieriger zu gestalten.
Bitcoin und andere Proof-of-Work-Ketten wie Monero und Litecoin lösen dieses Problem, indem sie von den Minern verlangen, Informationen nicht nur in irgendeinen Hash zu kodieren, sondern in einen Hash, der eine bestimmte Größenanforderung erfüllt.
Wenn Sie beispielsweise den Satz „I love Cointelegraph“ als 256-Bit-Hexadezimal-Hash über einen Algorithmus wie SHA-256 kodieren, erhalten Sie:
148530ee91a00571250b58ea69c9947b10a702cf135b3f56cdad39f74450d145
Das ist eine ziemlich große Ganzzahl. Was kann also getan werden, um es zu verkürzen?
Durch das Hinzufügen von Informationen, die die Ausgabe ändern (sogenannte Nonce), müssten Sie es etwa 16 Mal versuchen und scheitern, um eine führende Null zu erhalten:
Ich liebe Cointelegraph 64
04dc36a0b5a40cba5524cd80064bcb5d21dfd28ecd811684f520a73e38362abf
Wahrscheinlich nicht klein genug. Um zwei führende Nullen zu erhalten, bräuchten Sie etwa 256 Versuche. Ändern Sie den Nonce auf 98 und sehen Sie sich das Ergebnis an:
Ich liebe Cointelegraph 98
00ddde1a51e44602a4397cb80f51dc218e6bbc3b50ac4dc4b612e7d62016ca02
Erfolg! Wie viele Versuche braucht man nun, um die ersten drei Nullen zu bekommen? Ungefähr 4.000 Versuche. Und für die führenden zwanzig Nullen? Diese Zahl könnte möglicherweise in die Septillionen gehen.
Tatsächlich funktioniert die Mining-Schwierigkeit so: Der Hash muss mit einer bestimmten Anzahl von Nullen beginnen. Dies wiederum erfordert, dass der Miner dem Hash einen „Nonce“-Wert hinzufügt, der normalerweise zwischen 0 und etwa 4.000.000 liegt.
Abhängig davon, wie schnell die Miner diese Anforderungen erfüllen, wird der Schwierigkeitsgrad alle zwei Wochen (oder genauer alle 2.016 Blöcke) automatisch angepasst, um sicherzustellen, dass die Blockzeiten so nah wie möglich bei durchschnittlich 10 Minuten bleiben.
Hier ist ein Beispiel für einen Blockheader, der die Mining-Schwierigkeitsanforderungen im November 2024 erfolgreich erfüllt hat:
000000000000000000000a497c6b1be95b76a9e25a797f8fe49953d40c06a027e
Denken Sie an eine Klasse von Schülern, die eine Matheaufgabe haben. Wenn die meisten Schüler zu schnell fertig sind, wird der Lehrer die nächste Aufgabe schwieriger gestalten.
Wenn sie zu lange dauern, wird das nächste Problem einfacher. In ähnlicher Weise überwacht das Bitcoin-Netzwerk die Rate, mit der Blöcke hinzugefügt werden, und passt die „Problemschwierigkeit“ an, um ein gleichbleibendes 10-Minuten-Intervall beizubehalten.
Dieses Gleichgewicht ist wichtig, um eine vorhersehbare Versorgung mit neuen Bitcoins aufrechtzuerhalten und die Netzwerksicherheit zu gewährleisten.
Berechnung der Schwierigkeit beim Bitcoin-Mining: Wie schwer ist es, einen Block abzubauen?
Die Schwierigkeit des Bitcoin-Minings oder „nBits“ besteht aus einem Exponenten und einem Koeffizienten, um das Mining-Ziel festzulegen. Niedrigerer Zielwert bedeutet höherer Schwierigkeitsgrad.
Die erwähnte „Schwierigkeit“ wird eigentlich genauer als „nBits“ bezeichnet. Dieses Feld ist eine Kurzdarstellung der Mining-Schwierigkeit, die aus zwei Hauptteilen besteht:
Exponent: Der Exponent gibt die Anzahl der Bits an, die nach links verschoben werden müssen, um das Ziel richtig zu setzen. Im Wesentlichen bestimmt es die Gesamtgröße des Ziels, indem es die Anzahl der Positionen angibt, um die der Koeffizient verschoben werden muss. Kurz gesagt, es entscheidet über Null.
Koeffizient (oder Signifikand): Der Koeffizient ist ein numerischer Wert, der in Kombination mit einem Exponenten den tatsächlichen Schwellenwert bestimmt. Dieser Wert bietet die feineren Details, die für eine präzise Anpassung des Schwierigkeitsgrades erforderlich sind. Kurz gesagt, es zeigt die signifikanten Zahlen nach einer führenden Null.
Die Kombination dieser beiden Faktoren ergibt das vollständige Schwierigkeitsziel, das die Miner erreichen oder unterschreiten müssen, um einen Block erfolgreich abzubauen.
Beispielsweise bedeutet ein bestimmter nBits-Wert von 0x1b0404cb:
Der Exponent ist 0x1b (oder 27 in Dezimalzahlen), was angibt, dass der Koeffizient um 27 Bits nach links verschoben ist.
Der Koeffizient ist 0x0404cb (oder 263755 in Dezimalzahlen), der die Basiszahl für den Zielschwellenwert bildet.
Diese Komponenten sind wichtig, da sie bestimmen, wie schwierig es ist, einen neuen Block abzubauen. Je niedriger der Zielwert, desto schwieriger ist es, eine Hash-Funktion zu finden, die die Kriterien erfüllt.
Wussten Sie? Der Begriff nBits steht für „Network Bits“. Dies ist eine kompakte Darstellung, die beim Bitcoin-Mining verwendet wird, um das Schwierigkeitsziel für Miner darzustellen.
Faktoren, die die Schwierigkeit des Bitcoin-Minings beeinflussen
Da die Hash-Rate aufgrund von mehr Minern oder besserer Ausrüstung steigt, wird es schwieriger, eine Blockzeit von 10 Minuten einzuhalten. Wenn die Hash-Rate sinkt, verringert sich die Schwierigkeit.
Wie erwähnt ist die Schwierigkeit des Bitcoin-Minings ein dynamischer Parameter, der sich etwa alle zwei Wochen (oder alle 2.016 Blöcke) anpasst. Der Zustand der gesamten Netzwerk-Hash-Rate ist der Hauptgrund dafür, warum sich nBits ändert. Schließlich stellt es die kombinierte Rechenleistung aller Miner im Bitcoin-Netzwerk dar.
Eine höhere Hash-Rate zeigt an, dass mehr Miner oder leistungsfähigere Mining-Geräte zum Netzwerk beitragen. Mit zunehmender Hash-Rate werden Blöcke schneller abgebaut als im vorgesehenen 10-Minuten-Intervall. Zum Ausgleich erhöht das Netzwerk den Schwierigkeitsgrad des Minings und stellt sicher, dass weiterhin in gleichmäßigem Tempo Blöcke hinzugefügt werden. Umgekehrt gilt: Wenn die Hash-Rate sinkt, verringert sich auch die Schwierigkeit, die Blockgenerierungszeit aufrechtzuerhalten.
Beispielsweise erreichte die gleitende durchschnittliche Hash-Rate von Bitcoin über sieben Tage im Oktober 2024 einen historischen Höchststand von fast 703 Exahashes pro Sekunde (EH/s), was zu einem entsprechenden Anstieg der Mining-Schwierigkeit führte.
Auch das Gegenteil kann passieren. Wenn Miner das Netzwerk verlassen oder ihre Mining-Ausrüstung veraltet oder unrentabel wird, verringert sich die Gesamt-Hash-Rate.
Ein solcher Fall ereignete sich Ende 2021, als Chinas hartes Vorgehen gegen das Mining von Kryptowährungen viele Mining-Unternehmen zur Schließung oder Verlagerung zwang. Dieser plötzliche Rückgang der Hash-Rate hat zu einem deutlichen Rückgang der Mining-Schwierigkeit geführt. Im Juli 2021 kam es bei Bitcoin zu der größten Schwierigkeitsanpassung von rund 28 %, sodass die Miner trotz reduzierter Netzwerkkapazität weiterhin mit einer angemessenen Geschwindigkeit Blöcke schürfen konnten.
Wussten Sie? Die Entwicklung vom CPU- und GPU-Mining zum ASIC-Mining hat die Netzwerk-Hashrate im Laufe der Jahre deutlich erhöht, was häufige Anpassungen der Mining-Schwierigkeit erfordert, um die Zielblockzeiten einzuhalten.
Schwierigkeitsgrad Bitcoin Mining – Zeitleiste
Die Zahl für den Mining-Schwierigkeitsgrad gibt an, wie viel schwieriger es ist, einen neuen Block im Vergleich zum Basis-Schwierigkeitsgrad von 1 (der einfachsten Stufe bei der Einführung von Bitcoin) zu minen. Wenn die Schwierigkeitszahl beispielsweise 10.000.000 beträgt, bedeutet dies, dass das Mining eines Blocks 10 Millionen Mal schwieriger ist, als wenn die Schwierigkeit 1 beträgt.
2009 – Geburt und frühe Jahre
Januar 2009: Der Mining-Schwierigkeitsgrad begann bei 1, der einfachsten Stufe, als Satoshi Nakamoto den Genesis-Block mit einer einfachen CPU minte. Diese niedrige Zahl stellt den Grad der Konkurrenz und die Mindestrechenleistung dar, die zum Mining eines Blocks erforderlich ist.
Dezember 2009: Der Schwierigkeitsgrad bleibt bei 1, was die begrenzte Anzahl an Netzwerkteilnehmern widerspiegelt.
2010 – Umstellung auf GPU Mining
Juli 2010: Die Einführung des GPU-Mining führt zum ersten deutlichen Anstieg des Schwierigkeitsgrades. Bis Ende 2010 stieg der Schwierigkeitsgrad auf etwa 14, was einer Verschiebung vom gelegentlichen Mining hin zu einer stärker wettbewerbsorientierten Teilnahme mit besserer Hardware entspricht.
2013 – Die Ära des ASIC-Mining
Januar 2013: Die Einführung von ASIC-Minern erhöhte den Schwierigkeitsgrad erheblich, da sie mehr Rechenleistung als GPUs boten. Der Schwierigkeitsgrad wurde auf etwa 3.500.000 erhöht.
Dezember 2013: Bis zum Jahresende stieg der Schwierigkeitsgrad auf rund 1.500.000.000, was die schnelle Einführung der ASIC-Technologie und die erhöhte Netzwerk-Hash-Rate widerspiegelte.
2017 – Bitcoin-Bullenmarkt
Januar 2017: Die Mining-Schwierigkeit liegt bei etwa 300.000.000.000 und steigt aufgrund verbesserter Mining-Hardware und des Markteintritts von mehr Minern aufgrund des steigenden Bitcoin-Preises erheblich an.
Dezember 2017: Am Ende des Bullenlaufs lag die Schwierigkeit bei etwa 1.590.000.000.000, was den verstärkten Wettbewerb und die Investitionen in die Mining-Infrastruktur widerspiegelt, als der Bitcoin-Preis sich der 20.000-Dollar-Marke näherte.
2020 – Die dritte Halbierung und ihre Auswirkungen
Mai 2020: Kurz vor der dritten Halbierung lag die Mining-Schwierigkeit bei etwa 16.100.000.000.000. Diese Halbierung reduziert die Blockbelohnungen von 12,5 auf 6,25 BTC und führt zu einer Anpassung der Beteiligung und Rentabilität der Miner.
Dezember 2020: Die Bergbauschwierigkeit stieg auf etwa 18.600.000.000.000, da sich die Bergleute an die neuen wirtschaftlichen Bedingungen anpassten und weiterhin in effizientere Bergbauausrüstung investierten.
2021 – Chinas Bergbauverbot
Mai 2021: Chinas hartes Vorgehen gegen den Bergbau lässt die Hash-Rate rapide abstürzen. Der Schwierigkeitsgrad sank im Juli 2021 um 28 % auf etwa 14.400.000.000.000. Der Rückgang stellt die stärkste Abwärtskorrektur in der Geschichte von Bitcoin dar und zeigt, wie sich politische Änderungen in den wichtigsten Mining-Regionen auf das Netzwerk auswirken können.
Dezember 2021: Wenn die Bergleute in neue Gebiete ziehen und den Betrieb wieder aufnehmen, wird sich die Schwierigkeit auf etwa 24.200.000.000.000 erholen.
2024 – Rekordhoch
Oktober 2024: Die Mining-Schwierigkeit erreicht einen Rekordwert von 95.672.703.408.223, was auf einen deutlichen Anstieg der globalen Hash-Rate, Fortschritte bei der Mining-Hardware und eine breitere Akzeptanz zurückzuführen ist.
Wie sich die Schwierigkeit auf die Einnahmen von Bitcoin-Minern auswirkt
Wenn mehr Miner dem Netzwerk beitreten oder ihre Mining-Rigs aufrüsten, wird der Schwierigkeitsgrad nach oben angepasst, um die Blockzeit stabil bei 10 Minuten zu halten. Dies bedeutet, dass jeder Miner mehr Berechnungen durchführen muss, um einen Block zu lösen, was die Energiekosten erhöht und seine Gewinnmargen schmälert.
Wie Sie sehen, erreichte die Schwierigkeit im Oktober 2024 einen historischen Höchststand von rund 95,7 Billionen. Dieser harte Wettbewerb zwingt die Miner dazu, mehr Energie zu verbrauchen, was für viele geringere Gewinne bedeutet, wenn sie ihre Kosten nicht decken können.
Die Bergleute sehen den steigenden Kosten jedoch nicht tatenlos zu. Hier sind einige Strategien, die sie verwenden, um die Nase vorn zu behalten:
Hardware-Upgrades: Neuere, effizientere ASICs helfen Minern, mehr Hashing-Leistung pro Watt zu erreichen. Durch regelmäßige Aktualisierung ihrer Ausrüstung können sie die Kosten auch bei zunehmendem Schwierigkeitsgrad niedrig halten.
Senkung der Energiekosten: Viele Bergleute ziehen in Gebiete mit billigem Strom oder erneuerbaren Energiequellen. Niedrigere Energiekosten bedeuten höhere Gewinne und nachhaltige Quellen können langfristig für stabile Preise sorgen.
Skalierung: Der Betrieb größerer Mining-Farmen hilft, die Kosten zu verteilen. Größere Betriebe können in großen Mengen einkaufen und bessere Konditionen für Ausrüstung und Strom bekommen, was zu einem besseren Geschäftsergebnis führt.
Zusätzliche Einnahmequellen: Einige Miner bieten Cloud-Mining-Dienste an oder vermieten Platz in ihren Rechenzentren, um die Kosten auszugleichen. Andere experimentieren sogar mit KI-Diensten, um neue Einnahmequellen zu erschließen.
Fusionen und Expansion: Durch die Fusion mit anderen Mining-Unternehmen können Unternehmen ihre Ressourcen bündeln und den Wettbewerb reduzieren. So können sie die Höhen und Tiefen der Schwierigkeiten und Preisschwankungen von Bitcoin besser überstehen.
Diese Strategien helfen den Bergleuten, zunehmende Schwierigkeitsgrade zu überwinden und die Rentabilität in einem hart umkämpften Markt aufrechtzuerhalten. Doch mit jedem Anstieg des Schwierigkeitsgrades sind sie gezwungen, neue Wege zu finden, um den Bergbau wirtschaftlich zu halten.
Die Zukunft der Mining-Schwierigkeit
Bitcoin scheint etabliert, seine Zukunft ist jedoch noch nicht gesichert.
Die Regierungspolitik hat zunehmend Einfluss auf den Bergbau und die Schwierigkeitsanpassungen. Im Jahr 2022 verursachte die kasachische Energiesteuer für den Bergbau einen vorübergehenden Rückgang der Hash-Rate, da die Bergleute mit höheren Kosten konfrontiert waren.
El Salvador hingegen hat sich dem Mining verschrieben und fördert geothermische Energie, die zur Stabilisierung der Hash-Rate beiträgt und einen höheren Schwierigkeitsgrad ermöglicht. Island und Norwegen sind für Miner außerdem aufgrund ihrer reichhaltigen erneuerbaren Energieressourcen attraktiv, da sie stabile Hash-Raten bei geringerer Umweltbelastung bieten.
Das Konzept der Mining-Schwierigkeit unterstreicht jedoch die ökologischen Herausforderungen von PoW. Der enorme Energieaufwand bei Berechnungen nach dem Prinzip „Versuch und Irrtum“ hat Länder wie Schweden dazu veranlasst, auf Beschränkungen zu drängen, die die künftigen Bergbauvorschriften verändern könnten. Ethereums Umstellung auf Proof-of-Stake (PoS) im Jahr 2022, die den Energieverbrauch um 99 % senkt, zeigt, wie nachhaltige Alternativen florieren können und übt weiteren Innovationsdruck auf Bitcoin aus.
PoW bleibt jedoch ein wichtiges Element des Bitcoin-Sicherheitsmodells. Der enorme Energieaufwand beim Mining erschwert es böswilligen Akteuren, die Blockchain zu verändern oder Angriffe durchzuführen. Dieses Maß an Sicherheit und Belastbarkeit lässt sich in anderen Systemen nur schwer reproduzieren. Während PoS Vorteile für die Umwelt bietet, hat sich PoW hinsichtlich der Aufrechterhaltung der Netzwerkintegrität als leistungsstark erwiesen.
Die Bergbauunternehmen haben sich angepasst, indem sie auf erneuerbare Energiequellen wie Wasserkraft in Kanada und Solarenergie in den USA zurückgegriffen haben. Einige nutzen zur Verbesserung der Nachhaltigkeit sogar die überschüssige Wärme aus dem Bergbau für industrielle Zwecke wieder.
Quantencomputer stellen eine weitere potenzielle Herausforderung dar, da sie möglicherweise enorme Mengen an Mining-Leistung erzeugen, die akzeptable Hashes viel schneller als aktuelle Hardware generieren könnten, was den Schwierigkeitsgrad erheblich erhöhen könnte. Obwohl Experten zufolge praxistaugliche Quantencomputer noch Jahre entfernt sind, forscht die Bitcoin-Community bereits an quantenresistenten Algorithmen zur Absicherung des Netzwerks.
Die Schwierigkeit des Bitcoin-Minings ist in Zukunft ein Gleichgewicht zwischen Bedrohungen und Lösungen. Ob sich sein PoW-Mechanismus weiterentwickeln kann, hängt davon ab, wie er sich an diese Herausforderungen anpasst.
Wussten Sie? Experten gehen davon aus, dass etwa im Jahr 2035 praxistaugliche, fehlertolerante Quantencomputer auf den Markt kommen könnten, die in der Lage sind, klassische Computer bei einer Vielzahl von Aufgaben zu übertreffen. Dies würde einen großen Wandel in der Rechenleistung und Technologie markieren.
