Was ist Mining?

Mining ist ein dezentraler Prozess auf der Blockchain, mit dessen Hilfe Transaktionen aufgenommen und validiert werden können. Das Mining ist ein Konsensus Mechanismus, ohne den eine Blockchain nicht funktionieren kann. Neben dem Mining (Proof of Work), gibt es andere Konsensus Mechanismen, wie z.B. Proof of Stake.

Beim Mining wird Rechenleistung genutzt, um mathematische Probleme zu lösen und so für Sicherheit auf der Blockchain zu sorgen. Die mathematischen Lösungen haben keinen direkten Nutzen für die Blockchain, durch den hohen Aufwand wird allerdings garantiert, dass für die Nutzer Kosten entstehen, wenn Sie an der dezentralen Verwaltung teilnehmen möchten. 

 

Dieser Gedanke ist essentiell, da sonst eine “feindliche Übernahme” der Blockchain problemlos möglich wäre.  

 

Auch wenn im selben Satz häufig von passivem Einkommen gesprochen wird, ist Mining nicht dafür gedacht, Gewinne einzufahren. Die ausgeschütteten Rewards sollen lediglich die Leute belohnen, die sich an diesem wichtigen Prozess beteiligen.

 

Wie funktioniert Mining im Detail?

 

Wir möchten Ihnen nun anhand eines Beispiels den Ablauf schildern, der beim Mining vollzogen wird und von dem die meisten Nutzer gar nichts mitbekommen. Wir nutzen ein Beispiel auf der Bitcoin Blockchain.

 

Damit neue Blöcke einer Blockchain hinzugefügt werden können, sind folgende Schritte nötig:

 

1. Errechnung der Blöcke

2. Abstimmung der Community über Richtigkeit

3. Aufnahme des Blockes

4. Hinzufügen weiterer Blöcke

 

In folgendem Beispiel sollen 3 Transaktionen in die Blockchain aufgenommen werden.

 

Transaktion 1: Max sendet 10 BTC an Tom

Transaktion 2: Laura sendet 5 BTC an Henri

Transaktion 3: Justus sendet 2 BTC an David

Damit diese Transaktionen aufgenommen werden können, müssen die Absender die Transaktionen dem sogenannten Mempool hinzufügen. Das ist nichts anderes als ein Topf mit allen Transaktionen, die noch nicht vollzogen worden sind. Jede einzelne Transaktion war also bereits in diesem Topf. Im Normalfall verweilen diese dort jedoch nicht lange. Sie bekommen als normaler Nutzer einer Blockchain von diesem Veröffentlichen im Mempool gar nichts mit. Sie senden nur die Transaktion in ihrem entsprechenden Programm ab und lassen die Software im Hintergrund den Rest erledigen.

 

Dieses Bild zeigt einen Mempool, der beim Mining auf der Blockchain existiert.
 

Errechnung der Blöcke

Damit die Transaktionen von Max, Laura und Justus nun bei ihren Empfängern ankommen, müssen die Transaktionen in einen Block aufgenommen werden. Das ist die Aufgabe eines Miners. Diese wählen sich aus dem Mempool verschiedene Transaktionen aus und konstruieren damit einen individuellen Block.  

 

 

Der Miner hat aber noch eine weitere Aufgabe. Er muss parallel eine mathematische Aufgabe lösen, deren Lösung durch nichts anderes als Rechenleistung, die sogenannte Hash Rate, beeinflussbar ist. Die Wahrscheinlichkeit eine solche Lösung für einen Block zu finden steigt mit höherer Hash Rate. 

 

 

Schafft es ein Miner eine Lösung für einen Block zu finden, darf er diesen individuellen Block mit den vorher ausgesuchten Transaktionen der Community vorstellen

 

 

In unserem Beispiel schafft es der Miner 2 nun die richtige Lösung für den Block zu finden. In seinem Block sind (natürlich nur unter anderem) die Transaktionen von Max und Laura. Miner 2 schickt nun diesen Block an die Community. 

Abstimmung der Community

Damit bei dem vorherigen Prozess keine Missbrauchsmöglichkeiten entstehen können, fügt der Miner mit der richtigen Lösung den Block nicht direkt der Blockkette hinzu, sondern lässt den Block durch die Community bestätigen. Diese überprüft, ob die im Block ausgewählten Transaktionen durchführbar sind (was z.B. nicht der Fall wäre, wenn Max nur 6 BTC besitzt) und prüft ihn somit auf Legalität. Finden die anderen Miner einen Fehler bzw. Betrugsversuch in einem Block, stimmen sie mit "Nein" und der Block wird somit verworfen. In unserem Beispiel ist der Block von Miner 2 aber vollkommen legal und die Community stimmt somit für ihn.

 

In diesem Bild ist eine Abstimmung auf der Blockchain zu sehen. Es sind verschiedene Stimmen von Minern zu sehen, die über die Aufnahme eines Blockes in die Blockchain abstimmen.

Aufnahme des Blockes

Der Aufnahme des Blockes in die Blockchain steht nun nichts mehr im Weg. Ein wichtiger Schritt, vor allem für Miner 2, steht aber noch bevor. Er erhält mit der Aufnahme seines Blockes nun die entsprechenden Rewards. Rewards werden die Belohnungen genannt, die für die "geschürften" Bitcoins stehen. Genau wegen dieser Rewards ist Mining für viele Miner so interessant. 

Wer die vorherigen Schritte aber verstanden hat sieht ein, dass die Rewards nur nebensächlich sind und Mining viel mehr als das Schaffen neuer Bitcoin ist. Miner 2 freut sich aber trotzdem, denn er erhält 12,5 Bitcoin! Die Reward Größe ist übrigens genau definiert und halbiert sich alle 4 Jahre.


 

 

 

Hinzufügen neuer Blöcke

Ein äußerst wichtiger Punkt beim Erstellen von Blöcken bzw. bei der Einbindung in die Blockchain wurde in der vorherigen Schritten zur Vereinfachung unterschlagen. In einem Block stecken nämlich noch weitere wichtige Informationen: Eindeutige Verweise auf den vorherigen Block.

 

Da in diesem vorherigen Block auch wieder Informationen über dessen vorherigen Block stecken (usw.), liefert der aktuellste Block auch Informationen über die komplette vorherige Historie!

Durch diese Informationen wird die Fälschungssicherheit der Blockchain gewährleistet. Würde ein Hacker bspw. versuchen einen älteren Block zu seinen Gunsten zu verändern, müsste er sämtliche andere Blöcke auch ändern, da diese mit dem Block sprichwörtlich zusammengeklebt sind. 

 

Somit ist beim Hinzufügen weiterer Blöcke auf die einzigartige Verbindung zur gesamten Blockchain zu achten.

Um zu unserem Beispiel zurückzukehren halten wir fest, dass der Block 2 von Miner 2 nun in der Blockchain enthalten ist. Wir haben gesehen, dass bereits 2 unserer 3 Beispielstransaktionen verwendet wurden. Was ist nun aber mit der dritten?

Diese bleibt im Mempool und Justus hofft, dass seine Transaktion im nächsten Block aufgegriffen wird.

Wir gehen mal davon aus, das Justus Glück hat und im genau darauf folgenden Block auch an der Reihe ist. Dieser Block durchläuft genau die gleichen Schritte wie der vorherige Block 2.

 

Dadurch, dass der Block X mit der Transaktion von Justus nun auch in der Blockchain ist und somit zuvor auch bestätigt wurde, erhöht sich auch Sicherheit für den vorherigen Block 2. Bei der Abstimmung über Block X wurde der klare Verweis ja auch überprüft und somit ein weiteres mal bestätigt.

 

Nebeneffekt vom Mining

Durch den klar definierten Ablauf im Mining Prozess ergeben sich interessante Konsequenzen. 

Beispielsweise ist bekannterweise die maximal mögliche Menge an Bitcoins limitiert. Das lässt sich durch das Mining relativ einfach erklären.

Durch das fest eingeplante, regelmäßige Halving werden die Rewards immer kleiner. Somit werden irgendwann schlichtweg keine Bitcoins mehr an die Miner gezahlt und somit keine neuen Werte emittiert. 

 

Ein weiterer Aspekt fällt auf, sobald Sie Kryptowährungen transferieren. Verschiedene Service sehen Ihre Zahlung erst nach 20-30 Minuten als akzeptiert, obwohl Sie längst in Ihrem Wallet angekommen sind. Der Grund dafür ist, dass die Plattformen auf die Bestätigung von weiteren Blöcken warten. Wie oben beschrieben, sorgt jeder folgende Block für eine deutlich erhöhte Sicherheit der vorherigen Blöcke. Das ist Resultat der beim Mining verarbeiteten Verweise auf die Historie der Blockchain.

 

 

 

Weiterentwicklungen des Minings

Weiterentwicklungen des Minings werden seit vielen Jahren verlangt. Auch wenn der Algorithmus problemlos funktioniert und für extreme Sicherheit sorgt, liegen Probleme im verwendeten Proof of Work Algorithmus.

Einerseits, wird die aufgebrachte Rechenleistung beim Minnen immer größer (immer mehr Menschen beteiligen sich), andererseits gibt es effizientere Mechanismen.

 

Die hohe Rechenleistung stellt vor allem umwelttechnisch ein Problem dar. Durch riesige Anlagen, die ausschließlich zum Minen geeignet sind, werden mittlerweile Unmengen an Strom verbraucht. Gerade in der heutigen grünen Zeit, scheint dieses Konzept nicht mehr zeitgemäß.

 

Es existieren genau aus diesem Grund verschiedene Konzepte, die andere Möglichkeiten nutzen wollen, um die dezentrale Organisation zu ermöglichen, ohne Sicherheit einbüßen zu müssen.

 

Am weitesten fortgeschritten ist hier der Proof of Stake Mechanismus. Dieser wird bereits bei einigen Blockchains verwendet und ermöglicht ein deutlich Energie effizientere Konsensfindung. 

 

Proof of Stake ist bei weitem nicht die einzige Weiterentwicklung. Interessante Ansätze liefern ebenfalls folgende Konzepte:

 

Proof of Importance, Proof of Activity oder Proof Elapsed Time.

Dieses Bild zeigt Staking