Bitcoin-Mining von innen: ein Blick in eine Mining-Anlage

Das Wichtigste in Kürze

• Miner bündeln ausstehende Transaktionen zu Blöcken und konkurrieren darum, den nächsten Block an die Kette anzuhängen. Der Gewinner erhält neu ausgegebene Bitcoin plus die Transaktionsgebühren dieses Blocks.
• Der Wettbewerb ist Proof of Work: Maschinen raten in enormem Tempo Zahlen, bis eine davon ein Ergebnis liefert, das ein Schwierigkeitsziel erfüllt. Die Arbeit ist aufwendig zu leisten und für alle anderen leicht zu überprüfen.
• Spezialisierte Chips, sogenannte ASICs, dominieren das Mining. Der Gewinn hängt von der Effizienz der Hardware, den Stromkosten und dem Bitcoin-Preis ab, und die Margen können dünn sein.
• Die Schwierigkeit passt sich automatisch an, sodass etwa alle zehn Minuten ein Block entsteht, unabhängig davon, wie viele Maschinen hinzukommen. Die Blockbelohnung halbiert sich alle 210.000 Blöcke, ungefähr alle vier Jahre.
• Der Energieverbrauch ist der zentrale Kritikpunkt. Befürworter und Kritiker sind uneins, ob er ein fairer Preis für die Sicherheit ist, die er erkauft.

Was Miner tun

Bitcoin hat keinen zentralen Betreiber, der entscheidet, welche Transaktionen gültig sind oder in welcher Reihenfolge sie stattgefunden haben. Miner lösen dieses Problem. Sie sammeln unbestätigte Transaktionen, prüfen, ob jede einzelne den Regeln folgt, und bündeln sie zu einem Kandidatenblock. Dann versuchen sie, sich das Recht zu verdienen, diesen Block zu veröffentlichen.

Der Preis ist die Blockbelohnung. Sie besteht aus zwei Teilen: der Block-Subsidy (Blocksubvention), also neu ausgegebenen Bitcoin, und den Gebühren, die Nutzer an die Transaktionen im Block gehängt haben. Nur auf diesem Weg gelangen neue Bitcoin in Umlauf. Wenn Sie zuerst einen Überblick möchten, wie Blöcke, Transaktionen und Schlüssel zusammenpassen, ist Wie funktioniert Bitcoin? Blöcke, Miner und Schlüssel der richtige Einstieg.

Miner haben nicht die Macht, Coins außerhalb des Plans zu erzeugen oder die Coins anderer Menschen auszugeben. Jeder Node im Netzwerk prüft jeden Block anhand der Regeln, und ein Block, der sie verletzt, wird abgelehnt, egal wie viel Arbeit in ihn geflossen ist.

Proof of Work in einfachen Worten

Um einen Block zu veröffentlichen, muss ein Miner eine Zahl finden, die sogenannte Nonce, die zusammen mit dem Inhalt des Blocks durch eine Hashfunktion geschickt eine Ausgabe unterhalb eines Zielwerts ergibt. Eine Hashfunktion verwandelt jede beliebige Eingabe in eine Zeichenfolge fester Länge, die zufällig aussieht; Bitcoin verwendet dafür SHA-256. Eine Abkürzung ist nicht bekannt. Ein gültiges Ergebnis findet man nur, indem man Nonces ausprobiert, bis eine passt, so als würde man würfeln, bis man eine ungewöhnlich niedrige Augensumme erreicht.

Weil jeder Versuch unvorhersehbar ist, ist das Finden eines gültigen Blocks eine Frage der Wahrscheinlichkeit. Ein Miner mit mehr Rechenleistung macht mehr Versuche pro Sekunde und gewinnt entsprechend häufiger. Aber kein Miner gewinnt garantiert, und selbst ein kleiner Miner hat in jeder Runde eine gewisse Chance.

Dann folgt die wichtige Asymmetrie. Eine gültige Antwort zu finden kostet enormen Aufwand, sie zu prüfen aber nur eine einzige Hash-Berechnung. Jeder kann im Nu bestätigen, dass die Arbeit geleistet wurde. Dadurch sind die Kosten des Blocks real und seine Gültigkeit offensichtlich, und darauf stützt sich das Netzwerk, um sich auf eine einzige Geschichte zu einigen, ohne jemandem vertrauen zu müssen.

Proof of Work verleiht der Kette außerdem ihre Widerstandsfähigkeit gegen nachträgliches Umschreiben. Um eine alte Transaktion zu ändern, müsste ein Angreifer die Arbeit für diesen Block und alle folgenden Blöcke wiederholen, und zwar schneller, als das ehrliche Netzwerk neue hinzufügt. Je mehr Blöcke sich auf einer Transaktion auftürmen, desto teurer wird das.

Schwierigkeit und der Zehn-Minuten-Takt

Das Netzwerk strebt etwa alle zehn Minuten einen Block an. Dieses Ziel hält es mit der Schwierigkeitsanpassung ein. Alle 2.016 Blöcke, im vorgesehenen Tempo etwa zwei Wochen, vergleicht das Protokoll, wie lange diese Blöcke tatsächlich gebraucht haben, und ändert die Schwierigkeit. Haben Miner Maschinen hinzugefügt und kamen die Blöcke schneller als alle zehn Minuten, steigt die Schwierigkeit. Sind Maschinen ausgestiegen und die Blöcke langsamer geworden, sinkt sie.

Deshalb ändert die Zahl der Maschinen nichts am Ausgabeplan. Mehr Konkurrenz macht jeden Versuch schwerer zu gewinnen, nicht die Coins zahlreicher. Es ist auch der Grund, warum ein plötzlicher Einbruch des Minings, etwa nachdem ein Land es verbietet, eine vorübergehende Verlangsamung und danach eine Korrektur auslöst. Etwas Ähnliches geschah 2021, als China hart gegen das Mining vorging und viele Betreiber umzogen; danach erholte sich das Netzwerk.

Von Laptops zu ASICs

In den frühen Jahren minten die Leute mit gewöhnlichen Computerprozessoren. Mit der Zeit trieb der Wettbewerb die Miner zu Grafikkarten, dann zu programmierbaren Chips und schließlich zu ASICs, anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreisen, die für genau eine Aufgabe gebaut sind: SHA-256-Hashes so effizient wie möglich zu berechnen. Ein Universalcomputer kann bei dieser Aufgabe nicht mithalten.

Ein ASIC-Miner ist eine Kiste mit Chips, einem Netzteil und Lüftern, die dauerhaft Strom zieht und Wärme erzeugt. Neuere Generationen sind effizienter, das heißt, sie liefern mehr Hashes pro Energieeinheit, weshalb ältere Maschinen nach und nach unrentabel werden. Miner befinden sich daher auf einem Hardware-Laufband, und ihr Geschäft ähnelt eher der Schwerindustrie als Software. Die Hardwareproduktion ist auf wenige Unternehmen konzentriert, was Kritiker als Zentralisierungsproblem anführen.

Im Inneren einer Anlage

Ein großer Mining-Standort ist vor allem ein Strom- und Kühlungsproblem. Die Maschinen stehen in Racks, in hallenartigen Gebäuden oder in Containern, angeschlossen an eine große Stromversorgung. Der größte Teil des verbrauchten Stroms verlässt die Anlage als Wärme, weshalb Betreiber Lüfter, Verdunstungskühlung oder Immersionskühlung einsetzen, bei der die Maschinen in eine nicht leitende Flüssigkeit getaucht werden.

Betreiber achten auf wenige Zahlen: den Preis, den sie pro Einheit Strom zahlen, die Effizienz ihrer Maschinen, wie zuverlässig die Maschinen online bleiben, und die Kapitalkosten. Strom ist meist der größte laufende Kostenposten, deshalb suchen Miner günstigen Strom. Standorte entstehen tendenziell in der Nähe von Wasserkraftwerken, von Wind- und Solarprojekten mit Überschusserzeugung und in Regionen mit niedrigen Industriestrompreisen.

Nur sehr wenige Miner arbeiten allein. Weil die Chance, einen Block zu gewinnen, für eine einzelne Maschine klein ist, schließen sich die meisten einem Mining-Pool an. Der Pool bündelt die Arbeit vieler Teilnehmer und teilt die Belohnung im Verhältnis zu ihrem Beitrag auf, sodass ein kleiner Miner einen stetigen Einkommensstrom statt einer seltenen großen Auszahlung erhält. Der Preis dafür: Pools bündeln einen Teil der Entscheidungsmacht, auch wenn einzelne Miner den Pool in der Regel wechseln können, wenn sie mit einem nicht einverstanden sind.

Einige Mining-Unternehmen sind börsennotiert, was heißt, dass ihre Geschäftsergebnisse, Schulden und Hardwarekäufe in Meldungen an Aufsichtsbehörden offengelegt werden. Andere sind private Betriebe oder Einzelpersonen mit ein paar Maschinen zu Hause.

Die Wirtschaftlichkeit und das Halving

Der Gewinn eines Miners ist der Wert der verdienten Belohnungen minus Strom, Hardwarekosten, Anlagenkosten und Finanzierung. Weil der Bitcoin-Preis schwankt und sich die Schwierigkeit ständig anpasst, kann sich das Ergebnis schnell drehen. Fallen die Preise oder steigt die Schwierigkeit, können die am wenigsten effizienten Miner mit Verlust arbeiten und abschalten. In Abschwüngen sind Mining-Unternehmen bankrottgegangen.

Die Block-Subsidy ist so programmiert, dass sie sich alle 210.000 Blöcke halbiert, was etwa alle vier Jahre der Fall ist. Sie begann 2009 bei 50 Bitcoin pro Block und wurde wiederholt halbiert, zuletzt im April 2024, als sie auf 3,125 fiel. Dieser Prozess läuft weiter, bis die Subsidy etwa im Jahr 2140 null erreicht und das Gesamtangebot sich 21 Millionen nähert. In Warum hat Bitcoin einen Wert? steht, wie diese Knappheit in das Argument für Bitcoin passt.

Nach jedem Halving halbieren sich die Einnahmen der Miner in Bitcoin über Nacht. Ob sie profitabel bleiben, hängt davon ab, ob der Preis oder die Gebühren steigen oder ob sie effizienter werden. Manche Miner steigen nach Halvings aus, und effiziente bleiben tendenziell.

Zeitraum	Belohnung pro Block
Januar 2009 bis November 2012	50 BTC
November 2012 bis Juli 2016	25 BTC
Juli 2016 bis Mai 2020	12,5 BTC
Mai 2020 bis April 2024	6,25 BTC
April 2024 bis etwa 2028	3,125 BTC

Die Energiedebatte

Proof of Work ist bewusst teuer. Seine Sicherheit rührt daher, dass ein Angriff echte Ressourcen verbrauchen würde, und diese Ressourcen sind größtenteils Strom. Bitcoin-Mining verbraucht deshalb viel Energie, was kein Nebeneffekt ist, sondern eine Kerneigenschaft des Designs.

Kritiker bringen mehrere Punkte vor. Der Verbrauch ist erheblich, und wo der Strom aus fossilen Brennstoffen stammt, kommen Emissionen hinzu. Mining kann lokale Strompreise erhöhen, und der Lärm von Anlagen hat Beschwerden von Anwohnern ausgelöst. Sie argumentieren außerdem, dass sich dieselbe Sicherheit womöglich mit weniger Energie erreichen ließe, und verweisen auf andere Systeme mit anderen Konsensverfahren.

Verteidiger entgegnen, Miner jagten dem günstigsten Strom hinterher und bevorzugten daher Quellen, die sonst brachlägen oder zu wenig genutzt würden. Einige Betriebe nutzen Erdgas, das an Ölquellen sonst abgefackelt würde, und einige in Texas (USA) fungieren als flexible Lasten, die sich schnell abschalten lassen, wenn das Stromnetz unter Druck steht, was Netzbetreiber nutzen können. Sie argumentieren außerdem, dass die Sicherheit von Bitcoin ihren Preis wert sei, und vergleichen sie mit den Ressourcen, die das traditionelle Finanzsystem verbraucht.

Die zugespitzten Behauptungen keiner der beiden Seiten sind geklärt. Der Anteil des Minings, der mit erneuerbarer Energie betrieben wird, wird von verschiedenen Forschern unterschiedlich geschätzt, und die Schätzungen ändern sich im Lauf der Zeit. Behandeln Sie daher jede einzelne Zahl mit Vorsicht und prüfen Sie Quelle und Datum. Klar ist, dass diese Abwägung für jede ehrliche Beurteilung von Bitcoin zentral ist und dass sie ebenso eine Wertefrage wie eine technische Frage ist.

Offene Fragen

Zwei Fragen prägen die Zukunft des Minings.

Die erste ist die Finanzierung der Sicherheit. Wenn die Subsidy schrumpft, müssen Gebühren irgendwann einen größeren Teil der Einnahmen der Miner liefern, sonst könnten die Kosten eines Angriffs auf das Netzwerk sinken. Ob die Gebühreneinnahmen reichen werden, ist unbekannt, und es ist eine der stärksten langfristigen Kritiken am Design. Vollständig getestet wird das erst in Jahrzehnten.

Die zweite ist die Zentralisierung. Mining hat Skalenvorteile: günstiger Strom, Hardware im Großeinkauf und Zugang zu Kapital. Pools und Gerätehersteller liegen in wenigen Händen, und Regulierungsbehörden in manchen Ländern können große Betreiber unter Druck setzen. Weil gewöhnliche Nutzer die Regeln weiterhin mit eigenen Nodes prüfen können, kontrollieren die Miner die Regeln nicht, aber ihre Konzentration bleibt Gegenstand der laufenden Debatte.

Um das Mining in das größere Bild der Wirtschaft einzuordnen, lesen Sie Die Rolle von Bitcoin in einer sich wandelnden Weltwirtschaft. Wenn Sie neu im Thema sind, bietet Hier starten einen Lernpfad in sinnvoller Reihenfolge. Mining als Geschäft birgt erhebliche finanzielle Risiken, und wer es erwägt, sollte zuvor eine qualifizierte Fachperson konsultieren.

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