„Wenn man die Oberfläche der Erde durch ein hexagonales Raster aufteilt, finden wir einen Fußabdruck des Minings auf 44,3 Prozent der Erdoberfläche.“

Eine Gruppe chinesischer Wissenschaftler untersucht, wo Mining stattfindet. Ihre Arbeit ist die erste solide Schätzung, wie verteilt das Bitcoin-Mining tatsächlich ist.

Um ehrlich zu sein sind die meisten wissenschaftlichen Paper über Bitcoin und Kryptowährungen eher so sterbenslangweilig. Selten kommt es vor, dass in ihnen wirklich etwas neues steht.

Einer dieser seltenen Fälle ist ein Paper über die räumliche Herkunft des Bitcoin-Minings. Es nimmt sich eine der großen ungeklärten Fragen zu Bitcoin vor, über die schon lange und viel spekuliert wird. Wie so oft ist die Frage rein sachlich-technisch, doch die Antwort hochpolitisch.

Jeder weiß, dass eine kleine Handvoll von Mining-Pools das Mining zentralisieren. Die vier derzeit größten Pools – Foundry, AntPool, F2Pool und Binance – stellen mehr als 75 Prozent der Hashrate. Wie kann man da, fragen Bitcoin-Kritiker, von Dezentralisierung reden? Sobald diese vier Pools kooperieren, ist Schicht im Schacht.

Falsch, antworten Bitcoiner: Ein Pool bündelt nur die Hashrate der Miner. Sobald er diese missbraucht, ziehen die Miner sie schneller ab, als er eine Transaktion zensieren kann. Was auf der Oberfläche auf wenige Pools zentralisiert erscheint, besteht in Wahrheit aus tausenden und abertausenden individuellen Minern.

Aber wie viele genau? Und wie stark konzentriert sich das Mining dabei auf die großen Mining-Farmen?

Diese Frage blieb bisher eine große Unbekannte, und ich hatte wenig Hoffnung, dass sie jemals beantwortet wird.

Das Paper „Spatial analysis of global Bitcoin mining“ von einem Team chinesischer Wissenschaftler versucht nun, eben diese Frage zu beantworten.

Und ich bin aufgeregt, ob es gelingen wird!

Frag‘ den Mining-Pool

Die Methode der Forscher ist einfacher, als zu erwarten war. Sie haben kein magisches Verfahren gefunden, um die Miner hinter den Pools zu entdecken, sondern etwas sehr naheliegendes getan: Sie haben bei einigen Pools nach Daten gefragt. Welche, verraten sie nicht.

Die Mining-Pools haben den Forschern Daten zur Verfügung gestellt. Es handelt sich dabei nicht um IP-Adressen oder sonstige private Daten, sondern um geographische Orte. Die Pools haben ihre eigenen Daten nach Anweisungen der Forscher in diese aufgelöst. Das Ergebnis ist eine Tabelle mit 42.820 Zeilen. Diese Tabelle ist öffentlich einsehbar.

Das klingt einfach, plausibel und solide. Wenn man an der Methode nörgeln wöllte, könnte man vielleicht bemängeln, dass manche Miner ihre IP-Adressen durch VPNs oder Tor verschleiern, und dass die Pools, die Informationen an die Forscher weitergeben, womöglich nicht ausreichend repräsentativ sind.

Insgesamt aber gibt es wenig Gründe, an den Daten zu zweifeln. Was wir hier haben, ist ein wertvoller Datenschatz, der, wie die Forscher erwähnen, „hilft, das dezentrale Design von Blockchain-Technologien zu verifizieren, bestimmte Preiseffekte auf Kryptowährungen zu erkennen und akkurate Schätzungen über den Energieverbrauch und die Emissionen des Minings zu gewinnen.“

In der Tat: Schauen wir uns die Ergebnisse der Analyse an.

Mining an mehr als 6000 Orten

Es sei normal, zu denken, dass das Mining über die ganze Welt verstreut geschehe, schreiben die Forscher. Schließlich verhalten sich die technischen Voraussetzungen und ökonomischen Anreize überall gleich. Wo man Zugang zu günstigem Strom hat, lohnt sich das Mining.

Dennoch sei es „erstaunlich zu sehen, wie weit das Mining verstreut ist.“ Die gesammelten Daten zeigen, dass „Mining in mehr als 6000 geographischen Einheiten in 139 Ländern und Regionen stattfindet.“ Die Karte oben illustriert dies. Grüne Kreise, überall, selbst in Ländern, in denen es noch nicht mal Full Nodes gibt.

Die Miner arbeiten nicht nur an den üblichen, längst bekannten, altverdächtigen Orte – in China, auf Island, in den USA – sondern auch an überraschenden Plätzen, wo sie keiner vermutet hätte, etwa auf Tahiti oder in Malawi.

„Wenn man die Oberfläche der Erde durch ein hexagonales Raster aufteilt,“ erklären die Forscher,  „finden wir einen Fußabdruck des Minings auf 44,3 Prozent der Erdoberfläche.“ 44,3 Prozent! Fast die Hälfte.

Mining ist irrsinnig weit verteilt. Nicht nur stehen hinter jedem Pool tausende einzelner Miner – diese Miner sind auch mehr oder weniger auf die ganze Erdfläche verteilt. Diese Ergebnisse übertreffen noch die optimistischsten Erwartungen der Community!

Aber eine weite Verteilung bedeutet nicht, dass auch die Hashrate dezentral verteilt ist. Wenn wir diese betrachten, schwingt das Pendel wieder ein Stück zurück zur Zentralisierung.

Räumliche Zentralisierung, zeitliche Fluktuationen

Nach der reinen Bestandsaufnahme haben die Forscher die Daten analysiert. So haben sie etwa die Hashpower aggregiert und räumlich zugeordnet.

Dabei zeigte sich, dass 18 Top-Orte allein mehr als 61,8 Prozent der Hashpower stellten. „Die Miner konzentrieren sich nicht nur an wenigen Stellen, sondern bilden auch Cluster mit benachbarten Orten.“ Man erkennt das auf der folgenden Karte. Die tiefroten Flecken sind die 18 Hotspots. Die Welt wird plötzlich wieder klein und eng.

Mithilfe der statistischen Methode Moran’s I messen sie die räumliche Verteilung des Minings. Das Ergebnis „widerspricht stark der Hypothese von räumlicher Zufälligkeit“; es demonstriert „eine starke Tendenz zur Konzentration von Rechenleistung.“

Dabei offenbart sich auch, nicht wirklich überraschend, eine starke Korrelation zwischen der Hashrate und der verfügbaren Energie. Dabei ist die Korrelation mit fossilen Energien ein Stückchen stärker als mit erneuerbaren Energien. Aber e zeigt sich sehr deutlich, dass die Miner dorthin ziehen, wo es erneuerbare Energien im Überfluss gibt.

Neben der räumlichen untersuchen die Forscher auch die zeitliche Verteilung. Die Daten, auf denen sie aufbauen, decken den Zeitraum von Juni 2018 bis Mai 2019 ab. In diesem Zeitraum fluktuieren die Schwerpunkte des Minings – die Orte, an denen mehr als 100 Mining-Geräte stehen.

Diese Fluktuationen erklären sich durch vier Muster:

(1) Wenn der Preis sinkt, migrieren große Mining-Farmen an günstigere Orte, während kleine und individuelle Miner nicht oder nur träge reagieren. Der ökonomische Druck ist bei großen, professionellen Farmen einfach größer.

(2) Saisonale Effekte, etwa die Regenzeit, beeinflussen die Überschüsse bestimmter Energieformen, etwa Hydropower, vermutlich aber auch Solarstrom. Dies schlägt sich darin nieder, dass große Mining-Farmen ihre Standorte im Lauf der Jahreszeiten wechseln.

(3) Regulatorische Einflüsse haben einen dramatischen Effekt auf die Standortwahl der Miner. Steuervorteile ziehen sie an, Verbote oder hohe Steuern stoßen sie ab.

(4) Iterative Effekte meinen, dass die Miner zunächst eher zufällig einen Platz finden, weil sie damit beginnen, aus Neugier oder Idealismus den Miner anzuwerfen, sich dann aber im Lauf der Zeit professionalisieren und dabei lernen, ihren Standort zu optimieren.

In der Tat

Insgesamt, schlussfolgern die Forscher, sei das Mining weit verteilt, was die dezentrale Natur der Blockchain-Technologie unterstreiche. Dies gelte aber nicht uneingeschränkt:

„Wenn man allerdings die Rechenleistung betrachtet, besteht eine starke Tendenz zu räumlicher Konzentration, vor allem an Orten mit überschüssiger und günstiger Energie.“ Dieses Phänomen erhöhe die Gefahr von 51-Prozent-Angriffen und mache „das gesamte Netzwerk anfälliger für regulatorische Veränderungen, Katastrophen oder andere Beschränkungen bestimmter Orte.“ Wenn die Staatsmacht bei den Minern durchgreifen will, kann sie an einer Handvoll Orten sehr viel ausrichten.

Darüber hinaus erkennen die Miner in der räumliche Verteilung des Minings „einen der fundamentalen Faktoren, um den Energieverbrauch und die CO2-Emissionen des Minings abzuschätzen.“ Das, was bisher eher wilde Schätzungen ins Blaue waren, findet mit ihrer Analyse zumindest ein wenig mehr Halt in der empirischen Wirklichkeit.

Sie schlagen aufgrund der Daten vor, „ein globales Framework zu bilden, um das Mining so zu regulieren, dass es Miner motiviert, sich an Orten niederzulassen, wo es überschüssige erneuerbare Energien gibt.“ Eine solche Regulierung ist längst überfällig. Sie könnte das zentrale Instrument sein, um Mining von einem aktuell eher klimaschädlichen System zu einem Helfer der Energiewende zu machen.