Mining durch die Datenbrille

Hashrate und Hashvalue, Difficulty und Gebühren, Stromverbrauch und Pools: Das Bitcoin-Mining hat die wunderbare Eigenschaft, dass alles transparent ist. So können wir die wichtigsten Daten nachvollziehen und vorstellen.

Hashrate und Difficulty

Der absolut grundlegende Wert von Bitcoin ist die Hashrate: Wie viele Hashes produziert das Netzwerk der Miner je Sekunde? Die Hashes sind die „Arbeit“ der Miner. Sie sind das Ergebnis einer kryptographischen Operation (das „Hashen“). Für die Miner ist jedes Hash wie ein Los in einer Lotterie auf den Blockreward.

Die Hashrate ist demnach die globale Arbeitsleistung des Systems der Bitcoin-Miner. Sie wächst kontinuierlich.

Mittlerweile beträgt sie 622 Exahash je Sekunde. Die Miner produzieren also in jeder Sekunde 622 Trillionen Hashes. Eine Trillion ist eine Zahl mit 18 Nullen — Milliarden von Milliarden. Es gibt kein Computernetzwerk der Welt, das eine bestimmte Operation mit einer vergleichbaren Rechenkraft bearbeitet. Nicht annährend!

Das Wachstum der Hashrate hat sich im Lauf der letzten zwölf Monate verlangsamt, im Lauf der letzten drei stagniert sie sogar schon beinahe. Es scheint, als habe der Markt, trotz an sich günstiger Preise, einen Grad der Sättigung erreicht.

Mit der Hashrate korrespondiert die Difficulty. Sie meint die Wahrscheinlichkeit, mit der ein Hash – ein Los – den Block Reward gewinnt. Sie passt sich etwa alle zwei Wochen so an, dass es nur alle zehn Minuten einen Gewinner gibt – also einen neuen Block. Bei einer Hashrate von 622 EH/s bedeutet das, dass nur einer von 373,2 Trillirden Hashes ein Treffer ist.

Die Difficulty beträgt derzeit 88.404.402.371.000, was aber ein recht abstrakter Wert ist. Sie gibt eine bestimmte „Größe“ an, welche ein Hash unterschreiten muss, um zu einem gültigen Blockheader zu werden. Die Hash muss am Anfang eine bestimmte Anzahl Nullen am Anfang haben, derzeit 19 oder 20. Das sieht etwa so aus

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Oder so:

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Hashvalue und Hashprice

Für Miner wichtige Werte sind Hashvalue und Hashprice. Beide meinen im Grunde dasselbe: den Ertrag je Terahash und Tag. Das Value misst den Betrag in Bitcoin, der Price in Dollar. Beides ist hilfreich, um zu berechnen, ob und wie sich Mining lohnt.

Das Hashvalue sinkt dabei ebenso kontinuierlich, wie die Hashrate steigt. Derzeit sind es 72 Satoshi je Terahash und Tag. Wenn man mit einem Terahash arbeitet, verdient man 0,00000072 Bitcoin am Tag.

Dasselbe trifft auch auf den Hashprice zu, wenn auch um einige Größenordnungen weniger. Er liegt heute bei 0,047 Dollar und lag beispielsweise 2015 noch bei mehr als zwei Dollar.

Die Preissteigerung von Bitcoin mildert den Effekt zwar, kann ihn aber nicht ausgleichen: Der Wert eines Hashes inflationiert schneller, als Bitcoin an Wert gewinnt. Das Investment in einen Bitcoin-Miner – ein Gerät, das Hashes produziert – schmilzt rasch dahin. Vermutlich ist das ein typisches Merkmal eines Gutes, das industriell hergestellt wird – insbesondere, wenn es, wie bei Bitcoin, einen fast unbegrenzten Bedarf gibt.

Transaktionsgebühren

Die Miner erhalten derzeit einen Blockreward von 3,125 Bitcoin. Dies ist eine Art „Subvention“, die nicht nur die Miner für ihre Arbeit bezahlt, sondern auch die Bitcoin-Schöpfung reguliert. Diese Subvention läuft aus, sie halbiert sich alle vier Jahre. Der Plan ist, dass die Transaktionsgebühren einen zunehmenden Anteil an der Entlohnung der Miner nehmen und diese schließlich ganz stellen.

Dies gelingt bisher eher so lala. In Bitcoin je Block gibt es zwar im Lauf der Zeit immer wieder massive Ausbrüche, die auch, wie fast das ganze Jahr 2017 hindurch sowie von November 2023 bis Februar 2024, einen längeren Zeitraum abdecken können. Doch insgesamt findet der Gebührenertrag stets wieder auf ein sehr niedriges Level zurück, das zwischen 0,03 und 0,1 Bitcoin fluktuiert.

Im letzten Monat gab es noch nicht einmal einen soliden Ausbruch über 0,1 Bitcoin hinaus. Eine verlässliche Einnahmequellen sind die Gebühren, trotz gelegentlicher Spitzen, nicht. Sie sind eher ein willkommener Bonus, den man gerne einstreicht, als eine Grundlage für eine Kalkulation künftiger Einnahmen.

Dies zeigt auch der Wert der Gebühren als Anteil des Blockrewards:

Ein Chart der letzten zwei Wochen verdeutlich den eher trüben Zustand der Transaktionsgebühren. Es kam zu keinem nennenswerten Ausbruch, und der Anteil blieb in der Regel zwischen einem und zwei Prozent.

Ordinals, Inscriptions, BRC20-Token und schließlich Runes waren kurzzeitige Trends, die die Bitcoin-Gebühren für einige Wochen, teilweise sogar Monate massiv angehoben haben. Doch es ist ihnen nicht gelungen, über den Trend hinaus eine Anwendung zu etablieren, die dauerhaft einen nennenswerten Teil der Gebühren stellt. Für die User ist das bequem, weil sie so günstig überweisen können. Doch für die Miner und das Ökosystem im weiteren Sinne sollte die Stagnation beunruhigend sein. Wenn sich nichts ändert, werden die fehlenden Gebühreneinnahmen im Lauf der 2030er Jahre erhebliche Sicherheitsprobleme aufwerfen.

Bisher jedoch muss man sich um die Sicherheit des Systems keine Sorgen machen. Die tägliche Belohnung der Miner, also ihr Lohn, bestehend aus Blockreward und Gebühren, steigt stabil und fortlaufend, wenn auch mit Aus- und Einbrüchen. Das Wachstum des Preises gleicht bisher die Halbierung des Rewards mehr als nur aus.

Man kann diese täglichen Einnahmen durch die Anzahl der Transaktionen teilen, um auszurechnen, wie hoch die systemischen Kosten je Transaktion sind.

Analog zum vorherigen Chart ist, mit vielen Aus- und Einbrüchen, ein klarer Aufwärtstrend zu sehen. Die Kosten je Transaktion, gemessen in Dollar, werden immer höher. Je reifer Bitcoin wird, desto teurer werden Transaktionen. Immerhin scheint der Preis mit nun gut 40 Dollar am Tiefpunkt eines Marktzyklus angekommen zu sein, der 2021 begann, vielleicht schon 2020. Es gab seit 2019 selten Episoden, in denen Transaktionen so „günstig“ waren.

Interessant ist, wenn man die Kosten je Transaktion mit dem Preis vergleicht. Hier die lineare Darstellung:

Und hier die logarithmische:

Man erkennt einen gewissen Trend: Wenn die Kosten je Transaktion weit über dem Preis liegen (linear) oder sich diesem annähern (logarithmisch), befindet sich Bitcoin in einer Blase. Je tiefer die Kosten je Transaktion dagegen sinken, und je weiter der Abstand zwischen ihnen und dem Preis wird, desto eher ist der Bärenmarkt am Boden angekommen.  So Anfang 2013, Ende 2016, Anfang 2017, im Frühjahr 2020 … und nun wieder. Das könnte ein hübscher Indikator sein, der derzeit eine optimistische Prognose abgeben würde.

Etwas anders sieht die Welt aus, wenn man nicht die reinen Dollarkosten einer Transaktion betrachtet, sondern sie in Relation zum Volumen setzt.

Die relativen Kosten einer Transaktion sind im Lauf der vergangenen zwölf Monate gesunken. Sie betragen etwa 0,7 Prozent, was im Vergleich zu PayPal, Kreditkarte und EC relativ günstig ist.

Wenn man ein Stückchen weiter hinauszoomt, in die Gesamtsicht, erkennt man, dass die relativen Transaktionskosten seit 2011 kontinuerlich sinken. Dies ist erneut ein logarithmischer Chart, da nur er den starken Rückgang zeigen kann. Bitcoin wird also, trotz steigender Kosten je Transaktion selbst, im Verhältnis zum Volumen immer günstiger.

Das System skaliert, könnte man sagen, zwar keine Transaktionen, aber durchaus Werte.

Wo die Miner und ihre Pools zuhause sind

Eine nicht ganz einfache Frage ist, wo Mining stattfindet. Es existieren zwar mehrere Karten, doch sie spiegeln sämtliche die Karte der Forscher von Cambridge, die schon vor Jahren eingestellt wurde. Dementsprechend ist die Karte auf dem Stand von Januar 2022, was selbst dann, wenn sie zuverlässig wäre, weitgehend irrelevant für die schnelle Welt des Minings wäre. Es gibt zwar gelegentlich Forschungsprojekte, doch eine Echtzeit-Karte mit den Standorten der Miner ist nicht machbar.

Die farbigen Flächen auf der Bitcoin-Mining-Map von ChainBulletin können wir daher getrost ignorieren. Relevanter sind dagegen die roten Kreise mit schwarzem Punkt. Dies sind die Standorte der Server der Mining-Pools. Sie befinden sich oft in den USA, in Amsterdam und Franfkurt, Moskau, Hongkong und Singapur. Die Mining-Pools zentralisieren sich an den Knotenpunkten des freien Internets.

Vermutlich hilft eine zentrale Position an den Knotenpunkten des Netzes den Pools, rascher Hashes von ihren Minern zu bekommen, und rascher ihre frisch gefundenen Blöcke im Netz zu verteilen. Beides macht die Pools etwas effizienter und damit lukrativer für ihre Teilnehmer. Diese Zentralisierung spiegelt sich auch in der Hashrate je Pool wieder:

Dieses Tortendiagramm von Mempool.Space zeigt die Verteilung der Blöcke nach Mining-Pool in der vergangenen Woche. Der US-Pool Foundry führt mit mehr als einem Viertel, er und AntPool, ein Schwesterunternehmen des chinesischen Asic-Herstellers BitMain, stellen mehr als die Hälfte der Hashrate. Nimmt man noch ViaBTC und F2Pool hinzu, beide ebenfalls aus China stammend, teilen sich vier Pools bereits mehr als ein Dreiviertel der globalen Hashrate.

Dieses unschöne Verhältnis ist nicht nur eine Momentaufnahme. Die Verteilung der Blöcke auf ein ganzes Jahr hin bestätigt sie:

Die Kräfteverhältnisse im Mining sind also relativ stabil. Wirklich dezentral ist dies leider nicht mehr. Die Pools bündeln zwar lediglich die Hashrate, anstatt sie zu stellen, und bisher missbrauchen sie ihre Macht nicht. Doch wenn sich die zwei führenden Pools verbinden, können sie jederzeit 51-Prozent-Angriffe auf Bitcoin fahren, die Zensur bestimmter Transaktionen durchsetzen oder Protokoll-Änderungen durch Softforks erzwingen.

Wie viel Strom das Mining verbraucht

Schließlich kommen wir noch zur traditionsreichen Frage nach dem Stromverbrauch des Bitcoin-Minings. So viel wie Algerien, wie Belgien, um einen klassischen Vergleich zu bemühen?

Hierfür gibt der Bitcoin Energy Consumption Index der Universität Cambridge einen guten Anhaltspunkt. Er schätzt einen Korridor zwischen niedrigst- und höchstmöglichem Verbrauch und schätzt dann einen Mittelwert.

Laut Cambridge verbrauchen die Bitcoin Miner zwischen 10,2 und 27,13 Gigawatt, schätzungsweise demnach 16,7. Im Jahr verbrauchen sie dementsprechend zwischen 88,30 und 237,80 Terawattstunden, schätzungsweise 146,08. Dies entspricht 0,57 Prozent der globalen Strom- und 0,22 Prozent der globalen Energieproduktion. Als Land gesehen läge das Mining zwischen der Ukraine und Malaysia.