Bitcoin Mining-Schwierigkeit: Definition, Anpassung und Bedeutung

Die Bitcoin-Schwierigkeit ist ein Maß dafür, wie viele Hashes im Durchschnitt generiert werden müssen, um einen gültigen Hash für den nächsten Bitcoin-Block zu finden. Die aktuelle (19.07.2024) Mining-Schwierigkeit liegt bei 82.05 T, was bedeutet, dass ein Miner im Durchschnitt 80 Billionen (80 * 10^12) Versuche (Hashes) benötigt, um einen gültigen Hash zu finden.

Um sicherzustellen, dass neue Blöcke in einem konstanten Zeitintervall generiert werden, wird diese Schwierigkeit regelmäßig angepasst.

Die Anpassung der Mining-Schwierigkeit (difficulty adjustment)

Das „difficulty adjustment“, oder auf Deutsch die Schwierigkeitsanpassung findet alle 2016 Blöcke statt und regelt die Geschwindigkeit, mit der neue Blöcke zur bestehenden Blockchain hinzugefügt werden. Die Anpassung sorgt dafür, dass die durchschnittliche Zeit zwischen dem Finden von zwei Blöcken ungefähr 10 Minuten beträgt, unabhängig davon, wie viele Miner und wie viel Rechenleistung im Netzwerk aktiv sind.

So erklärt es auch Satoshi Nakamoto im Bitcoin Whitepaper:

Um die zunehmende Hardware-Geschwindigkeit und das schwankende Interesse am Betrieb von Knotenpunkten im Laufe der Zeit auszugleichen, wird die Proof-of-Work-Schwierigkeit durch einen gleitenden Durchschnitt bestimmt, der auf eine durchschnittliche Anzahl von Blöcken pro Stunde abzielt. Wenn sie zu schnell generiert werden, steigt die Schwierigkeit.

Die Schwierigkeitsanpassung ist einer der wichtigsten Mechanismen im Bitcoin-Netzwerk und sorgt dafür, dass der Betrieb des Netzwerks berechenbar ist und konstant bleibt.

Wie funktioniert die Schwierigkeitsanpassung?

Die Schwierigkeitsanpassung bei Bitcoin ist vergleichbar mit einem Thermostat, das die Temperatur in einem Raum regelt. Wenn es im Raum zu kalt wird, schaltet das Thermostat die Heizung ein, und wenn es zu warm wird, schaltet das Thermostat die Heizung aus. Bei Bitcoin wird die „Temperatur“ durch die Geschwindigkeit repräsentiert, mit der neue Blöcke zur bestehenden Blockchain hinzugefügt werden. Ziel ist es, diese Geschwindigkeit so zu regulieren, dass durchschnittlich alle 10 Minuten ein neuer Block hinzugefügt wird.

Wenn neue Miner dem Netzwerk beitreten und damit die Hashrate erhöhen, steigt die Geschwindigkeit, mit der neue Blöcke gefunden werden (Die Temperatur im Raum steigt). Um das zu verhindern, wird die „Schwierigkeit“ für das Finden eines neuen Blocks vom Netzwerk erhöht (Das Thermostat schaltet die Heizung aus). Umgekehrt, wenn Miner das Netzwerk verlassen und damit die Hashrate sinkt, dauert es länger, um einen neuen Block zu finden (Die Temperatur im Raum sinkt). Um das zu verhindern, wird die „Schwierigkeit“ für das Finden eines neuen Blocks vom Netzwerk verringert (Das Thermostat schaltet die Heizung an). So bleibt die Zeit zwischen zwei Blöcken oder die Temperatur im Raum konstant.

Beispiel

Nehmen wir an, die letzten 2016 Blöcke wurden in 19.008 Minuten gefunden, statt in den vorgesehenen 20.160 Minuten (2016 Blöcke * 10 Minuten). Das bedeutet, dass Blöcke schneller gefunden wurden als erwartet (im Durchschnitt 9,43 Minuten pro Block statt 10 Minuten).

• Altes Ziel: Angenommen, das aktuelle Ziel sei 0x1b0404cb. Diese hexadezimale Zahl definiert den Schwellenwert, bis zu dem ein Hash als gültig betrachtet wird.
• Berechnung: Die tatsächliche Zeit von 19.008 Minuten wird durch die erwartete Zeit von 20.160 Minuten geteilt, was etwa 0,9427 ergibt. Das neue Ziel wird dann durch Multiplikation des alten Ziels mit diesem Verhältnis berechnet.
• Neues Ziel: 0x1b0404cb * 0,9427 wäre das neue Ziel, was bedeutet, dass der Schwellenwert niedriger wird, die Menge der Hashes, die als gültig akzeptiert werden, sinkt und damit die Schwierigkeit einen solchen Hash zu finden steigt.

In der Praxis bedeutet ein höherer Zielwert, dass es leichter wird, einen gültigen Block zu finden, weil mehr potenzielle Hash-Werte als gültig akzeptiert werden. Umgekehrt bedeutet ein niedrigerer Zielwert, dass es schwieriger wird, einen gültigen Block zu finden, weil weniger potenzielle Hash-Werte als gültig akzeptiert werden. Durch die Anpassung dieses Zielwerts stabilisiert sich die Blockfindungsrate wieder auf die angestrebten 10 Minuten pro Block.

Historische Daten

Das folgende Diagramm zeigt die Schwierigkeitsanpassungen seit Beginn des Bitcoin-Netzwerks im Jahr 2009. Wie man erkennen kann, ist die Volatilität dieser Anpassungen über die Jahre deutlich gesunken.

Das liegt daran, dass das Bitcoin-Netzwerk im Laufe der Jahre enorm gewachsen und dadurch stabiler geworden ist. Früher war das Mining von Einzelpersonen mit Heimcomputern geprägt, was zu großen Schwankungen führte. Mit der Zeit haben professionelle Mining-Farmen mit spezialisierter Hardware (ASICs) die Mining-Industrie übernommen, was eine stabilere und gleichmäßigere Hashrate zur Folge hatte.

Das nächste Diagramm zeigt die Mining-Schwierigkeit seit Beginn des Bitcoin-Netzwerks in absoluten Zahlen. Vergleicht man die Mining-Schwierigkeit mit der Netzwerk-Hashrate, kann man den Zusammenhang zwischen den beiden Metriken deutlich erkennen.

Je höher die Hashrate → desto höher die Mining-Schwierigkeit.