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Aufgeklärt: Fünf Mythen über den Energieverbrauch von Bitcoin

Ich gehe auf gängige Missverständnisse über konzeptionellen Grundlagen ein, die diese Technologie funktionieren lassen.

Bitcoins unglaublicher Kursanstieg ist mit ebenso sensationsheischenden Schlagzeilen über den Energieverbrauch einhergegangen. In diesem kurzen Hintergrundbericht werde ich fünf Mythen über den Energieverbrauch von Bitcoin entlarven, auf die Sie vielleicht gestoßen sind, wenn Sie die Nachrichten über Bitcoin verfolgt haben.

Mythos 1: Mining von Bitcoin verwendet riesige Mengen Strom für nutzlose Berechnungen!

Leute, die den durch Bitcoin erzielten Durchbruch in der Informatik nicht verstehen, gehen natürlich davon aus, dass Miner nur eines tun: Elektrizität verbrennen, um sich an neuen Bitcoins zu bereichern. Diese Kritiker irren sich. Aber es ist ein nachvollziehbarer Fehler, denn “Mining” ist als Begriff selbst bereits irreführend.

Wenn Sie das original Bitcoin White Paper von 2008 durchlesen, werden Sie das Wort “Miner” nicht finden, das die Menschen beschreibt, die wir heute als Miner bezeichnen. Das White Paper stellt einen Vergleich mit Goldgräbern an und das war’s dann auch schon. Der Autor bezeichnete die Bitcoin-Netzwerkteilnehmer im allgemeinen als “nodes”. Der Name “Miner” taucht 2010 erstmals in dem Internetforum BitcoinTalk auf und wurde zeitweise austauschbar mit dem Begriff “Minting” als “Münzprägung” verwendet. Wenn Technologien keine vereinheitlichenden Unternehmen oder Erfinder haben, die an ihnen arbeiten und sie branden, entstehen Begriffe, um sie zu beschreiben, organisch aus der Arbeitsgemeinschaft — so hängt die Terminology von der Community ab, die sie einsetzt.

“Mining” ist ein irreführender Begriff, weil er nur die halbe Geschichte erzählt. Bergleute aus der realen Welt nutzen teures Kapital, um eindrucksvolle Löcher in die Erde zu graben, um marktfähige Metalle, Mineralien und Edelsteine zu entdecken und zu gewinnen. Sie verbrauchen Ressourcen, um Werte zu bekommen. Ein Bitcoin-Miner tut dies zweifellos auch, aber er tut auch noch etwas anderes, was für Bitcoin ein Durchbruch in der Informatik und von grundlegender Bedeutung ist: Er validiert Daten in einem Computernetzwerk, das einen offenen Konsensmechanismus verwendet.

Es gibt bessere und ausführliche Erklärungen, wie Mining funktioniert, daher lassen Sie uns kurz über einen offenen Konsensmechanismus sprechen, der an und für sich schon nützlich ist, aber vor Bitcoin eben nicht möglich war.

Bitcoin ist nicht nur ein Vermögenswert, sondern primär ein Netzwerk von angeschlossenen Computern im Internet, die zusammen alle Bitcoin-Transaktionen zwischen den Teilnehmern protokollieren. Sie treten dem Netzwerk bei, indem Sie frei verfügbare Software auf einer mit dem Internet verbundenen Maschine ausführen, und wenn Sie sich anschließen, wird Ihr Computer Ihnen erlauben, Zahlungen in Bitcoin an und von anderen Computern zu senden und zu empfangen, und es wird auch helfen, eine ständig wachsende Liste aller Transaktionen zu speichern und zu aktualisieren, die Blockchain genannt wird. Die Menschen vertrauen Bitcoin als Wertspeicher und Tauschmittel zum Teil deshalb, weil jeder diese Blockchain und alle historischen Transaktionen (einschließlich ihrer eigenen), die bis zum Start des Netzwerks im Jahr 2009 zurückreichen, einsehen kann.

Was ist nun mit diesem oben erwähnten “offenen Konsensmechanismus”? Konsens bedeutet in diesem Zusammenhang nur Zustimmung. Wir versuchen nur, eine Reihe von Computern dazu zu bringen, sich zu einigen ohne, dass eine dritte Partei dabei involviert wird. Mechanismen zur Konsensbildung zwischen mehreren Computern gibt es seit den 1980er Jahren. Diese alten Mechanismen würden es beispielsweise ermöglichen, dass sechs IBM-eigene Rechenzentren miteinander synchronisiert bleiben und einige Daten speichern und aktualisieren können, die IBM wichtig sind und die redundant auf mehreren Rechnern gespeichert werden sollen.

Bitcoins Netzwerk ist auch redundant und speichert Daten (die Transaktionen) über eine Reihe von Computern hinweg, und es braucht diese Computer, um im Konsens zu bleiben. Bitcoins Innovation in der Informatik war die Erfindung des weltweit ersten offenen Konsensverfahrens. Unser IBM-Konsens-Beispiel erlaubt nur eine bestimmte Anzahl von Computern (d.h. sechs Rechenzentren) gleichzeitig teilzunehmen, und nur Computern, die von IBM autorisiert wurden, können teilnehmen (ähnlich wie ein Intranet). Bitcoins Konsensus-Mechanismus erlaubt es, einer unbegrenzten Anzahl von Computern teilzunehmen und jeder kann teilnehmen (also ähnlicher dem Internet als Vernetzung von Netzen). Das ist es, was mit einem offenen Konsensmechanismus gemeint ist. Dies ist auch der Grund, warum die Leute sagen, dass Bitcoin “dezentralisiert” ist, und warum es richtig ist, Bitcoin peer-to-peer digitales Bargeld zu nennen, verglichen mit dem zentralisierten digitalen Geld, das von einem Unternehmen wie PayPal geschaffen wurde, das die Zahlungsdaten sichert und entscheidet, wer neue Zahlungsdaten hinzufügen kann.

Ältere, geschlossene Konsensmechanismen bleiben synchron, indem zuvor identifizierte Teilnehmer abwechselnd neue Daten in den Datensatz einfügen und sie sind sicher, weil nur identifizierte Teilnehmer Daten hinzufügen dürfen. Wenn Sie eine unbegrenzte Anzahl von unbekannten Teilnehmern haben, wie können Sie eine Reihenfolge in der Abarbeitung schaffen und wie schließen Sie aus, dass einzelne keinen Betrug am System begehen? An dieser Stelle kommt der Mining ins Spiel. Es gibt bereits viele Artikel zu diesem Thema, aber hier sind die Highlights als Spiegelpunkte:

  • Die Miner werden “per Lotterie” ausgewählt
  • Ein Gewinner wird alle 10 Minuten durch einen Algorithmus ermittelt
  • Um ausgewählt zu werden, müssen Sie eine aufwändige und überprüfbare Rechenarbeit durchführen (Lotterielose haben nicht-triviale Kosten).
  • Miner, die versuchen, ungültige Transaktionen in die Blockchain zu integrieren, werden nicht ausgewählt.

Dieser Mechanismus macht Betrug nicht unmöglich, da die Miner Kosten tragen, um überhaupt in der Lotterie teilnahmeberechtigt zu sein, und sie verlieren ihre Berechtigung, wenn sie versuchen, ungültige Transaktionen einzureichen. Ein Angriff wird nicht funktionieren und man verliert dabei Geld.

Um die Lotterie fair zu halten, steigt der Preis eines Loses, wenn die Leute mehr davon kaufen, d.h. die Bergleute müssen konkurrieren. Wenn also viele Menschen bereit sind, Rechenarbeit beiszusteuern, um sich dem Konsens anzuschließen, dann werden die Kosten für die Teilnahme steigen, da die Rechenarbeit, die Sie leisten müssen, immer schwieriger wird. Mehr Berechnungen bedeuten mehr Strom und das ist nach einiger Zeit der Grund, warum der Stromverbrauch von Bitcoin gestiegen ist.

Sie konnten denken, dass dieses alles ein umständliches und unpraktisches Vorgehen ist. Wenn Sie das tun, fangen Sie an, Bitcoin zu verstehen! Es ist in der Tat kompliziert, aber im Moment ist es der einzige Mechanismus, der es einer großen Anzahl von nicht identifizierten Computern ermöglicht, sich über gemeinsame Daten zu einigen, und somit der einzige Weg, um Peer-to-Peer-Electronic-Cash zu haben. Der Energieverbrauch ist alles andere als nutzlos, er sichert Daten über Transaktionen im Wert von Hunderten von Milliarden Dollar. Anders als die Energie, die von einem Goldgräber verbraucht wird, geht es direkt um die Bereitstellung eines öffentlichen Gutes: Online-Peer-to-Peer-Zahlungsinfrastruktur, die jeder auf der Erde mit einem Smartphone und einer Internetverbindung nutzen kann.

Mythos 2: Der Energieverbrauch skaliert mit Anzahl der Transaktionen. Sollte Bitcoin jemals auf globale Transaktionsvolumina kommen, würde es die Weltmeere zum Kochen bringen!

Ich habe herzlich bei dieser These gelacht, denn das ist schlichtweg falsch. Wie wir oben erfahren haben, steigt oder sinkt der Energieverbrauch der Miner mit der Menge des Wettbewerbs zwischen den Bergleuten, nicht mit der Anzahl der Transaktionen, die validiert werden. Die Validierung digitaler Signaturen verbraucht eine geringe Menge an Rechenleistung. Ihr 5 Jahre alter Laptop kann eine Signatur in Millisekunden verifizieren, und es wäre schwer für Sie, auch nur einen winzigen Hinweis dieser Arbeit in Ihrer Stromrechnung zu erkennen.

Warum gibt es so viel Konkurrenz, die so viel Energie verbraucht? Die Antwort lautet: Wirtschaft. Bitcoins sind im Moment teuer und alle 10 Minuten bekommt ein Miner 12,5 glänzende frisch geprägte Coins. Dieser Wettbewerb ist gesund, weil er bedeutet, dass der Aufwand für die Absicherung des Netzwerks automatisch mit dem Wert der Transaktionsdaten auf der Blockchain skaliert. Je mehr Wert auf das Bitcoin-Netzwerk gelegt wird, desto mehr Ressourcen werden für die Sicherheit des Netzwerks aufgewendet. Das ist ein bemerkenswerter Kontrast zu Daten, die beispielsweise von Equifax oder einem anderen großen Datenunternehmen gesichert werden, bei dem der Aufwand für die Sicherung von Daten mit der Einschätzung von Risiken und Haftungsangst durch die Manager eines Unternehmens skaliert.

Noch eine letzte Sache zu diesem Wettbewerb. Es kann mit der Zeit weniger heftig werden. Die Belohnung für neue Münzen halbiert sich alle vier Jahre, bis sie effektiv auf Null runtergeht. Miner werden weiterarbeiten, weil sie auch Gebühren sammeln können, die die Nutzer des Netzwerks ihren Transaktionen hinzufügen, aber die Gesamtzahlung für einen gewinnenden Miner wird wahrscheinlich geringer sein als heute, selbst wenn der Preis für ein Bitcoin weiter steigt. Kleinere Belohnungen bedeuten weniger Rechenleistung für den Gewinn und weniger Stromverbrauch. Das System wird sich selbstregulierend herunterregeln.

Mythos 3: Kreditkartentransaktionen sind viel billiger und energieeffizienter als Bitcoin-Transaktionen

Das ist ein Vergleich zwischen Äpfeln und Birnen, die den Zahlungsabwicklern und Banken sehr entgegen kommt. Eine Kreditkartentransaktion ist keine beglichene Zahlung. Es ist eine Zahlungsermächtigung, lediglich der Beginn eines komplizierten Tanzes zwischen nicht weniger als fünf Mitspielern (dem Karteninhaber, der kartenausgebenden Bank, dem Kartennetzwerk, der Akzeptanzbank des Händlers und dem Händler). Schließlich (denken Sie bitte in Tagen oder sogar Wochen) wird die autorisierte Zahlung durch dieses Netzwerk von Teilnehmern geschleust und es endet erst, wenn Sie Ihre Kreditkartenrechnung bezahlen, aber es geschieht sicherlich nicht mit einem einem Swipe, Klick oder auf Knopfdruck. Gleiches gilt übrigens für eine (SEPA-)Überweisung. Eine Banküberweisung ist für den Kunden völlig untransparent und findet nicht nur zwischen zwei Banken statt — auch wenn es einem so vorkommt. Oft sind auch bei nationalen Überweisungen 4–5 Banken und Zahlungsabwickler beteiligt.

Im Gegensatz dazu wird eine Bitcoin-Transaktion in dem Moment abgewickelt, in dem sie auf die Blockchain trifft (aber Sie sollten etwa eine Stunde warten, um eine höhere Sicherheit zu gewährleisten). Und es durchläuft nie irgendwelche klobigen analogen Institutionen auf seinem Weg in die Blockchain. Der Miner, der es in einen Block gelegt hat, hat wahrscheinlich einen Haufen Elektrizität verbraucht, das ist wahr, aber dieser Betrag ist wesentlich geringer als die Energie, die es kostet, um nicht weniger als drei Fortune 500-Finanzunternehmen für ein paar Tage unter Volldampf zu halten.

Mythos 4: Bitcoin Miner sind und bleiben Umweltverschmutzer!

Der Energieverbrauch ist an sich nicht schlecht. Es sind die Treibhausgase, die schlecht sind, aber es ist keine Selbstverständlichkeit, dass Bitcoin die Treibhausgasemissionen langfristig verschlechtern wird. Es ist eigentlich so, dass wenn Bitcoin Mining der dominierende Treiber des Energieverbrauchs auf dem Planeten würde, dann könnte das eine gute Sache für die Umwelt sein. So wie die Revolution in der Unterhaltungselektronik die massiven Effizienzsteigerungen in der Computertechnik, die als Moore’s Law bekannt sind, vorangetrieben hat, könnte die Bitcoin-Revolution eine ähnliche Innovationsexplosion bei sauberer, effizienter Energie auslösen.

Die Aluminiumverhüttung verbraucht etwa 3% der gesamten globalen Energieversorgung, dennoch lesen wir keine Artikel, die bei der Produktion von Unibody MacBook Pros Alarm schlagen, wie wir es von Bitcoin kennen. Das Schmelzen wird nicht oft als Problem angesehen, da die Schwerindustrie die Effizienz der Elektrizitätsnutzung vorantreibt. Warum? Weil die Schwerindustrie ein großer Abnehmer ist und die sind immer auf der Suche nach der billigsten Stromquelle.

Die Schwerindustrie kann in der Regel überall angesiedelt sein und die Stromkosten machen in der Regel einen großen Teil der Gesamtkosten aus. Elektrizität macht 40-45% der Kosten für die Herstellung von Chemikalien (wie z.B. Chlorherstellung) aus und satte 30-50% der Kosten für die Stahl- und Aluminiumverhüttung. Das bedeutet, dass sich die Schwerindustrie dort ansiedeln wird, wo die Kosten niedriger sind, und zwar dort, wo Strom erschwinglich ist, weil seine Produktion effizienter ist. Die Nachfrage treibt das Angebot an und belohnt damit diejenigen, die billigere Formen der Stromerzeugung entwickeln. In letzter Zeit war das eine grüne Angelegenheit. Der billigste Strom auf dem Planeten ist jetzt Wind- und Solarenergie. Auch Geothermie und Wasserkraft sind Spitzenreiter und müssen sich nicht mit Speicherproblemen auseinandersetzen.

Allerdings sind die Stromkosten für den typischen Besitzer der Schwerindustrie nicht immer die erste Wahl. Sie können teure, schmutzige Energie in Kauf nehmen, wenn andere Kosten ihre Entscheidungsfindung vorantreiben. Die Industrie ist auch gerne dort, wo ihre Kunden sind, wo es billig ist, Materialinputs wie Metall zu liefern, und wo die Regierungen ihnen Subventionen gewähren, um das industrielle Wachstum zu fördern.

Aber die Stromkosten sind für einen Bitcoin Miner noch wichtiger als die typische Schwerindustrie. Die Stromkosten können 30-70% der gesamten Betriebskosten betragen. Außerdem brauchen sich die Bitcoin-Miner keine Sorgen über die Geographie ihrer Kunden oder die Transportwege der Materialien zu machen. Bitcoins sind digital, sie haben nur zwei  eingangswerte (Strom und Hardware) und die Netzwerklatenz ist trivial im Vergleich zu einem LKW voller Stahl. Ein Miner verlegte eine ganze GPU-Farm durch die USA wegen billiger Wasserkraft im pazifischen Nordwesten und, wie er sagte: “Es lohnt sich!”. Das ist auch der Grund, warum wir Miner in Island oder anderen Orten mit Überkapazitäten sehen. Abgesehen von schönen Aussichten finden Sie im Land der Vulkane und Wasserfälle reichlich geothermische und hydraulische Energie.

Wenn Bitcoin Mining tatsächlich damit beginnt, riesige Mengen der globalen Stromversorgung zu verbrauchen, wird es, so folgt es, zu einem massiven Wachstum der effizienten Stromerzeugung führen – d.h. die grüne Energie-Revolution. Moore’s Law war zum Teil eine Geschichte über unglaubliche Fortschritte in der Materialwissenschaft, aber es war auch eine Geschichte über unglaubliche Nachfrage nach Computern, die diese Fortschritte trieb und die Halbleiterforschung und -entwicklung profitabel machte. Wenn Sie eine Moore’s-Law-ähnliche Revolution in der Energie sehen wollen, dann sollten Sie sich für und nicht gegen Bitcoin einsetzen. Tatsache ist, dass das Bitcoin-Netzwerk im Moment alle 10 Minuten ein Kopfgeld von 200.000 Dollar (die Bergbau-Belohnung) für die Person bereitstellt, die die billigste Energie auf dem Planeten finden kann. Haben Sie billigen grünen Strom? Bitcoin könnte dafür sorgen, dass es sich lohnt, mehr davon zu haben.

Mythos 5. Die Bitcoinerstellung wird mit der Zeit nicht effizienter, sondern nur noch schlimmer!

Wir haben bereits erfahren, dass der Energieverbrauch nicht mit der Anzahl der Bitcoin-Transaktionen zunehmen wird. Wie sich herausstellt, besteht jedoch eine gute Chance, dass der Energieverbrauch konstant bleibt oder sogar abnimmt, während die Anzahl der Transaktionen sprunghaft ansteigt. Es gibt große Anstrengungen, um Second-Layer-Netzwerke oder neue offene Konsensverfahren zu entwickeln, die Tausende oder gar Millionen von Transaktionen pro Sekunde ermöglichen könnten. Diese Skalierungslösungen verfolgen verschiedene Ansätze. Das Lightning-Netzwerk und ähnliche Zahlungskanal-Infrastrukturen zielen darauf ab, Batch-Abwicklung von mehreren Transaktionen zu ermöglichen, indem nur zwei Transaktionen in die Blockchain selbst geschrieben werden (die Öffnung und die Schließung eines Zahlungskanals) und es verfügt über automatische Kontrollmechanismen, so dass Sie nicht auf die Ehrlichkeit der Person vertrauen müssen, die die Batch-Abwicklung in Ihrem Namen durchführt.

Andere Entwickler experimentieren mit neuen offenen Konsensmechanismen, die eine massive Skalierung ermöglichen und gleichzeitig den Energieverbrauch reduzieren. Erinnern Sie sich daran, dass der Konsensmechanismus von Bitcoin eine eingebaute Lotterie hat, bei der die Bergleute um den Sieg konkurrieren? Erinnern Sie sich auch daran, dass jeder Lottoschein einen Preis hat, der in nachprüfbaren Berechnungen gemessen wird. Diese Berechnungen werden als “Proof-of-Work” bezeichnet und wir bezeichnen Bitcoins-Konsensmechanismus oft als Proof-of-Work-basiert.

Die Entwickler von Ethereum, um nur ein Beispiel zu nennen, experimentieren jetzt mit dem Konsensmechanismus “Proof-of-Stake” namens Casper. In einem Konsensus-Mechanismus, bei dem es sich um einen Beweis handelt, konkurrieren Bergleute (oder Validatoren) immer noch miteinander, um eine Lotterie zu gewinnen, aber Tickets sind nachweislich kostspielig, weil die Teilnehmer beweisen, dass sie einen Anteil an einer bestimmten Menge der durch die Blockchain gesicherten Kryptowährung besitzen oder haben. Es wäre vielleicht angemessener, diese Konsensteilnehmer als “Staker” (Jemand, der einen Einsatz macht oder ein Pfand hinterlässt) zu bezeichnen als Miner, aber wer weiß, welcher Name haften bleibt oder ob der”Proof-of-Stake” sicher genug und nachhaltig wirksam ist wie der”Proof-of-Work”. Die eine Sache, die wir sicher wissen, ist, dass es keinen Mangel an innovativem Denken gibt und, dass die Krypto-Währungsrevolution viel grüner ausfallen könnte, als Sie sich zur Zeit vorstellen können.