Bitcoin, Ethereum & Monero Mining Unterschiede

Grundsätzliches

  • Bitcoin (BTC) benötigt ASIC Miner (z.B. Antminer)
  • Ethereum (ETH) benötigt GPU Miner (z.B. AMD, Nvidia, alternativ FPGAs)
  • Monero (XMR) benötigt CPU Miner (z.B. AMD Ryzen)

Das Mining wird von Hochleistungscomputern durchgeführt, die komplexe mathematische Probleme lösen. Diese Probleme sind so komplex dass sie selbst leistungsstarke Computer überfordern.

Beim Mining entstehen zwei Ergebnisse.

  1. Wenn Computer diese komplexen mathematischen Probleme im Bitcoin Netzwerk lösen, produzieren sie neue Bitcoin (nicht unähnlich dem Abbau von Gold aus dem Boden).
  2. Und zweitens machen die Bitcoin Miner das Bitcoin-Zahlungsnetzwerk vertrauenswürdig und sicher, weil sie die Transaktionsdaten verifizieren indem sie die mathematischen Probleme lösen.

Wenn jemand Bitcoin irgendwohin sendet, nennt man das eine Transaktion. Transaktionen, die in Geschäften oder online getätigt werden, werden von Banken, Kassensystemen und physischen Quittungen dokumentiert. Bitcoin Miner erreichen dasselbe, indem sie Transaktionen in Blöcken zusammenfassen und zu einer öffentlichen Aufzeichnung namens Blockchain hinzufügen. Die Knotenpunkte führen dann Aufzeichnungen über diese Blöcke, so dass sie auch in Zukunft überprüft werden können.

Der Unterschied zwischen ASIC-, GPU- und CPU-Mining

Was ist eine CPU?

Die Zentraleinheit (CPU) ist der Hauptchip in jedem Computer, Telefon, Fernseher usw. der für die Verteilung von Anweisungen auf die Komponenten auf dem Motherboard verantwortlich ist.

Die CPU gilt als das Gehirn des Computers und ist der vielseitigste der von uns behandelten Chips. Diese Vielseitigkeit hat jedoch ihren Preis. Da es der Alleskönner sein soll, verbraucht es mehr Strom und ist bei einigen Funktionen langsamer als die spezialisierteren Chips.

Zu dem Zeitpunkt, als Bitcoin der Bitcoin erfunden wurde bestand die einzige Möglichkeit zum Mining darin, die Central Processing Unit (CPU) auf dem PC und die Bitcoin-Core-Wallet zu verwenden. Intel und AMD waren die bekanntesten Namen bei CPUs, als Bitcoin veröffentlicht wurde konnte man mit einer CPU nur 100 Münzen pro Tag schürfen. Aufgrund von ASIC ist es jedoch unmöglich, Bitcoin mit der CPU zu minen.

Die CPU wurde entwickelt, um zwischen verschiedenen Aufgaben zu wechseln. Hash erfordert einen Arbeitsnachweis bei mathematischen Berechnungen und die CPU hat weniger arithmetische logische Einheiten, sodass die CPU in Bezug auf die Leistung bei großen Berechnungen relativ langsam ist. Die CPU hat die Fähigkeit, verschiedene Coins wie Zcash, Nexus, Hold Coin, Reicoin zu minen.


Vorteile von CPU-Mining

1. Keine spezielle Hardware erforderlich.
2. Ein sehr guter Ausgangspunkt, um ins Mining einzusteigen.
3. Unschätzbare Bildungserfahrung.
4. Es macht Spaß.

Nachteile von CPU-Mining

1. Stromkosten.
2. Nicht mehr profitabel.
3. Ständige Abnutzung Ihrer CPU.

Was ist eine GPU

Die Graphics Processing Unit (GPU), also die Grafikkarte hat ähnlich wie die CPU einen ganz anderen Zweck und eine ganz andere Funktion.

Die GPU wird normalerweise betrachtet um Grafiken einfach zu verarbeiten und auf einem Bildschirm auszugeben. In den letzten Jahren wurden sie jedoch aufgrund ihrer Parallelverarbeitung und ihrer hohen Durchsatzfähigkeiten in viele andere Funktionen integriert.

Um das noch etwas weiter aufzuschlüsseln, wird die GPU komplexe Probleme in Millionen von separaten Aufgaben aufteilen um sie gleichzeitig zu lösen. Aufgrund seiner Architektur kann es die CPU nicht ersetzen, aber es kann nebenher arbeiten.

Als das Mining von Kryptowährungen an Popularität gewann, wurde die GPU verwendet um die verwendeten komplexen mathematischen Algorithmen zu lösen. In jüngerer Zeit sind GPUs führend in den Bereichen KI, Computer Vision und Super Computing.

Vorteile des GPU-Mining

  1. GPU ist sehr gut in komplexen Berechnungen.
  2. Leichte Beschaffung.
  3. Standardhardware.
  4. Hoher Wiederverkaufswert.
  5. Aufrüstbar.

Nachteile von GPU-Mining

  1. Hohe Leistungsaufnahme.
  2. Nicht so leistungsfähig wie ASICs.
  3. Geringerer Gesamtwirkungsgrad im Vergleich zu ASICs.
  4. Erfordert große Ausrüstung.
  5. Kann bestimmte Münze nicht abbauen.

Was ist ein ASIC Miner?

Der anwendungsspezifische integrierte Schaltkreis (ASIC) ist ein Siliziumchip, der für eine bestimmte Logikfunktion entwickelt wurde.

Im Gegensatz zu vielen anderen Chips die wir hier besprochen haben, kann der ASIC nur die Aufgabe ausführen für die er gebaut wurde. Es kann nicht geändert werden.

Aus diesem Grund werden ASICs typischerweise in einem Produkt verwendet, das große Produktionszahlen hat und nicht zum Debuggen eines Systems verwendet wird.

Der ASIC ermöglicht es, eine beträchtliche Menge an Schaltungen auf einem einzelnen Chip zu integrieren. Dadurch bleiben die Kosten bei Großserien niedriger als bei der Verwendung anderer Technologien.

Der ASIC verbraucht im Vergleich zu den oben genannten Chips auch weniger Strom für die Rechenleistung und ist kleiner. Ein ASIC wird auch billiger zu montieren und zuverlässiger sein (weil weniger Teile vorhanden sind).

Vorteile des ASIC-Mining

  1. Geringer Stromverbrauch pro Rechenoperation im Vergleich zu anderen Mining Methoden.
  2. Eine sehr hohe Hash-Rate für eine bestimmte Münze.
  3. Physische Größe (viel kleiner und leichter für ähnliche Leistung).
  4. Hohe Gewinnspanne.

Nachteile von ASIC-Mining

  1. Die Kosten können sehr hoch sein.
  2. Anwendungsspezifisch, zum Beispiel kann Litecoin ASIC nur Litecoin minen.
  3. Niedriger Wiederverkaufswert.
  4. Kurze Lebensdauer.
  5. Nicht aktualisierbar.

Die Entwicklung des Minings: CPU, GPU, ASIC… Phala

Die Anfänge der Kryptowährung: CPU-Mining

Das erste Mining von Kryptowährungen fand auf dem gemeinsamen Chip im Zentrum jedes Computers statt der CPU. Die ersten Bitcoins wurden am 3. Januar 2009 geschaffen und von Satoshi Nakamoto auf seinem PC geschürft.

Das „Mining“ dient mehreren Zielen:

  • Es erzeugt einen eindeutigen Hash für jeden Block von Transaktionen. Die Konsensregeln des Bitcoin Systems verlangen bestimmte Eigenschaften des Hashes die es schwierig machen ihn zu finden und den Inhalt des Blocks überprüfbar, nicht fälschbar und nachvollziehbar zu machen.
  • Die Konsensregeln verlangen, dass jeder Block den Hash des vorherigen Blocks enthält und eine Kette bildet. Wenn jedoch zwei Schürfer jeweils einen anderen Block als „nächsten“ Block erzeugen, werden sie nicht übereinstimmen, und das System muss einen Weg finden zu entscheiden welcher dieser neuen Blöcke die echte Kette fortsetzen wird.
  • Die Regeln schreiben auch vor, dass die Kette mit der meisten kumulierten Arbeit in den Hashes die wahre Kette ist und jede Unstimmigkeit beseitigt. Das bedeutet auch dass jeder Versuch, die letzten Blöcke der Kette neu zu schreiben, eine enorme Menge an Arbeit erfordern würde um gültige Hashes zu erzeugen, mehr als die gesamte Arbeit die bereits für alle diese Blöcke zusammen aufgewendet wurde. Die Kombination dieser Consensus-Regeln bildet die grundlegende Basis des dezentralen Sicherheitsmodells von Bitcoin. Es wird davon ausgegangen, dass die kumulative Arbeit, die zur Erstellung der Hashes einer Kette von Blöcken geleistet wird, mehr Arbeit ist, als irgendjemand sonst leisten könnte, was die Kette gegen Änderungen absichert, ohne dass eine „Autorität“ die Dinge diktieren kann.
  • Schließlich erlauben die Konsensregeln dem Schürfer, der einen qualifizierten Hash findet, für sich selbst neue Bitcoin zu verdienen. Diese Belohnung bietet gleichzeitig Anreize für Miner zu schürfen und sorgt für die Ausgabe neuer Bitcoin im Laufe der Zeit.

Dieser vierte Punkt erklärt, warum Miner schürfen – wegen des Verdienstes! Aber ihre Arbeit ist notwendig, um die ersten drei Punkte zu erfüllen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass ein PoW-Konsenssystem die Arbeit untrennbar mit der Sicherheit des Netzwerks verbindet. Die Arbeit die die Blockchain sichert ist die Arbeit die die Kryptowährung einbringt.

Aber diese Arbeit besteht einfach aus Berechnungen, die gemacht werden um den passenden Hash zu finden, was man angesichts der Menge an Rechenressourcen, die dafür aufgewendet werden, als Verschwendung bezeichnen könnte.

Die „Arbeit“ des Krypto Minings… und der Aufstieg der GPU

Es hat sich herausgestellt, dass bestimmte Arten von Berechnungen auf GPUs (Graphics Processing Units) effizienter sind als auf CPUs, und dies gilt für die speziellen Berechnungen, die beim Bitcoin Mining verwendet werden (SHA256-Hashing). Ein einziger Grafikprozessor könnte Dutzende von CPUs ausstechen. Miner sprachen im ersten Jahr des Bitcoin-Minings darüber. Und als am 18. September 2010 die erste GPU-Mining-Software veröffentlicht wurde, wurden viele frühe Bitcoin Miner zu GPU-Minern. Bald wurden Mining Rigs, die aus mehreren High-End-Grafikkarten bestanden üblich. GPUs waren den CPUs schnell so weit überlegen, dass CPU-Miner mehr Geld für Strom verloren, als sie in BTC verdienen konnten.

Was macht GPUs für das Mining besser?

Erinnern Sie sich daran, dass die Miner bei PoW dieselbe Hash-Berechnung mit Zahlen, die sie nur einmal verwenden können (Nonces), immer und immer wieder wiederholen müssen, bis sie über eine Nonce stolpern, die einen Hash erzeugt, der die Schwierigkeitsbedingung erfüllt?

Mit diesem Wissen über PoW-Algorithmen können wir nun CPUs mit GPUs vergleichen und sehen, warum eine der beiden besser funktioniert.

Ein CPU-Chip verfügt über eine Verzweigungsvorhersageeinheit, Speichereinheiten und ein paar Verzweigungsmodule. Eine CPU kann eine Vielzahl von Aufgaben ausführen, die auf unterschiedlicher Logik basieren, wobei oft mehrere Aufgaben parallel ausgeführt werden. Beim PoW-Mining ändert sich die Logik natürlich nie. Wir müssen genau dieselbe Aufgabe so schnell wie möglich ausführen, und das Ideal ist, dieselbe Aufgabe viele, viele, viele Male parallel laufen zu lassen – und so viele Nonces gleichzeitig zu testen.

Ein GPU-Chip ist dafür viel besser geeignet. Anstelle einer linearen Thread-Verwaltung und einer sorgfältigen Kontrolle der Planungszweige ist die GPU darauf ausgelegt, Hunderte und sogar Tausende von gleichzeitigen Berechnungen desselben Typs zur gleichen Zeit durchzuführen. Dies ist auch der Grund dafür, dass ein Grafikprozessor hervorragend für Geometrie geeignet ist, während eine CPU sich durch Logik auszeichnet. Ein Grafikprozessor kann beispielsweise einen Befehl wie „Zeichne ein Rechteck dieser Größe an diesen Koordinaten“ erhalten, und der Grafikprozessor wird gleichzeitig Hunderte von Pixeln berechnen um das Rechteck fast sofort zu erstellen. Diese Art von Fähigkeit ist eine großartige Ergänzung für den Verarbeitungsbedarf eines PoWs!

Dadurch wurde die Grafikkarte für das PoW-Mining viel effizienter und ersetzte schnell die CPU, als die BTC-Miner dies lernten.

Eine interessante Randbemerkung: Als die Etherum-Schürfer GPUs für das PoW-Mining im Ethereum-Stil einführten, gab es eine lange Zeit, in der normale PC-Spieler kaum NVIDIA RTX30-Grafikkarten finden konnten, weil die Schürfer sie sich schnappten!


ASICs: die Ära der Zentralisierung


Anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise (ASICs)) sind für die Ausführung ganz bestimmter Rechenaufgaben konzipiert. Die Hersteller entwickeln unterschiedliche Chips für jeden PoW-Algorithmus – einen Chip für den SHA256-Algorithmus von BTC, einen anderen Chip für den Scrypt-Algorithmus von LTC, usw. Eine Maschine, die mit diesen PoW-spezifischen Chips ausgestattet ist, wird ASIC-Miner genannt. Da ein ASIC-Chip nur für einen einzigen Algorithmus ausgelegt ist, kann die Effizienz sogar besser sein als bei einem Grafikprozessor, der für viele Arten von Grafikaufgaben ausgelegt ist, aber auch nichts anderes kann!

Ein Mainstream-ASIC-Miner namens Ant S9 ist beispielsweise mit 189 ASIC-Chips mit einer kombinierten Rechengeschwindigkeit von bis zu 13,5 TH/s ausgestattet, was mehr als das Zehntausendfache der Leistung einer modernen Flaggschiff-Grafikkarte wie der GTX 1080Ti ist. Gleichzeitig verbraucht die Ant S9 nur 1.350 Watt, was etwa dem Zehnfachen der Leistungsaufnahme der Grafikkarte entspricht. Da die Betriebskosten für Miner die Stromkosten sind, ist es ein enormer Gewinn, die 10-fache Leistung zu verbrauchen, um die 10.000-fache Arbeit zu leisten.

In dem Wettlauf, mehr Hashes durchzuführen, um schneller eine Lösung zu finden, werden die ASICs letztendlich gewinnen.

Dies führt jedoch zu einem weiteren Problem. Der Zugang zu ASIC-Minern ist eine große Hürde im Vorfeld. Sie sind teuer und nur in geringer Stückzahl verfügbar. Nicht jeder kann sich die Kosten leisten, und selbst wenn er es kann, ist die Hardware manchmal nur für diejenigen verfügbar, die über Verbindungen verfügen (oder staatlichen Kontrollen unterliegen). Im Jahr 2017 stammten Schätzungen zufolge 70 % der Bitcoin-Hashing-Leistung aus ASIC-Minern von Bitmain, dem weltweit größten Anbieter. Darüber hinaus war Bitmain selbst am Mining beteiligt: Etwa 51 % der gesamten Blöcke wurden über BTC.com und Antpool geschürft, die beide zu Bitmain gehören. Diese Tatsachen beunruhigten viele in der Bitcoin Branche, denn wenn ein einziges Unternehmen 51 % der Hashpower kontrolliert, ist es möglich, einen 51 %-Angriff durchzuführen, um das Netzwerk zu übernehmen.

Andere waren einfach besorgt, dass ein riesiger Teil der weltweiten Bitcoin Mining-Maschinen an einem Ort (China) untergebracht ist und ein Risiko für die Bitcoin Mining-Welt darstellen könnte, wenn die Behörden eingreifen (was, wie wir heute wissen, vor kurzem tatsächlich geschehen ist). Dieser Artikel wurde im Juni 2021 geschrieben).

Ein weiteres großes Problem mit ASICs ist, dass sie nur für einen Zweck geeignet sind. Man kann nicht einmal einen BTC-ASIC in einen LTC-Mining-ASIC umfunktionieren, weil die Hashing-Algorithmen unterschiedlich sind. Wenn also ein BTC-ASIC aufgrund von Verbesserungen in neueren Modellen unrentabel wird, wird er nutzlos – obwohl er um Größenordnungen leistungsfähiger ist als allgemeine CPUs oder GPUs, aber nur für diesen einen Zweck, nämlich das Hashing des SHA256-Algorithmus. Das Problem ist, dass diese ASICS, um wettbewerbsfähig zu sein, die besten Silikonchips verbrauchen und einen erheblichen technischen Aufwand erfordern, der in der Regel veraltet ist, sobald eine neuere Generation von ASICs auf dem Markt ist. Man könnte dies als Verschwendung betrachten.

Diese Bedenken führten zur Entwicklung von Algorithmen, die die Herstellung von ASICs erschweren. Einige sind komplexer, andere ändern sich häufig, wieder andere sind so konstruiert, dass sie mehr Speicher benötigen, als leicht in einen ASIC-Chip eingebaut werden kann: Scrypt, Ethash, Equihash, X17, X13, X16r und andere Algorithmen tauchten im Laufe der Zeit auf, die von Kryptos wie LTC, ETH, ZEC, DASH, BTG und RVN verwendet werden.

Da die Technologie, mehr Komplexität und Speicher in einen ASIC-Chip einzubauen, fortschreitet, wurden viele dieser „GPU-only“-Algorithmen schließlich durch ASICs ersetzt.

Satoshi Nakamoto sah dies kommen. Der ursprüngliche Entwurf von Bitcoin sah vor, dass die Miner „mit ihrer CPU-Leistung abstimmen“ sollten, um die Konsensregeln durchsetzen zu können. Es ist klar, dass er das Aufkommen von ASICs voraussah, als er schrieb, dass „wenn das Netzwerk über einen bestimmten Punkt hinaus wächst, es mehr und mehr Spezialisten mit Serverfarmen aus spezialisierter Hardware überlassen wird“. Das scheint sich auf ASICs zu beziehen; wenn Bitcoin so wertvoll wird, dass man ihn schürfen kann, hätten die Hersteller unweigerlich einen Anreiz, spezielle Maschinen zum Schürfen zu produzieren.

Warum ist CPU-Mining so schwer aufrechtzuerhalten?

Es läuft auf Technologie und Wirtschaftlichkeit hinaus. Ob GPU oder CPU, jeder „ASIC-resistente“ Algorithmus wird das Aufkommen von ASIC-Mining-Maschinen eher verzögern als verhindern. Jedes hochwertige Krypto-Asset-Ökosystem, dessen Wert mit einem PoW-Algorithmus geschürft wird, wird professionelle Miner anziehen; dies ist eine wirtschaftliche Marktunvermeidlichkeit. Und der Markt wird immer effizientere Werkzeuge mit der neuesten verfügbaren Technologie entwickeln. Dies ist ein unvermeidlicher Weg zu ASICs.

Ein ASIC-resistenter PoW-Algorithmus kann auch anfälliger für Angriffe sein. Die am stärksten geschürfte Münze, die von einer bestimmten Art von ASIC geschürft werden kann zum Beispiel ist Bitcoin die am stärksten geschürfte Münze, die SHA256 ASIC-Schürfer verwendet – hat ein gewisses Maß an Sicherheit gegenüber einem 51%igen Angriff. Das liegt daran, dass es einfach nicht möglich ist, plötzlich genug zusätzliche ASIC-Mining-Hardware auf der Welt zu finden, um mehr Hash-Leistung zu erzeugen, als bereits von ehrlichen Minern zum Mining von Bitcoin verwendet wird. Diese Sicherheit gilt nicht für andere Münzen, die mit SHA256 geschürft werden, da man nur einen kleinen Teil der weltweiten SHA256-ASIC-Schürfer benötigt, um einen Angriff durchzuführen.

Ähnlich ist Ethereum der am stärksten geschürfte Coin, der den Ethash-Algorithmus verwendet, der auf GPUs läuft… aber so groß er auch ist, Ethereum wird immer noch auf einer Minderheit der weltweiten GPUs geschürft. Da es theoretisch möglich ist, genügend GPUs zu erwerben, um die ehrlichen Miner zu überrumpeln, ist Ethereum theoretisch weniger sicher gegen diese Art von Angriff als Bitcoin. In diesem Sinne kann man argumentieren, dass die ASICs Bitcoin sicherer machen – aber wie wir oben diskutiert haben, kann die Zentralisierung, die durch ASICs entsteht, oder ihre Einzweck-Natur zu verschiedenen Schwachstellen führen.

Was sind die externen Effekte von PoW?

Schließlich führt die Suche nach Optimierungen bei PoW-Berechnungen auch zu Optimierungen des Energieverbrauchs. PoW-Miner suchen nach möglichst billiger Energie, da sie durch die Senkung der Stromkosten ihre Rechenressourcen effizienter einsetzen können. Ein Teil dieses billigen Stroms stammt aus der Produktion fossiler Brennstoffe wie Kohle. Auch wenn die Bedenken hinsichtlich des Energiemixes beim PoW-Mining in letzter Zeit etwas übertrieben wurden, so ist es doch richtig, dass ein erheblicher Teil (nicht weniger als 40 %) aus einer kohlenstoffintensiven Stromerzeugung stammt.

Man könnte sogar behaupten, dass das jüngste harte Vorgehen gegen chinesische Miner, die hauptsächlich erneuerbare Wasserkraft nutzten, 20-30 % von ihnen gezwungen hat, in Gebiete wie Kasachstan umzuziehen, wo der Großteil des Stroms durch Kohleverbrennung erzeugt wird, was letztendlich umweltschädlicher ist als offiziell angegeben. Insgesamt ist jedoch ein starker Trend zu beobachten, dass sich die Miner im Laufe der Zeit für die Nutzung erneuerbarer Energien entscheiden, die deutlich billiger sind als die Alternativen, so dass wir nicht glauben, dass das Problem langfristig ist.

Eine andere Möglichkeit, die durch PoW erzeugten externen Effekte zu betrachten, ist die Tatsache, dass die ASIC-Produktion einen erheblichen Herstellungsaufwand erfordert und zum weltweiten Mangel an Chips und Ingenieuren in der Hardwarebranche beiträgt – was bedeutet, dass Materialien und Arbeitskräfte für ein Einzweckprodukt benötigt werden, das keine andere Verwendung in der Welt hat. Dies ist unserer Ansicht nach langfristig ein viel größeres Problem. Gegenwärtig ist das Bitcoin Netzwerk für die absehbare Zukunft ausreichend sicher, und dennoch hört der Wettlauf um noch bessere ASICS und um Miner, die dem Netzwerk beitreten wollen, nicht auf – so werden all diese Rechenressourcen überproduziert und gleichzeitig von Bereichen abgezogen, in denen sie produktiver hätten eingesetzt werden können.

Es scheint, dass jedes PoW-basierte Krypto-Asset, sobald es einen Wert hat und bekannt ist, unweigerlich vom CPU-Mining zum GPU-Mining zum ASIC-Mining übergehen wird. Dies scheint eine unausweichliche Schlussfolgerung zu sein, wenn PoW im Consensus-Algorithmus verwendet wird, um eine Kette zu sichern. Dies hat mehrere externe Effekte, die sich als erhebliche Ineffizienzen und Verschwendung zusammenfassen lassen, sowie das Risiko, dass das Netzwerk stärker zentralisiert wird oder anfällig für Regierungen ist, die versuchen, es aufgrund dieser externen Effekte abzuschalten.

Was passiert also mit dem frühen Bitcoin Traum, bei dem jeder mit seinem Computer dem Netzwerk beitreten, arbeiten und Kryptowährung verdienen – „schürfen“ – kann? Ist dieses Modell für die Welt verloren?

Nein.


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