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Der gefrĂ€ĂŸige Mechanismus hinter den KryptowĂ€hrungen

Von t-online, sha, neb

Aktualisiert am 14.05.2022Lesedauer: 5 Min.
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Eine Bitcoin-ReprĂ€sentation auf der Computerplatine (Symbolbild): Die KryptowĂ€hrung ist leider Ă€ußerst energiehungrig. (Quelle: IMAGO/Davor Puklavec/PIXSELL)
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Das SchĂŒrfen von Bitcoin verbraucht pro Jahr zweimal so viel Strom wie die Schweiz. Das liegt am komplizierten technischen Verfahren, mit dem das digitale Geld erzeugt wird. Dabei gibt es lĂ€ngst sparsamere Alternativen.

Das Erstellen neuer digitaler MĂŒnzen bei KryptowĂ€hrungen wie Bitcoin und Ethereum ist teuer. Der Grund: Das sogenannte SchĂŒrfen, oft auch Mining genannt, erfordert eine hohe Computerleistung, weshalb ganze Rechenzentren benötigt werden. Und die Rechner in den Fabriken verbrauchen exorbitant viel Strom. Rund 153 Terawattstunden pro Jahr sind es laut einer Untersuchung der University of Cambridge in Großbritannien. Zum Vergleich: Deutschlands Nachbarland Polen verbraucht pro Jahr etwa 150 Terawattstunden.

Dieser hohe Stromverbrauch bereitet LĂ€ndern weltweit Sorge. Zuletzt hatte der Kosovo das SchĂŒrfen von KryptowĂ€hrungen wie Bitcoin und Ethereum verboten. Das Land litt unter einer massiven Energiekrise, nachdem eines der beiden wichtigsten Kraftwerke dort ausgefallen war.

Auch in China ist es untersagt, mit KryptowĂ€hrungen zu handeln. Dort liefen sogar eigene Kohlekraftwerke, um die Krypto-Serverfarmen mit Strom zu versorgen. Die EU dachte ebenfalls ĂŒber ein Verbot von digitalen WĂ€hrungen nach. Das EU-Parlament lehnte eine entsprechende Verordnung zwar ab, aber manche EU-Mitgliedsstaaten denken weiter darĂŒber nach – auch deutsche Regierungsvertreter erörtern diese Frage.

Die Technologie bestimmt das SchĂŒrfverfahren

Doch warum verbraucht das Mining so viel Energie? Der Grund fĂŒr den hohen Stromverbrauch beim SchĂŒrfen von KryptowĂ€hrungen wie Bitcoin und Ethereum liegt in der Technologie, die dahinter steht. Die meisten digitalen WĂ€hrungen bestehen aus einer sogenannten Blockchain. Übersetzt heißt das Blockkette. Und genau wie eine Kette aus hintereinander liegenden Blöcken ist die Blockchain aufgebaut.

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In den Blöcken sind wie in einem Kassenbuch sÀmtliche mit der KryptowÀhrung getÀtigten UmsÀtze eingetragen. Jeder Block kann nur eine im Programmcode festgelegte Anzahl von Transaktionen aufnehmen. Ist ein Block voll, wird der nÀchste erstellt. Um die Blöcke in der Reihenfolge nicht zu vertauschen, besitzt ein neuer Block am Anfang die Informationen, die der vorherige Block am Ende hat.

Die Blöcke, aus denen die Blockchain besteht, werden einzeln nacheinander erstellt. FĂŒr diesen Prozess mĂŒssen viele Computer zusammen eine komplizierte mathematische Aufgabe lösen. Mit der LĂ€nge der Blockchain und deren Anzahl von Blöcken steigt auch der Schwierigkeitsgrad dieser Aufgabe – und damit die benötigte Rechenpower.

Alle Rechner des Netzwerkes arbeiten daran, die Aufgabe zu lösen. Wer zuerst die Lösung fĂŒr den Block errechnet hat, verschließt den Block und erhĂ€lt zur Belohnung eine festgelegte Zahl an Bitcoins. Diese halbiert sich mit jedem Halving. Das erste Halving fand 2012 statt, damals sank die Zahl der Bitcoins, die erfolgreiche Miner erhielten, von 50 auf 25. Mittlerweile erhalten erfolgreiche SchĂŒrfer nur noch 6,25 Bitcoins pro verschlĂŒsseltem Block.

Je mehr Blöcke, desto aufwendiger das Mining

In den Anfangstagen des Bitcoin 2009 reichte aufgrund der geringen Anzahl der Blöcke die Geschwindigkeit und Rechenleistung durchschnittlich leistungsfĂ€higer Computer fĂŒr das Lösen der Rechenaufgabe und die Erstellung weiterer Blöcke aus.

Mittlerweile sind die mathematischen Aufgaben so kompliziert, dass nur ein Netzwerk vieler spezifisch konfigurierter Mining-Rechner genĂŒgend Leistung hat, um diese kniffligen Aufgaben zu lösen. Und weil dieser Vorgang fĂŒr die Rechner so wahnsinnig arbeitsintensiv ist, wird der Prozess auch "Proof of Work" (PoW) genannt, was so viel heißt wie "Arbeitsnachweis".

Das "Proof of Work"-Verfahren wurde erstmals Anfang der 90er Jahre von zwei Forschern vorgestellt. Sie wollten Spam-Nachrichten per E-Mail verringern. Ihre Idee, vereinfacht dargestellt: Wer fĂŒr das Versenden von Nachrichten ĂŒber einen Dienst eine Rechenaufgabe lösen und dafĂŒr Energie und somit Kosten vergleichbar mit denen fĂŒr eine Briefmarke aufwenden muss, der ĂŒberlegt es sich zweimal, ob er Spam-Mails verschickt.

Heute steht aber "Proof of Work" auch in den Blockchain-Kreisen in der Kritik. Da nur ein Rechner aus dem Netzwerk am Ende die Belohnung erhÀlt, aber alle Rechner im Netzwerk an der Lösung der Aufgabe arbeiten, wird das "Proof of Work"-System als besonders energieverschwenderisch angesehen.

Daher arbeiten viele KryptowĂ€hrungen bereits mit einer Alternative. Eine stromsparende Alternative zum "Proof of Work" (PoW) ist das sogenannte "Proof of Stake"-Verfahren (PoS). Beim PoS-Verfahren reicht ein Rechner aus, um den nĂ€chsten Block zu erzeugen. Alle Teilnehmer im Netzwerk der digitalen WĂ€hrung mĂŒssen sich nur darĂŒber einig sein, welcher Rechner und Nutzer die Aufgabe zum VerschlĂŒsseln des Blocks lösen soll.

Wer sich am meisten einsetzt, hat die grĂ¶ĂŸten Chancen

Das passiert ĂŒber ein Losverfahren, bei dem die Nutzer unterschiedlich viele Lose in den Topf werfen dĂŒrfen. Die Anzahl der Lose hĂ€ngt meist davon ab, wie viele Anteile jeder Teilnehmer an der KryptowĂ€hrung besitzt, und manchmal zusĂ€tzlich auch davon, wie lange er sich schon am Netzwerk beteiligt. Bei vielen WĂ€hrungen mĂŒssen die Nutzer einen Teil ihrer Coins in einer Art Safe ablegen – sie können diese also nicht mehr fĂŒr Zahlungen benutzen, sondern haben sie Ă€hnlich wie Festgeld bei ihrer Bank abgelegt. Diesen Prozess nennt man Staking. Je höher der Anteil der digitalen WĂ€hrung oder der Einsatz, den ein Nutzer "stakt", desto mehr seiner Lose befinden sich im Topf. Darum heißt das Verfahren auch "Proof of Stake" – "Einsatznachweis".

Jedes Los erhöht die Wahrscheinlichkeit, fĂŒr das Erstellen des nĂ€chsten Blocks gezogen zu werden und damit die Belohnung in Form neuer Coins zu erhalten. Da das Auslosen keine zusĂ€tzliche Rechenzeit benötigt und nur ein Teilnehmer im Netzwerk den Aufwand hat, den nĂ€chsten Block zu erstellen, verbraucht das Verfahren einen Bruchteil der Energiemengen wie beim "Proof of Work"-Verfahren.

Keine PlÀne, den Bitcoin auf ein neues Verfahren umzustellen

Warum stellen dann nicht Bitcoin und Ethereum auf dieses Verfahren um? FĂŒr Ethereum ist die Umstellung auf das deutlich energiesparendere "Proof of Stake"-Verfahren fĂŒr dieses Jahr geplant. Ein letzter Test im vergangenen April ĂŒber eine sogenannte Shadow-Fork war erfolgreich. Bei einer Shadow-Fork wird von der Blockchain eine weitere Kette abgeteilt, die parallel zur originalen Blockchain weiterlĂ€uft.

Mit der Testkette können die Entwickler das neue Verfahren ausprobieren, ohne dass es Auswirkungen auf die original Ethereum-Blockchain hat. Erst wenn es auf der Shadow-Blockchain keine Probleme gibt, wird das Verfahren auf die originale Blockkette angewandt. Die Entwickler rechnen damit, dass sie Ethereum spÀtestens im Herbst 2022 komplett auf das PoS-Verfahren umstellen können.

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Beim Bitcoin gibt es keine PlÀne, "Proof of Work" durch "Proof of Stake" zu ersetzen. Experten vermuten aber, dass bei einer erfolgreichen Umstellung beim Konkurrenten Ethereum solche PlÀne entstehen könnten. Aber selbst dann kann es noch Jahre dauern, bis die Bitcoin-Entwickler sich auf eine Umstellung einigen und das neue Verfahren testen. Ethereum arbeitet bereits seit Jahren an der Umstellung. Bis dahin wird es weiterhin teuer und rechenintensiv sein, diese KryptowÀhrung zu minen.

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