Im Original “Bitcoins Energy Consumption” von der Gigi.
Aus dem englischen übersetzt von renna.

Erscheinungsjahr: 2018

Du hast vielleicht gehört, dass Bitcoin eine enorme Menge an Energie verschwendet. Vielleicht hast du auch gehört, dass Bitcoin bis zum Ende des Jahres ein halbes Prozent der elektrischen Energie der Welt verbrauchen wird, die Berechnungen, die für den Mining-Prozess verwendet werden, nichts Nützliches ergeben und wenn die derzeitige Wachstumsrate anhält, wird es die gesamte Energie aufsaugen, und wir werden alle sterben.

Ich möchte die Zahlen nicht bestreiten oder den Energieverbrauch von Bitcoin mit dem aktuellen Bankensystem vergleichen. Ich möchte lediglich einen Perspektivenwechsel anbieten.

Bitcoin ist angriffslustig

Bitcoin ist ein globales, frei zugängiches, zensurresistentes Netzwerk. Sein Wesen ist von Natur aus anstößig. Es beleidigt Regierungen, Bankiers und Zentralbehörden gleichermaßen. Verdammt, die Banken zu beleidigen, war doch überhaupt der ganze Sinn dieses Experiments.

Auf den ersten Blick ist Bitcoin die schlechteste Datenbank, die je von der Menschheit entwickelt wurde. Sie ist nicht nur scheinbar ineffizient und langsam, sondern verschlingt auch in einem wahnsinnigen Tempo eine große Menge an Rechenressourcen und verbraucht so viel Energie wie ein kleines Land.

“Im Vergleich zu modernen verteilten Datenbanken sind Blockchains langsam, schwerfällig, unnötig redundant und übermäßig paranoid.”

Dhruv Bansal

Wie Nick Szabo es so treffend formulierte: “Bitcoin beleidigt die Sensibilität von ressourcenbewussten und leistungsmaximierenden Ingenieuren und Geschäftsleuten gleichermaßen”. Es beleidigt auch unser weltweit geteiltes Verständnis, dass Energieverschwendung schlecht und Energieeffizienz immer gut ist.

Laut einer kürzlich erschienenen Studie kann “der Stromverbrauch des Bitcoin-Netzes auf mindestens 2,55 Gigawatt derzeit und potenziell 7,67 Gigawatt in der Zukunft geschätzt werden, was es mit Ländern wie Irland (3,1 Gigawatt) und Österreich (8,2 Gigawatt) vergleichbar macht”.

Es ist leicht, besorgt, empört oder beleidigt zu sein. “Wussten Sie, dass Bitcoin genauso viel Energie verbraucht wie Österreich? Baby-Kühe sterben wegen Bitcoin!”

Was zur Hölle ist ein Gigawatt?


Um zu verstehen, warum all diese Gigawatt notwendig sind, damit das Bitcoin-Netz ordnungsgemäß und sicher funktioniert, müssen wir uns die Nuancen des Miningprozesses genauer ansehen.

Das Schürfen von Blöcken und Münzen

Der Name “Mining” (Schürfen) geht auf die Behauptung zurück, dass Bitcoin mehr mit Gold und anderen Edelmetallen als mit Papiergeld zu tun hat. Satoshi machte dies in einem seiner Beiträge deutlich.

“In diesem Sinne ist es eher typisch für ein Edelmetall. Anstatt dass sich das Angebot ändert, um den Wert gleich zu halten, ist das Angebot vorgegeben und der Wert ändert sich.”

Satoshi Nakamoto

Daher werden Bitcoins nicht gedruckt, sondern geschürft. Auch wenn wir ständig vom “Bitcoin schürfen” sprechen, solltest du bedenken, dass es nicht die Bitcoins sind, die geschürft werden. Es sind Blöcke die geschürft werden, und die Miner werden lediglich mit neuen Bitcoins belohnt, wenn sie einen gültigen Block finden. Die Miner werden belohnt, weil es von Natur aus schwierig ist, neue Blöcke zu finden. Das System ist so eingerichtet, dass die Schwierigkeit, einen neuen Block zu finden, automatisch so angepasst wird, dass durchschnittlich alle 10 Minuten ein neuer Block gefunden wird. Die Unterscheidung zwischen “Bitcoin schürfen” und “Blöcke schürfen” ist hilfreich dabei auf einige Dinge hinzuweisen:

Erstens, dass die Geschwindigkeit, mit der Bitcoins geschürft werden, vom Energieverbrauch von Bitcoin entkoppelt ist. Wenn sich jeder dazu entschließen würde, die für das Mining aufgewendete Energie zu verdoppeln, würde sich die Anzahl der abgebauten Bitcoins infolgedessen nicht verdoppeln. Die Förderrate ist festgelegt, unabhängig davon, wie viel Energie man für den Mining-Prozess aufwendet.

Zweitens, dass die Miner viel mehr tun, als “nur” neue Bitcoins zu erschaffen:
Sie erhalten die Sicherheit und Kontinuität des Netzwerks, bestätigen Transaktionen und signalisieren ihre Unterstützung oder Ablehnung von Netzwerkänderungen (um nur einige Dinge zu nennen). Nicht alle diese Aufgaben erfordern eine übermäßige Menge an Energie, was einer der Gründe ist, warum der Betrieb eines Full-Nodes (vollwertigen Netzwerkknotens) wichtig ist.

Drittens ist der Abbau kein starrer Prozess. Sowohl die Belohnung für das Mining als auch die Schwierigkeit dessen sind dynamisch und werden sich daher zwangsläufig im Laufe der Zeit ändern.

Viertens, dass das Mining viel Energie kosten SOLL. Es ist so konzipiert worden, dass es rechnerisch teuer ist, weshalb Satoshi sich dafür entschieden hat, die Menschen für den Einsatz dieser Energie zusätzlich zu belohnen. Das ist der Hauptbestandteil des Nakamoto-Konsensus. Es ist die “Arbeit” im Wort “Arbeitsbeweis”, das “work” in “Proof-of-work”. Es ist absolut unerlässlich, dass das Mining teuer ist.

Ohne einen genaueren Blick auf den Miningprozess geworfen zu haben ist es leicht, den energieintensiven Prozess des Findens gültiger Blöcke mit dem “Finden neuer Bitcoins” zu verwechseln. Aus dieser Perspektive scheint es so, als ob all diese elektrische Energie in neue Bitcoins umgewandelt wird.

Das ist falsch.

Die aufgewendete Energie wirkt als Barriere, die das public Ledger (also das öffentliche Kontenbuch, welches Bitcoin ja ist) schützt. Die Schaffung neuer Bitcoin ist nur ein Nebeneffekt.

Kryptografische Mauern

Bis vor kurzem bedeutete das Sichern von etwas, eine dicke Mauer um das zu bauen, was als wertvoll erachtet wird. Wir alle wissen, wie man das macht, und wir sind uns alle einig, dass dies eine grundsätzlich vernünftige Herangehensweise ist.

Die neue Welt der Krypto-Währungen ist unintuitiv und seltsam. Es gibt keine physischen Mauern, um unser Geld zu schützen, keine Türen, um Zugang zu unseren Tresoren zu erhalten. Die öffentliche Buchhaltung von Bitcoin ist durch ihre kollektive Hashing-Power gesichert: Die Summe aller Energie, die für den Arbeitsbweies in ihrer Proof-of-Work-Chain aufgewendet wird.

Daher können wir uns den Energieverbrauch von Bitcoin wie eine riesige Wand vorstellen – eine Art elektrisches Kraftfeld -, das alle Bitcoin-Bilanzen aller Benutzer sichert, jetzt und in Zukunft.

Es ist schwer zu sagen, wie viel Energie für den Bau dieser kryptografischen Wände aufgewendet werden muss. Finanzsysteme sind eine kritische Infrastruktur, weshalb die meisten Ingenieure in diesen Angelegenheiten zu Recht argumentieren, dass Sicherheit und Stabilität an erster Stelle stehen. Wenn Bitcoin das Geld der Zukunft sein wird, sollte es besser darauf vorbereitet sein, Ereignisse mit hoher Auswirkung und geringer Wahrscheinlichkeit zu überstehen.

Wie dick müssen diese kryptografischen Wände sein? Das wird die Zeit zeigen. Wenn Bitcoin in der Lage ist, koordinierte Angriffe durch mehrere Angreifer auf staatlicher Ebene zu überleben, dann waren die Mauern dick genug.

Das Ende des Schürfens neuer Bitcoins

Das Bootstrapping eines neuen Netzwerks ist schwierig. Es ist, als ob man versucht, jeden zum Kauf eines Faxgerätes zu überreden, wenn man der einzige Mensch auf der Welt mit einem Faxgerät ist. Es ist wirklich, wirklich schwierig. Wie oben skizziert, löste Satoshi dieses Problem, indem er einen Belohnungsmechanismus für jeden neuen Block hinzufügte, der (a) als kontrollierte Währungsversorgung von Bitcoin und (b) als Anreiz für die Menschen zur Teilnahme am Netzwerk dient, um das öffentliche Kontenbuch zu erweitern und zu sichern.

Der Einsatz von Energie ist absolut notwendig, um die Sicherheit dieses neuen Finanznetzwerks zu gewährleisten.

Die derzeitige Phase des “Bitcoin-Mining”, in der die Miner mit einer hohen Belohnung belohnt werden, ist ein cleverer Weg, um das Netzwerk in Gang zu bringen. Mit anderen Worten: Jeder, der heute gierig Bitcoins schürft, trägt dazu bei, dieses neue Finanzsystem in Gang zu bringen, ob er sich dessen bewusst ist oder nicht.

John Nash kommentiert den spieltheoretischen Aspekt von Satoshi’s Erfindung

Wie oben erwähnt, passt sich die Schwierigkeit des Bitcoin-Minings automatisch an, was zu einem dynamischen, selbstkorrigierenden System führt. Wenn das Mining- aus welchen Gründen auch immer – teurer wird, werden weniger Menschen mit Gewinn minen, was dazu führt, dass insgesamt weniger Menschen minen, was eine Verringerung des Schwierigkeitsgrads des Miningprozesses zur Folge hat. Dies wiederum wird das Mining wieder einfacher und damit billiger machen, was wiederum mehr Menschen zum Mining veranlasst.

Im Laufe der Zeit wird sich der finanzielle Anreiz für die Teilnahme am Miningprozess ändern. Daraus folgt, dass sich auch der Energieverbrauch von Bitcoin ändern wird. Der Grund, warum eine Veränderung unvermeidlich ist, ist die Blockbelohnungsfunktion von Bitcoin, die eine kontrollierte, begrenzte Versorgung gewährleistet.

Die Blockbelohnung halbiert sich alle 210.000 Blöcke und wird nach 64 Halbierungen schließlich Null erreichen. Nach der letzten dieser Halbierungen bleiben den Minern als einzige finanzielle Belohnung für das Finden eines neuen Blocks nur die Transaktionsgebühren übrig.

Mit anderen Worten: Das “Schürfen neuer Bitcoins” wird schlussendlich aufhören. Die Suche nach gültigen Blöcken hingegen wird weiterhin fortgesetzt werden.

Innerhalb des Bitcoin-Netzwerks gilt wahrhaftig: “Der Code ist Gesetz”.

Man könnte argumentieren, dass wir uns derzeit im Bitcoin-Äquivalent des Goldrausches befinden, wo die Belohnung für den “Bergbau” sowie die zukünftig prognostizierte Belohnung die Investitions- und Energiekosten bei weitem übersteigt. Es ist zwar schwer abzuschätzen, wie viel Sicherheit genug Sicherheit ist, aber man könnte argumentieren, dass das Bitcoin-Netzwerk als Nebeneffekt dieses Goldrauschs derzeit “übermäßig gesichert” ist.

Bitcoins kontrolliertes Angebot und die Blockbelohnung im Laufe der Zeit.

Wir befinden uns noch in der frühen Phase der Blockbelohnung von Bitcoin, wie die obige Grafik zeigt.

Unabhängig davon, ob die Anpassung von Bitcoin als Währung langsam und stetig oder exponentiell und parabolisch erfolgen wird, ist ein weiteres exponentielles Wachstum des Energieverbrauchs sehr fraglich. Ich würde argumentieren, dass ein übermäßiges Wachstum einem einigermaßen vernünftigen Gleichgewicht zwischen Sicherheit und Energieverbrauch weichen wird, wenn sich die Blockbelohnung gegen Null bewegt. Je nach dem künftigen Wert der Bitcoin und der Bereitschaft der Menschen, Transaktionsgebühren zu zahlen, könnte dieses Gleichgewicht mehr in Richtung Sicherheit oder mehr in Richtung eines konservativen Energieverbrauchs gehen.

Moderne Marmorblöcke

Wenn man sich erst einmal mit dem Proof-of-Work beschäftigt hat, wird immer deutlicher, dass der Energieverbrauch des Bitcoin-Netzwerks kein Fehler, sondern eine Funktion ist. Soweit wir wissen, kann man die Gesetze der Thermodynamik nicht überlisten. Da wir keine weltbewegenden Durchbrüche in der Physik, Mathematik und/oder Quantencomputer haben, ist der Energieverbrauch die einzige Möglichkeit, Bits zu ändern und das Ändern von Bits ist die einzige Möglichkeit, neue Blöcke zu schürfen.

Leider haben wir (noch) kein intuitives Verständnis dieser neuen kryptografischen Welt. Um die Bedeutung von Proof-of-Work zu verstehen, ist ein tiefes Eintauchen in eine Vielzahl von Themen erforderlich. Es fehlt uns an prägnanten, einfachen, eleganten Erklärungen und Metaphern. Hugo Nguyen hat hervorragende Arbeit geleistet und erklärt, wie der Arbeitsnachweis die abstrakte, digitale Welt der Bitcoins mit unserer physischen Welt verbindet:

“Indem wir einem Block Energie zuführen, geben wir ihm eine “Form”, die es ihm erlaubt, in der physischen Welt echtes Gewicht und Konsequenzen zu haben.”

Hugo Nguyen

Der Arbeitsnachweis ist im Wesentlichen ein Mechanismus, mit dem die Wahrhaftigkeit der Aussage “Ich habe wirklich hart gearbeitet, um dieses Ding zu schaffen” leicht überprüft werden kann. Aus dieser Perspektive sind unsere neuen und ausgefallenen Rechenblöcke ein bisschen wie Marmorblöcke, und der Arbeitsnachweis ist ein bisschen wie der Blick auf eine schöne Marmorstatue. Es ist sofort klar, dass viel Arbeit in die Erstellung der Statue geflossen ist. Schummeln ist extrem schwierig, denn eine so herrliche Statue zu schaffen, ohne die Arbeit wirklich zu tun, ist so gut wie unmöglich. Man kann keinen Marmorblock gegen eine Wand werfen, und alles, was nicht David ist, wird herunterfallen. Es ist nicht unmöglich, aber es ist sehr, sehr, sehr unwahrscheinlich. Stattdessen muss man den Marmor wegmeißeln, und zwar richtig und vorsichtig. Man könnte argumentieren, dass dies einer der Gründe ist, warum großartige Kunstwerke so wertvoll sind: Es wurde viel Gedankengut, Sorgfalt und Arbeit aufgewendet, um sie zu schaffen.

Proof-of-work der alten Schule: Michelangelos “David”.
Photo von Jörg Bittner Unna

Ebenso unwahrscheinlich ist es, dass man gültige Blöcke findet, ohne die Arbeit tatsächlich zu erledigen. Wie eine hässliche, halb zufällig gemeißelte Statue kann ein ungültiger Block einfach weggeworfen werden. Wenn man jedoch einen gültigen Block sieht, weiß man sofort, dass viel Arbeit in ihn hineingesteckt wurde.

In beiden Fällen sind die Artefakte selbst, die Statue und der gültige Block, an sich schon der Beweis für die Arbeit.

Ich will damit sagen, dass das Verständnis der Art des Arbeitsnachweises und der Anreize für die Suche nach gültigen Blöcken, sowie der Sicherheitseigenschaften und damit des Wertes des Arbeitsnachweises dazu beitragen könnte, die Perspektive von “verschwendeter Energie” auf “Energie, die zur Schaffung von etwas Wertvollem verwendet wird” zu verlagern. Die meisten Menschen schätzen schöne Marmorstatuen. Immer mehr Menschen schätzen eine Kette von gültigen Blöcken.

Sicherheit durch Reinheit

Ein weiteres als Fehler getarntes Merkmal ist die Willkürlichkeit des Arbeitsnachweises von Bitcoin. Ein allgemeiner Verbesserungsvorschlag ist, dass wir den ganzen Strom dazu verwenden könnten, etwas anderes, etwas wirklich Nützliches zu tun, wie zum Beispiel Primzahlen zu finden oder Proteinfaltungen zu berechnen, zusätzlich zur Sicherung des Netzwerks.

Auch dieser Einwand gegen den Proof-of-Work-Algorithmus von Bitcoin beruht auf der Annahme, dass das Auffinden gültiger Blöcke von Natur aus nutzlos ist. Das ist er nicht.

Die Einführung einer sekundären Belohnung für die Arbeit mag zwar wie eine gute Idee erscheinen, führt aber tatsächlich ein Sicherheitsrisiko ein.

“Das Problem bei der Durchführung von etwas anderem – etwas, das andere Leute für nützlich halten könnten – ist, dass die Belohnung dadurch geteilt wird. Es bedeutet, dass Miner zwei Gründe haben, aus denen sie das Mining betreiben.”

Andreas M. Antonopoulos

Die Aufteilung der Belohnung kann zu einer Situation führen, in der “es sich mehr lohnt, die sekundäre Funktion zu erfüllen als die primäre Funktion”. Bitcoin wird dieses Problem nie haben. Bitcoin garantiert seine Sicherheit durch die Reinheit seines Proof-of-Work-Algorithmus.

Wenn jemand einen energieeffizienteren Weg findet, ein offenes, dezentralisiertes, zensurresistentes, erlaubnis- und vertrauenswürdiges Netzwerk für den Werteaustausch zu sichern – ohne eine dieser Eigenschaften zu beeinträchtigen – wird dieses hypothetische zukünftige Netzwerk Bitcoin schließlich entthronen und dieses vermeintliche Energieproblem lösen. Und nein, der “proof-of-stake” ist ziemlich wahrscheinlich nicht die Antwort.

In der Zukunft könnten wir etwas finden, das noch besser geeignet ist, ein Anker für die Wahrheit zu sein als die Energie. Bis dahin sollten wir an etwas festhalten, in das wir extrem viel Vertrauen haben: An die Gesetze der Thermodynamik; an die Energie, die erforderlich ist, um die Arbeit beim Nachweis der Arbeit zu leisten.

Fazit

Ich hoffe, dass ich den Samen für einen Perspektivenwechsel gepflanzt habe: Dass es keine Verschwendung, sondern ein lohnendes Unterfangen ist, Energie für den Arbeitsnachweis aufzuwenden.

Ein genaueres Verständnis des Minings und des Arbeitsnachweises könnte dazu beitragen, einige der Kritiker von Bitcoin zu überzeugen und die Perspektive von “ineffizient und verschwenderisch” auf “sicher und zensurresistent” zu verlagern. Das Aufzeigen dieser Nuancen könnte auch hilfreich sein, um zu verstehen, dass der Energieverbrauch von Bitcoin am stärksten mit der Sicherheit des Netzwerks korreliert und nicht mit der Annahme, der Verwendung oder dem Nutzen von Bitcoin. Selbst wenn der Nutzen des Netzwerks und der Preis von Bitcoin weiterhin exponentiell ansteigt, muss der Energieverbrauch nicht unbedingt dem gleichen exponentiellen Trend folgen. Ein besseres Verständnis des Bitcoin-Netzwerks könnte auch dazu beitragen, zu verstehen, wo andere Lösungen zu kurz greifen.

Satoshis Genialität bestand darin, einen Haufen cleverer Tricks zu einem neuen Wirtschaftsspiel zu kombinieren, das ein digitales, knappes Artefakt ohne zentrale Ausgabe schafft. Dieses Artefakt wird auf Berechnungen gestützt, und diese Berechnungen erfordern Energie.

Das aktuelle Wirtschaftsspiel ist ein Spiel mit Mauern und Gewölben, geschlossenen Systemen und zentralisierter Macht. Das neue Wirtschaftsspiel ist ein Spiel mit Hashes und Blöcken, öffentlichen und privaten Schlüsseln, das auf mathematischen Beweisen und der physikalischen Realität basiert. Ein Spiel ohne Torwächter, ohne zentrale Behörden, ohne Zensur oder Diskriminierung.

Die alten Regeln haben zu einem System geführt, in dem Geld wertvoll ist, “weil ich es sage”, was zu Zaubertricks führt, wie z.B. dem Mindestreserve-Bankwesen, der Inflation, um übermäßigen Konsum anzuregen, und sogar zur Hyperinflation, weil die Versuchung, immer mehr Geld zu drucken, einfach unwiderstehlich ist.

Die neuen Regeln sind vielleicht nicht leicht zu verstehen. Sie könnten jedoch zu einer neuen finanziellen Realität führen: Einer neuen Wirtschaft, die auf gesundem Geld basiert. Wir alle werden uns an diese Regeln anpassen und uns mit den Nuancen dieses neuen Spiels vertraut machen müssen. Und wir werden uns damit abfinden müssen, dass eine endliche Ressource genutzt werden muss, um diese neue, dezentralisierte Wirtschaft zu sichern. Im Falle von Bitcoin ist diese Ressource Energie.

Autor

Vor einigen Jahren in das Bitcoin - "rabbit hole" gefallen und seitdem keinen Weg nach draußen gefunden.