In unserer Reihe “Blocktrainer 1×1” erklären wir dir die wichtigsten Begriffe aus der Welt von Bitcoin und Co. in einfachen Worten. Heute: “Was sind ASIC-Miner?”

Was ist Mining

Als “Mining” oder “Schürfen” wird der Prozess in einem dezentralen Blockchain-Netzwerk bezeichnet, bei dem bestimmte Teilnehmer (sogenannte “Miner”) verifizierte Transaktionen innerhalb dieses Netzwerks abwickeln, speichern und sichern. Da es für den weiteren Verlauf dieses Beitrags unerlässlich ist – zumindest grob – zu verstehen was Mining überhaupt ist, solltest du dir, bevor du hier weiter liest, zunächst diesen Artikel ansehen.

Der Beginn des Mining

Da sich das gesamte Netzwerk in einem Blockchain basierten Netzwerk über einen bestimmten Zustand einig sein muss, braucht es Mechanismen, damit potenzielle Angreifer nicht betrügen können. Mit dem”Proof-Of-Work” (oder: Arbeitsnachweis) wurde erstmals ein Schema eingeführt, welches dazu diente eine gewisse Resistenz gegen Betrügereien zu schaffen.

Möchte man heutzutage rentabel Mining betreiben, so wird eine Menge Rechenleistung benötigt. Das war allerdings nicht immer so. Da sich, wie auch im Artikel “Was ist Mining” erklärt wurde, die benötigte Rechenleistung immer am Gesamtnetzwerk orientiert, brauchte man in den Anfangsjahren natürlich deutlich weniger.

Diese Rechenleistung (auch: Hashrate genannt) beschreibt die Anzahl, wie viele sogenannte “Hashes” ein Computer pro Sekunde berechnen kann. Für dieses Beispiel genügt es, wenn du weißt, dass ein errechneter Hash quasi gleichbedeutend mit einem Versuch einen gültigen Block zu finden ist.

Über die Zeit wurde unterschiedlichste Hardware präferiert, um möglichst viele dieser Hashes in möglichst kurzer Zeit zu berechnen. Um zu verstehen was ein ASIC-Miner ist, bedarf es einer kleinen Reise durch die Vergangenheit. Im Grunde lässt sich das ganze bis dato, ähnlich wie ein Theaterstück, in vier Akte aufteilen.

Akt 1: CPU-Mining für jedermann

Vor allem in der Anfangszeit konnten frühe Teilnehmer im Bitcoin-Netzwerk über ihre CPUs (Central Processing Unit) in ihrem Computer minen. Dieser Chip ist die Zentraleinheit und sagt allen Teilen eines PCs, was sie zu tun haben. Heutzutage besitzen die meisten Systeme sogenannte Multi-Core-CPUs, die wesentlich leistungsstärker sind. Fürs Mining sind diese heutzutage dennoch nicht mehr zu gebrauchen.

Mit der Zeit stieg die Anzahl an Teilnehmern, die Mining betrieben. Damit nahm wiederum die gesamte Rechenleistung im Netzwerk zu.

Hier siehst du die logarithmische Entwicklung der Hash-Rate. Diese Darstellung ermöglicht dir, vor allem die Entwicklung der Hashrate in den Anfangszeiten von Bitcoin zu verfolgen, da kleinen Werten eine höhere Gewichtung zugesprochen wird.

Akt 2: Mehr Rechenleistung durch GPU-Mining

Mit dem Aufkommen von GPU-Minern (= Minen mit dem Chip auf der Grafikkarte) wurden CPUs überflüssig. GPUs (Graphic Processing Units) sind – wie der Name schon sagt – vor allem auf Videoverarbeitung konzipiert. Diese Arbeit ist eine ständige Kaskade an Wiederholungen, denn große Gruppen von Pixeln müssen auf dem Bildschirm immer dasselbe tun.

Stell dir vor, CPUs und GPUs stellen zwei Personengruppen dar. In diesem Fall wäre eine CPU eine sehr kleine Gruppe von schlauen Köpfen, die jede Aufgabe, die sie bekämen schnell erledigen können. GPUs wären stattdessen eine immens große Gruppe von dummen Leuten, die anfangs weder klug noch schnell sind. Sie können aber für wiederholbare Aufgaben geschult werden, wodurch sie alleine durch ihre schiere Anzahl viel produktiver werden, als die CPU-Gruppe.

GPUs besitzen außerdem eine größere Anzahl an ALUs (Arithmetic Logic Units) als CPUs. Dadurch können sie größere Mengen an sperriger mathematischer Arbeit verrichten.

Eine GPU gruppiert seine ALUs. In einer Gruppe von ALUs wird die Verwaltung aufgeteilt. Das führt dazu, dass in einer Gruppe zwei ALUs nicht der gleichen Aufgabe nachgehen können. Stattdessen werden sie an einer nahezu identischen Variation der einzelnen Aufgaben arbeiten, die perfekt miteinander synchronisieren. Zum Beispiel das Ausprobieren verschiedener Hashes.

Auch noch heute wird in vielen kleineren Projekten mit GPUs geminet. Zum Beispiel bei Monero.

Hier siehst du ein typisches GPU-Mining-Rig.

Akt 3: Das Upgrade auf FPGA-Miner

FPGA (programmierbares Logikgatter) sind integrierte Schaltungen, die für eine bestimmte Aufgabe konzipiert werden. Diese können vor Ort konfiguriert werden oder je nach Aufgabe jederzeit umprogrammiert werden. Ein FPGA kann ein Microprozessor, eine Verschlüsselungseinheit, eine Grafikkarte oder eben auch einen Miner darstellen.

Ein FPGA ist aus tausenden Logikblöcken (CLBs) aufgebaut. Auf IT-Chinesisch: Diese CLBs bestehen aus Nachschlagetabellen (LUTs), Mulitplexern und Flip-Flops.

Hier ist ein typischer FPGA-Miner der Firma XILINX zu sehen.

Akt 4: ASIC-Miner, die Spezialisten des Minings

Die ersten ASIC-Miner (Application Specific Integrated Circuit) wurden erstmals 2013 hergestellt. Diese Hardware besteht aus speziellen Microchips, die nur für das Mining entwickelt wurden. ASICs leisten eine Aufgabe besonders effizient sind aber quasi für keine anderen Aufgaben zu gebrauchen.

Schon gewusst?: Ein ASIC-Miner aus 2018, der 2500 $ kostet, kann 400 GPUs oder 12.000 CPUs ersetzen.

Im Unterschied zu FPGA-Minern handelt es sich bei ASICs um eine permanente Schaltung. Das heißt: Eine anwendungsspezifische Schaltung wird in Silizium verklebt und kann nicht wieder verändert werden. Dadurch können ASICs in großer Stückzahl kosteneffizienter produziert werden. Da der Stromverbrauch bei ASICs gesteuert und weiter optimiert werden kann, weisen diese außerdem eine höhere Energieeffizienz auf.

Die bekanntesten Firmen für ASICs sind Bitmain mit ihrer Antminer-Serie und Ebang mit der EBIT-Serie.

Antminer T9 Review
Ein typischer ASIC-Miner aus dem Jahr 2018

Die ersten ASICS waren sogenannte USB-Miner, wie der Block Erupter und der Antminer U2+. Diese waren besonders stromsparend und konnten um die 300 Megahashes (=300 Millionen Hashes) pro Sekunde berechnen.

ASIC-Miner haben Vor- und Nachteile für das Bitcoinnetzwerk.

Vorteile

Durch die hohe Rechenleistung, die von ASICs verarbeitet werden, ist das Bitcoin-Netzwerk sicherer denn je. Außerdem ist die Hardware pro Effizienzeinheit günstiger.

Nachteile

Mit dem Aufkommen der ASICs ist die Schwierigkeit, einen Block zu lösen, enorm hoch. Dadurch können Privatpersonen mit GPUs und CPUs nicht mehr profitabel minen. Davon profitieren Unternehmen, die kostengünstig an Strom gelangen und thermisch regulierte Rechenzentren besitzen, besonders. Außerdem zentralisiert sich das Mining auf wenige Pools, die durch die hohe Rechenpower gefährlich nahe an die kritischen 51% Gesamtrechenleistung gelangen können.

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Ich hoffe, dir hat der Artikel gefallen. Denkst du irgendwann wird der Punkt kommen, an dem auch Privatpersonen wieder Mining betreiben können? Was kommt nach den ASICs? Gerne kannst du mir Anregungen dazu im Blocktrainer Forum schreiben.

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