Hashrate und Sicherheit

Neugier

1. Wie lässt sich eine Zahl, die Trillionen Berechnungen pro Sekunde darstellt, aus nur zwei beobachtbaren Größen ableiten?
2. Was wäre eigentlich nötig, um einen Tag aus der Geschichte von Bitcoin neu zu schreiben?
3. Was macht eine Hardware-Investition, die außerhalb eines bestimmten Konsensalgorithmus keinerlei Nutzen hat, zu einer stabilisierenden Kraft für dieses Netzwerk?

Erkunden

1. Die Hashrate ist die gesamte Rechenleistung aller Miner, die Proof of Work leisten, und wird in Exahashes pro Sekunde (EH/s) gemessen, wobei ein Exahash 10^18 Hashes entspricht. Bis 2024 erreichte dieser Wert Hunderte von EH/s. Hash-Versuche werden nirgends direkt gezählt; Explorer und Analysten schätzen die Hashrate aus der aktuellen Schwierigkeit und der Rate, mit der Blöcke eintreffen. Da das Finden von Blöcken ein stochastischer, von Wahrscheinlichkeiten bestimmter Prozess ist, schwanken kurzfristige Hashrate-Werte durch die Streuung der Blockzeiten erheblich.
2. Der Schutz davor, dass die Historie umgeschrieben wird, ist wirtschaftlicher und nicht kryptografischer Natur. Um die jüngste Historie umzuschreiben, muss ein Angreifer dauerhaft mehr Rechenleistung aufbringen als der gesamte Rest des Netzwerks zur selben Zeit. Dafür müsste er spezialisierte Hardware und Energie in einem Umfang beschaffen, der sich nur zu prohibitiv hohen Kosten zusammenbringen lässt und bei einem Angriffsversuch kaum zu übersehen wäre. Eine Möglichkeit, die Kosten eines Angriffs zu beziffern, die der Ökonom Eric Budish 2018 vertrat, ist der Mining-Ertrag, den die Hardware des Angreifers andernfalls erzielt hätte; nach dieser Sichtweise kostet Sicherheit ungefähr so viel, wie Miner bezahlt bekommen.
3. Der Mechanismus der Schwierigkeitsanpassung sorgt dafür, dass bei steigender Hashrate der Ziel-Hashwert alle 2016 Blöcke (etwa alle zwei Wochen) proportional sinkt. So bleibt der durchschnittliche Blockabstand bei rund zehn Minuten. Folglich sinkt die Wahrscheinlichkeit für einzelne Miner, einen Block zu finden, wenn die Leistung des Netzwerks wächst, doch die Gesamtarbeit, mit der ein Angreifer mithalten muss, steigt. Die von den Minern aufgewendete Energie wirkt als Verifizierungskosten, die Double Spending für rationale Akteure, die Kapital in die Infrastruktur gesteckt haben, wirtschaftlich unvernünftig machen.
4. Die Spezialisierung der Hardware vertieft diese wirtschaftliche Kopplung. Bitcoin-ASICs sind ausschließlich dafür gebaut, doppelte SHA-256-Hashes zu berechnen; sie können nur Coins minen, die denselben Proof of Work verwenden, und sind ansonsten wenig wert. Dadurch ist das finanzielle Schicksal der Miner direkt an den Zustand und die Sicherheit des Netzwerks geknüpft. Würde das Netzwerk erfolgreich angegriffen, verlöre diese Hardware einen Großteil ihres Wertes. Diese Ausrichtung der Anreize schreckt große Betreiber von Angriffen ab, die viel in speziell gebaute Anlagen investiert haben, die schnell an Wert verlieren, aber hohe Einstiegskosten verursachen.
5. Ältere Blöcke werden mit der Zeit immer unveränderlicher. Um die Chain auf einer jüngeren Höhe zu forken, muss man das ehrliche Netzwerk nur für kurze Zeit überholen, was mit ausreichend Kapital machbar ist. Die Historie jedoch um Hunderttausende Blöcke zurückzudrehen, würde erfordern, jahrelang die Mehrheit der Hashrate zu halten, und dabei Energiekosten anhäufen, die jeden möglichen Gewinn aus gestohlenen Mitteln übersteigen. Die Bestätigungstiefe dient daher als Näherungswert für Finalität: Jeder weitere Block macht eine Umkehr für einen Angreifer mit einer Minderheit der Hashrate exponentiell unwahrscheinlicher, und für einen Angreifer mit Mehrheit kommen jeweils etwa zehn Minuten Arbeit des gesamten Netzwerks hinzu.
6. Um diese Dynamik nachzuvollziehen, öffnen Sie mempool.space oder einen ähnlichen Explorer und sehen sich die aktuelle Netzwerk-Schwierigkeit und die geschätzte Hashrate an. Vergleichen Sie diese Werte mit den Daten von vor einem Jahr, um Wachstumstrends und die Auswirkungen der Schwierigkeitsanpassungen zu erkennen. Beachten Sie: Einzelne Maschinen tragen zwar fest umrissene Leistungsmengen bei, der Netzwerkwert ist jedoch eine fortlaufende Schätzung mit statistischem Rauschen und spiegelt den kollektiven, aber schwankenden Charakter verteilter Mining-Betriebe in Rechtsräumen weltweit wider.

Kernfakten

Übung neun, sechs, drei, eins

Faktcheck

Datumsangaben, Zahlen und Behauptungen wurden mit den unten aufgeführten veröffentlichten Quellen abgeglichen.

• A. M. Antonopoulos & D. A. Harding, Mastering Bitcoin, 3rd ed. (2023), ch. 12
• Budish, 'The Economic Limits of Bitcoin and the Blockchain' (NBER Working Paper, 2018)
• mempool.space mining dashboard