Effizientes Mining: Kryptowährungen für einen besseren Zweck

Christoph Käsbauer et al. 65 Kommentare
Effizientes Mining: Kryptowährungen für einen besseren Zweck
Bild: rebcenter-moscow | CC0 1.0

tl;dr: Viele Kryptowährungen wie Bitcoin, Ethereum oder Litecoin stehen in der Kritik: Ihre Miner sind nur auf Profit aus, der Stromverbrauch ist enorm. Aber es geht auch anders. Die Währungen Gridcoin, Steem und Solarcoin nutzen die verfügbare Rechenkapazität effizienter und stehen für mehr als nur ein dezentrales Bankensystem.

Verschwenderische Kryptowährungen

Mit dem Boom der Kryptowährungen und den infolgedessen leer gefegten Regalen für Spieler-Grafikkarten trotz astronomischer Preise stellt sich für viele die Frage nach dem übergeordneten Sinn von "Mining", dem Schürfen von Kryptowährungen.

Proof of Work ist sicher, aber energetisch ineffizient

Bei den bekanntesten Währungen Bitcoin, Litecoin, Monero oder Ethereum werden Algorithmen gelöst, die der zugrundeliegenden Blockchain ein neues Kettenglied hinzufügen. Inhaltlich werden mit jedem Glied Überweisungen im Netzwerk wie in einem Buch niedergelegt. Der Anwender stellt seine Rechenleistung also einem dezentralen Bankensystem zur Verfügung. Der Wert der darin gehandelten Währung ist von deren Nachfrage abhängig.

Damit keine Chance auf deren Manipulation besteht, sind die Systeme der genannten Währungen mit aufwendigen Verfahren abgesichert. An deren Berechnung arbeitet das ganze Netzwerk. Dieses Verfahren wird als Proof of Work (PoW) bezeichnet. Die Berechnung der Algorithmen ist die für das Netzwerk geleistete Arbeit. Die erste erfolgreiche Berechnung wird mit einer gewissen Anzahl der entsprechenden "Coins" vergütet (mehr Details im Bericht Mining mit Grafikkarten: Ethereum schürfen im Selbstversuch).

Mining von Ethereum mit Grafikkarten im Selbstversuch
Mining von Ethereum mit Grafikkarten im Selbstversuch

Dabei werden allerdings Unmengen an Strom verbraucht, denn nur ein Rechner weltweit kann der erste sein. Alle anderen "Miner" gehen in dieser Runde leer aus, der von ihren PCs erzeugte Rechenaufwand und der damit verbundene Stromverbrauch waren auf den ersten Blick „umsonst“. Ganz so eindeutig ist es nicht, denn ein Rechner würde eventuell Jahrtausende brauchen, um das Problem zu lösen; die massive Parallelisierung ist also durchaus mehr als nur verschwenderisch.

Bitcoin braucht bald so viel Strom pro Jahr wie Deutschland pro Quartal

So oder so sind die Auswirkungen von Mining auf den weltweiten Stromverbrauch aber enorm. Laut dem Bitcoin Energy Consumption Index, der den Stromverbrauch des Bitcoin-Netzwerks überwacht, verbraucht allein das Bitcoin-Netzwerk auf Basis des aktuellen Bedarfs hochgerechnet 50 Terawattstunden pro Jahr. Sollte sich die zuletzt gezeigte Entwicklung fortsetzen, sind Ende 2018 um die 125 TWh möglich. Zum Vergleich: Deutschland hatte im Jahr 2015 einen Strombedarf von rund 600 TWh. In Anbetracht des Einsatzzwecks, dem Aufrechterhalten eines Bankensystems, steht dieser Verbrauch gleich doppelt in der Kritik.

Es gibt auch Kryptowährungen mit einem übergeordneten Zweck

Doch nicht alle Kryptowährungen stellen (rein) dezentrale Bankensysteme dar, deren Teilnehmer für das Aufrechterhalten des Bankensystems vergütet werden. Es gibt einige Kryptowährungen und Blockchain-Projekte, die entweder ganz ohne oder mit einem anderen Verständnis von Mining durch das Lösen von Algorithmen auskommen, oder durch anders gestaltete Mining-Aufgaben sogar zu wissenschaftlichen Projekten beitragen.

Es geht auch anders

Bei allen nachfolgend vorgestellten Alternativen kommt eine modifizierte Version des PoW zum Einsatz: der Proof of Stake (PoS). Bei der PoS-Variante stimmt das Netzwerk (automatisiert) ab, wer den nächsten Block erstellen soll – verschwenderisches „Mining der Masse“ findet nicht statt. Die Auswahl kann nach verschiedenen Ansätzen erfolgen, beispielsweise unter Berücksichtigung des jeweils gehaltenen Vermögens an Kryptowährung oder auch der Zeit, die ein Teilnehmer bereits im Netzwerk mitgeholfen hat, die Blockchain zu verifizieren.

Das hat den Vorteil, dass nur ein Bruchteil der Energie benötigt wird, um die Blockchain aufrechtzuerhalten. Darüber hinaus haben die ausgewählten Teilnehmer ein Interesse daran, das Netzwerk voranzubringen – weil sie selber Währung besitzen („Stake“). Auf der anderen Seite besteht die Gefahr einer Abspaltung aus der Blockchain, weil der so agierende Nutzer bei seiner Währung grundsätzlich nichts zu verlieren hat.

Vergütet werden bei PoS alle potenziell mithelfenden Miner meistens gemeinschaftlich mit einem geringen jährlichen Zinssatz auf ihre gehaltene Kryptowährung – mehr zu halten wird also auch darüber belohnt. Doch einige Währungen gehen hierbei sogar noch einen Schritt weiter.

Gridcoin für den, der die Wissenschaft unterstützt

Eine davon ist Gridcoin. Der für den nächsten Block verantwortliche Teilnehmer am Netzwerk wird vom Rest des Netzwerkes bestimmt, basierend auf der Menge seiner Gridcoin, kombiniert mit der Zeit, die er bereits zur Verifizierung der Blockchain aufgebracht hat. Für die Vergütung stehen pro Tag 50.000 neu geschaffene Gridcoin zur Verfügung. Die werden allerdings nicht einfach so an die aktiven oder passiven Nutzer ausgezahlt, sie bekommen nur einen Anteil als Zinssatz. Der Großteil wird hingegen an die Mitglieder verteilt, die ihre eigenen Rechenleistung für die Wissenschaft zur Verfügung stellen.

Gridcoin
Gridcoin (Bild: Gridcoin.us)

Ermöglicht wird das durch das Berkeley Open Infrastructure for Network Computing (BOINC), einem dezentralen Netzwerk der Universität Berkeley, das kleine Arbeitspakete zur Berechnung auf die teilnehmenden Rechner schickt. Die Gridcoin-Blockchain vergütet diese Berechnungen durch das Auszahlen der durch PoS erzeugten Gridcoin, basierend auf erbrachter Rechenleistung.

Gridcoin setzt also auf eine energiesparende Blockchain zur Verwaltung und Verifizierung des Zahlungsmittels, deren Coins sich Teilnehmer allerdings nicht über die Teilnahme am Bankensystem, sondern an der gemeinnützigen Arbeit in wissenschaftlichen Projekten erarbeiten müssen. Die Währung kann daraufhin entweder auf Handelsplattformen umgetauscht oder verkauft oder dafür benutzt werden, Projekte innerhalb von BOINC zu fördern. Die von BOINC und Gridcoin unterstützten Projekte umfassen sehr rechenintensive wissenschaftliche Projekte wie etwa die Analyse von Weltraumdaten oder das Finden neuer Wirkstoffe gegen Krankheiten.

Steem geht an Autoren (hochwertiger Inhalte)

Während Gridcoin das Problem des sinnlosen Stromverbrauches zu lösen versucht, wird von Steem eine noch tiefgreifendere Revolution angestrebt. Die Basis bildet auch hier ein PoS-Protokoll. Gegenwärtig wird die Steem-Blockchain aber nur von 20 Servern aktiv verifiziert, mit über 100 weiteren als Backup. Es werden täglich etwa 48.000 Einheiten der Kryptowährung Steem von der Blockchain erstellt. Nach der Auszahlung eines Zinssatzes für die aktiven Teilnehmer folgt die Verteilung des Rests einem einzigartigen Prinzip: Steemit.com, die Webseite zu Steem, ist ein Hybrid aus Social-Media- und Blogging-Plattform, auf der jeder Beitrag wie bei Facebook mit einem "Like" versehen werden kann.

Steem
Steem (Bild: Steem)

Durch positive Abstimmung anderer Nutzer erhält der Autor einen gewissen Anteil an Steem. Die Kuratoren selbst bekommen ebenfalls einen kleinen Beitrag, weil ihre Abstimmung zur Förderung von qualitativ hochwertigen Artikeln beigetragen hat. Die Arbeit, die geleistet werden muss, um die Währung zu verdienen, ist hier also keine technische, sondern eine geistige der einzelnen Teilnehmer in Form von Blog-Artikeln.

Solarcoin vergütet Solarstromerzeuger

Als Projekt aus dem Bereich Erneuerbare Energien versucht Solarcoin die Gewinnung von Strom aus Sonnenenergie zu fördern. Auch hier kommt Proof of Stake zum Einsatz. Die Verteilung von Coins als Belohnung ist vergleichsweise einfach gestrickt: Für jede durch Solarenergie weltweit erzeugte Megawattstunde wird an alle mit ihrer Anlage registrierten Teilnehmer eine Solarcoin verteilt. Das können private Haushalte oder Großproduzenten sein. Darüber hinaus bekommen alle Teilnehmer, die die dafür benötigte Blockchain verifizieren, einen kleinen Zinssatz auf ihre Solarcoin-Vermögen. Das Projekt will somit einen Zusatzanreiz für die Investition in Photovoltaikanlagen geben und den Ausbau dieser Technologie fördern.

Solarcoin
Solarcoin (Bild: Solarcoin.org)

Die Organisation hinter Solarcoin, die Solarcoin Foundation, hält derzeit 97,5 Milliarden Solarcoins, das entspricht 99,4 Prozent der Währung. Sie sollen über die kommenden 40 Jahre vollständig ausgezahlt werden. Das Ziel ist also, 97,5 Petawatt an Solarstrom über den Zeitraum der nächsten 40 Jahre zu fördern. Wie hoch der Wert der Solarcoin ist, entscheidet auch hier die Nachfrage.

Fazit

Alle drei vorgestellten Währungen setzen mit dem Proof-of-Stake-Algorithmus eine deutlich effizientere Alternative zum Proof of Work ein. Kehrseite ist die Gefahr, dass ein Teilnehmer die Blockchain spaltet und sein Guthaben dem Konsens verlustfrei entzieht. Denn je mehr Leute an der Konsensfindung beteiligt sind, desto kleiner die Wahrscheinlichkeit für Missbrauch, da die Möglichkeit, Einfluss zu nehmen und Mini-Forks zu erzeugen, kleiner wird. Ultimativ ist auch Proof-of-Work-Währung davor aber nicht gefeit, wie Bitcoin und Bitcoin Cash im Jahr 2017 gezeigt haben. Viele Kryptowährungen setzen deshalb am Anfang auf PoW, bei Erreichen einer kritischen Nutzermasse wird dann aber auf PoS umgestellt. Ethereum beispielsweise hat den eigentlich schon lange geplanten Schritt bis heute aber noch nicht umgesetzt.

Die Blockchain ist bei Gridcoin und Co nur Mittel zum Zweck

Der Sinn der eigentlichen Blockchain ist bei Gridcoin, Steem und Solarcoin der gleiche wie bei Bitcoin: das Aufzeichnen und Festhalten von Transaktionen der Währungen. Die Blockchain ist hier aber nur Mittel zum Zweck, denn die Verteilung der Währung findet auf einer anderen Basis statt: der geleisteten wissenschaftlichen Arbeit, der geschriebenen hochwertigen Texte oder der erzeugten Solarenergie.

Das unterscheidet diese Projekte sehr deutlich von den klassischen PoW-Währungen wie Bitcoin, Litecoin oder Monero, deren einziger Zweck der sichere Handel der jeweiligen Währungen ist. Bei Gridcoin und Co ist das eher ein Nebenaspekt. Teilnehmer verdienen hier nur dann wirklich mit, wenn sie mit ihrer Rechenkraft einem übergeordneten Zweck dienen.

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