Was ist Proof of Work?
Definition · Proof of Work (PoW)
Ein System, bei dem das Recht, einen Block hinzuzufügen, an denjenigen geht, der zuerst einen Hash des Block-Headers unter einem Ziel findet. Ihn zu finden erfordert enorm viele Versuche; ihn zu prüfen braucht nur einen Hash.
Satoshi Nakamoto beschrieb es 2008 im Bitcoin-Whitepaper, aufbauend auf Adam Backs Hashcash, einer älteren Idee, um E-Mail-Spam teuer zu machen. Der gültige Hash ist der Beweis. Man kann keinen bekommen, ohne die Arbeit zu leisten, und jeder kann sehen, dass man sie geleistet hat.
Der Rest dieser Seite geht jedes Teil durch, und mit der Box oben kannst du es selbst ausprobieren: Das ist ein echtes Bitcoin-Header-Format, live in deinem Browser gehasht. Für das größere Bild zum Mining sieh dir unseren kompletten Bitcoin-Mining-Leitfaden an.
Welches Problem löst Proof of Work?
Bitcoin hat kein Unternehmen, keine Bank und keinen Server, der das Sagen hat. Tausende Computer führen ihre eigene Kopie des Ledgers, und sie müssen sich einigen, welcher Block als Nächstes kommt und in welcher Reihenfolge Zahlungen stattfanden. Sonst könnte jemand denselben Coin zweimal ausgeben.
Eine einfache Abstimmung funktioniert online nicht, weil jeder tausend gefälschte Computer starten und tausendmal abstimmen kann. Das nennt man einen Sybil-Angriff. Proof of Work umgeht das: Dein Mitspracherecht wird in Hashes gemessen, und Hashes kosten Strom und Hardware.
Wer hat ein Mitspracherecht beim nächsten Block?
Eine Stimme pro Node
Ein Angreifer startet kostenlos 60 gefälschte Nodes und überstimmt die 12 ehrlichen.
Eine Stimme pro Hash
ehrliche Miner 88%Angreifer 12%
Dieselben 60 Nodes teilen sich die echte Hardware des Angreifers, daher wiegen sie zusammen immer noch 12%. Kopien sind kostenlos, Hashes nicht.
Was steckt in einem Bitcoin-Block-Header?
Miner hashen nicht den ganzen Block. Sie hashen dessen 80-Byte-Header, der sich auf alles andere festlegt. Das sind die sechs Felder, die du oben in der Box bearbeitet hast:
| Feld | Bytes | Was es enthält | Wer ihn ändert |
|---|---|---|---|
| Version | 4 | Welchem Regelsatz der Block folgt | Ändert sich selten |
| Hash des vorherigen Blocks | 32 | Der Hash des vorherigen Blocks, der die Chain verkettet | Neu bei jedem Block |
| Merkle-Root | 32 | Ein Fingerabdruck aller Transaktionen des Blocks | Miner, wenn sich Transaktionen oder die zusätzliche Nonce ändern |
| Zeit | 4 | Wann der Miner angibt, dass der Block erstellt wurde (Unix-Zeit) | Miner, innerhalb von Grenzen |
| Bits | 4 | Das Ziel, verpackt in 4 Bytes | Das Netzwerk, alle 2.016 Blöcke |
| Nonce | 4 | Eine freie Zahl, um es erneut zu versuchen | Miner, bei jedem Versuch |
Da der Header den Hash des vorherigen Blocks enthält, ändert sich beim Ändern eines alten Blocks dessen Hash, was den nächsten Header bricht, und den danach. Wir haben den echten Genesis-Block von 2009 mit demselben Code geprüft, den der obere Bereich verwendet, auf unserem Server, als diese Seite erstellt wurde:
000000000019d6689c085ae165831e934ff763ae46a2a6c172b3f1b60a8ce26f
Wie funktioniert SHA-256 bei Bitcoin?
SHA-256 verwandelt jede Eingabe in eine 256-Bit-Zahl, geschrieben als 64 Hex-Zeichen. Bitcoin wendet es zweimal auf den Header an (man nennt es SHA-256d). Die für Mining wichtigen Eigenschaften sind einfach:
Gleiche Eingabe, gleiche Ausgabe
Deterministisch
Derselbe Header ergibt immer denselben Hash, auf jedem Computer. Deshalb funktioniert die Prüfung.
256 Bits
Feste Größe
Ob kurze Zeile oder ganzes Buch, der Hash hat immer 64 Hex-Zeichen.
Einweg
Keine Abkürzung zurück
Man kann keine Eingabe berechnen, die einen gewünschten Hash ergibt. Man kann nur Eingaben ausprobieren.
≈ 50%
Lawineneffekt
Ändere ein Zeichen, und etwa die Hälfte der Bits kippt um. Beobachte das Raster oben.
Diese letzte Eigenschaft ist das Herzstück von Proof of Work. Ein Hash nah am Ziel verrät nichts über den nächsten Versuch, daher gibt es keinen cleveren Weg zu einem gültigen Block. Jeder Miner spielt dieselbe Lotterie, und mehr Hashes pro Sekunde kaufen nur mehr Lose.
Was ist das Ziel, und warum die führenden Nullen?
Das Ziel ist eine 256-Bit-Zahl. Ein Block ist gültig, wenn sein Hash, als Zahl gelesen, bei oder unter diesem Ziel liegt. Da kleine Zahlen mit Nullen beginnen, zeigt sich ein niedrigeres Ziel als mehr führende Nullen. Jede zusätzliche Hex-Null bedeutet im Schnitt das 16-Fache an Versuchen.
Durchschnittlich benötigte Hashes, um einen gültigen Block zu finden
- Der Beispielblock oben · 4 führende Hex-Nullen65,536
- Bitcoins leichtestes Ziel (2009) · 8 führende Hex-Nullen, Bits 1d00ffff4,294,967,296
- Ein Bitcoin-Block heute · etwa 20 führende Hex-Nullen (Live-Schätzung)6.0 × 1023
Das Netzwerk verschiebt das Ziel alle 2.016 Blöcke, etwa zwei Wochen, sodass Blöcke weiterhin etwa alle zehn Minuten kommen, egal wie viel Hashrate dazukommt oder wegfällt. Gerade jetzt läuft das Netzwerk bei etwa 1003 EH/s (live, stündlich aktualisiert). Wie diese Anpassung funktioniert, steht in unserem Ratgeber zur Bitcoin-Mining-Difficulty, und der Hashrate-Erklärer behandelt die Einheiten.
Was ist eine Nonce, und was ist die zusätzliche Nonce?
Die Nonce („number used once“) ist das 4-Byte-Feld, das Miner bei jedem Versuch ändern. Es ist das einzige Feld, das nur dafür da ist, geändert zu werden. Das Problem ist, dass 4 Bytes nur etwa 4,3 Milliarden Werte bieten, und moderne Maschinen arbeiten das fast augenblicklich ab.
Die Schleife des Miners
- 01
Probiere jede Nonce
0, 1, 2 und weiter bis 4.294.967.295. Das sind alle Werte, die 4 Bytes fassen können.
- 02
Schnell aufgebraucht
Eine einzelne 100-TH/s-Maschine schafft sie alle in etwa 43 Millionstelsekunden.
- 03
Ändere die zusätzliche Nonce
Der Miner bearbeitet ein freies Feld in seiner eigenen Belohnungstransaktion (der Coinbase).
- 04
Neuer Merkle-Root
Diese Transaktion hat sich geändert, daher ändert sich der Merkle-Root, und jede Nonce liefert wieder frische Hashes.
Daher ändern Miner auch eine zusätzliche Nonce, ein paar freie Bytes in der Coinbase, der ersten Transaktion des Blocks, die den Miner bezahlt. Eine neue Coinbase bedeutet einen neuen Merkle-Root, und das bedeutet Milliarden frischer Nonces zum Ausprobieren. In einem Mining-Pool gibt der Pool jedem Miner seinen eigenen Bereich zusätzlicher Nonces, damit niemand die Arbeit eines anderen wiederholt.
Warum ist ein Block teuer zu finden, aber billig zu prüfen?
Um einen Block zu finden
≈ 6.0 × 1023 Hashes
Das gesamte Netzwerk, all seine Maschinen, etwa zehn Minuten Raten.
Live-Schätzung, stündlich aktualisiert.
Um ihn zu prüfen
1 Hash
Jeder Node, selbst ein billiger Laptop, hasht den 80-Byte-Header einmal und vergleicht ihn mit dem Ziel in deutlich unter einer Millisekunde.
Der Miner muss Hashes ausprobieren, bis einer unter das Ziel fällt. Alle anderen müssen den Header nur einmal hashen und vergleichen. Dieses ungleiche Kostenverhältnis erlaubt es tausenden gewöhnlichen Computern, die Chain zu prüfen, ohne den Minern zu vertrauen, die sie gebaut haben.
Probier den Suchteil unten selbst aus. Diese Demo nutzt ein einfacheres Blockformat als oben, aber es ist dieselbe doppelte SHA-256-Lotterie, und jeder gefundene Block verkettet sich mit dem letzten.
Interaktiv · Mine einen Block in deinem Browser
Echtes SHA-256-Proof-of-Work, vereinfachter Header
Block-Hash (doppelter SHA-256)
Bearbeite die Transaktionen: Der Hash ändert sich mit einem einzigen Buchstaben komplett.
Versuche: 0
Deine Hashrate: k. A.
Zeit: 0,0 s
Was ist die Längste-Chain-Regel, und was ist ein 51%-Angriff?
Manchmal finden zwei Miner fast im selben Moment einen Block, und das Netzwerk hat kurzzeitig zwei Versionen. Nodes folgen der Chain mit der meisten Gesamtarbeit dahinter. Man nennt es die längste Chain, aber eigentlich ist es die schwerste: Ein paar Blöcke bei hoher Schwierigkeit können mehr Blöcke bei niedriger Schwierigkeit überwiegen.
Um eine Zahlung rückgängig zu machen, müsste ein Angreifer eine schwerere Chain bauen als alle anderen, beginnend vor dieser Zahlung. Jeder neue Block obendrauf (eine Bestätigung) bringt den Angreifer weiter ins Hintertreffen. Das Whitepaper hat die Chancen durchgerechnet; beweg den Regler, um sie zu sehen:
Interaktiv · kann ein Angreifer aufholen?
Formel aus dem Bitcoin-Whitepaper, Abschnitt 11
- 0
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
Blöcke, um die der Angreifer zurückliegt (Bestätigungen). Die Balken nutzen eine logarithmische Skala, von eins zu einer Million bis hin zu sicher.
Mit 10% der Hashrate liegt die Chance, eine Zahlung nach 6 Bestätigungen umzuschreiben, bei 0,024%, und nach 1 Bestätigung bei 20,5%.
Mit 50% oder mehr gewinnt der Angreifer irgendwann. Das ist der 51%-Angriff. Er ist ernst zu nehmen, hat aber Grenzen:
Mit dem Großteil der Hashrate kann ein Angreifer
- Aktuelle Blöcke durch ihre eigene Chain ersetzen
- Coins doppelt ausgeben, die sie selbst gesendet haben
- Manche Transaktionen aus ihren Blöcken auslassen
Selbst dann können sie nicht
- Coins aus den Wallets anderer Leute ausgeben
- Coins über die Block-Belohnung hinaus erzeugen
- Bitcoins Regeln für alle anderen ändern
Deshalb warten Börsen bei großen Einzahlungen auf mehrere Bestätigungen. Sechs ist die übliche Faustregel.
Warum verbraucht Proof of Work so viel Energie?
Weil die Energie die Sicherheit ist. Ein gültiger Block ist der Beweis, dass echter Strom verbraucht wurde. Um die Geschichte umzuschreiben, muss ein Angreifer mindestens noch einmal so viel ausgeben und weiter ausgeben, während das ehrliche Netzwerk weitermacht.
Wohin die Energie fließt, und was sie kauft
Block-Belohnung und Gebühren
Neues BTC plus Gebühren für jeden Block, ausgezahlt an denjenigen, der ihn findet.
Maschinen und Strom
Miner geben aus, bis zu dem, was die Belohnung ihnen wert ist.
Netzwerk-Hashrate
All diese Ausgaben zeigen sich als Hashes pro Sekunde.
Kosten, um die Geschichte umzuschreiben
Ein Angreifer muss all das übertreffen, Block für Block.
Wie viel Strom das ist und woher er kommt, ist eine faire Debatte. Der Cambridge-Index verfolgt Schätzungen, und unser Bitcoin-Mining-Energie-Leitfaden geht die Zahlen durch. Jedes Halving senkt den Neucoin-Anteil der Belohnung, daher müssen Gebühren mit der Zeit einen größeren Teil dieses Sicherheitsbudgets tragen.
Proof of Work vs. Proof of Stake: Was ist der Unterschied?
Proof of Stake (PoS) wählt den nächsten Block-Produzenten aus Leuten, die Coins als Einsatz sperren, statt aus Leuten, die Strom verbrennen. Ethereum wechselte 2022 von Proof of Work zu Proof of Stake. Hier ist ein fairer Vergleich:
| Proof of Work | Proof of Stake | |
|---|---|---|
| Wer den nächsten Block hinzufügt | Der erste Miner, der einen Hash unter dem Ziel findet | Ein Validator, ausgewählt proportional zu seinem Einsatz |
| Was es sichert | Strom und Hardware, außerhalb der Chain ausgegeben | Coins, die in der Chain gesperrt sind und bei Betrug einbehalten werden können |
| Energieverbrauch | Hoch, mit Absicht | Niedrig |
| Um teilzunehmen | Maschinen und günstiger Strom | Coins zum Staken |
| Abwicklung | Wird mit jeder Bestätigung sicherer | Explizite Finalitäts-Checkpoints |
| Hauptkritik | Energieverbrauch und Mining-Konzentration | Stake-Konzentration und ein komplexeres Design |
| Erfolgsbilanz | Bitcoin, seit 2009 | Ethereum, seit 2022 |
Bitcoins Entwickler haben Proof of Work beibehalten, weil dessen Kosten außerhalb des Systems liegen, sodass sich niemand mit bereits gehaltenen Coins die Kontrolle erkaufen kann. Befürworter von Proof of Stake verweisen auf die Energieersparnis und schnellere Finalität.
Kannst du mit Mining Bitcoin verdienen, ohne selbst Proof of Work zu betreiben?
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Jeder Plan hat eine Hashrate. Deine Schätzung entspricht dem Anteil dieser Hashrate an der gesamten Netzwerk-Hashrate, multipliziert mit 6 Blöcken pro Stunde und der Blockbelohnung. Das ist die Formel, mit der die App deine Belohnungen schätzt (es gelten Regeln und Limits). Du möchtest mehr Geschwindigkeit? Ein optionaler kostenpflichtiger Plan erhöht die Hashrate. Der Preis wird vor deiner Bestätigung angezeigt.
Gut zu wissen: Belohnungen sind Schätzungen, die sich mit dem Netzwerk ändern und nicht garantiert sind, und ein Plan gibt kein Eigentum an einer Maschine oder einem Pool. Für Auszahlungen können Limits oder eine Verifizierung gelten. Die Details stehen in den Belohnungsregeln und im kostenlosen Bitcoin-Mining-Leitfaden. Es gelten AGB.
Häufig gestellte Fragen
Was ist Proof of Work, einfach erklärt?
Es ist eine Methode, das Hinzufügen eines Blocks echten Aufwand kosten zu lassen. Miner hashen den Block-Header immer wieder, wobei sie eine Zahl namens Nonce ändern, bis das Ergebnis unter ein Ziel fällt. Diesen Hash zu finden braucht enorm viele Versuche, aber jeder kann ihn mit einem einzigen Hash prüfen.
Was ist eine Nonce bei Bitcoin?
Eine 4-Byte-Zahl im Block-Header, die Miner bei jedem Versuch ändern. Sie hat etwa 4,3 Milliarden mögliche Werte. Sind sie aufgebraucht, ändern Miner eine zusätzliche Nonce in der Coinbase-Transaktion, was einen neuen Merkle-Root und einen frischen Satz von Hashes ergibt.
Warum verwendet Bitcoin SHA-256 zweimal?
Bitcoin hasht den 80-Byte-Header mit SHA-256 und hasht dieses Ergebnis dann erneut. Satoshi hat diese Wahl nie erklärt. Die übliche Interpretation ist, dass es vor Length-Extension-Angriffen schützt und eine zusätzliche Sicherheitsmarge gibt.
Was ermöglicht ein 51%-Angriff jemandem?
Wer die meiste Hashrate hat, kann im Verborgenen eine längere Chain bauen und aktuelle Blöcke ersetzen, was es ihm erlaubt, seine eigenen Coins doppelt auszugeben oder manche Transaktionen zu blockieren. Er kann nicht die Coins anderer Leute ausgeben, Coins über die Regeln hinaus erzeugen oder die Regeln für alle ändern.
Ist Proof of Stake besser als Proof of Work?
Es verbraucht weit weniger Energie, und die Sicherheit stammt aus als Stake gesperrten Coins. Proof of Work knüpft Sicherheit an eine externe Kosten, Strom und Hardware, und betreibt Bitcoin seit 2009. Jedes macht andere Kompromisse, daher hängt es davon ab, was dir wichtig ist, was besser ist.
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Quellen und weiterführende Informationen
- Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System (das Whitepaper) · Satoshi Nakamoto, bitcoin.org
- Blockchain-Leitfaden: Block-Header, Proof of Work, Coinbase · Bitcoin-Entwicklerdokumentation
- Mining-Leitfaden: Solo-Mining, Pools, getblocktemplate · Bitcoin-Entwicklerdokumentation
- Schwierigkeit · Bitcoin-Wiki
- Bestätigung · Bitcoin-Wiki
- Cambridge Bitcoin Electricity Consumption Index · Cambridge Centre for Alternative Finance
- Mining-Dashboard: Hashrate, Schwierigkeit, letzte Blöcke · mempool.space
Live-Werte auf dieser Seite (Netzwerk-Hashrate, Block-Belohnung, BTC-Preis) stammen aus der CloudMineCrypto-API, werden stündlich aktualisiert und sind dort gekennzeichnet, wo sie erscheinen. Dieser Ratgeber dient der Bildung und ist keine Finanzberatung. CloudMineCrypto ist kein Anlageprodukt; Belohnungen in der App sind Schätzungen und nicht garantiert.
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