Was sind ASIC-Miner?

Worum es geht

Beim Mining prüfen Teilnehmende des Netzwerks – die Miner – Überweisungen, halten sie in Blöcken fest und sichern so die Blockchain. Das Verfahren dahinter heisst Proof of Work: Es macht Betrug teuer, weil jeder Block Energie und Zeit kostet.

Um heute erfolgreich zu minen, braucht es unvergleichlich mehr Rechenleistung als in den Anfangsjahren. Der Grund: Die Schwierigkeit passt sich der gesamten Rechenleistung des Netzwerks an, der sogenannten Hashrate. Sie gibt an, wie viele Hash-Berechnungen pro Sekunde durchgeführt werden. Jede dieser Berechnungen ist ein Versuch, einen gültigen Block zu finden. Je mehr Leistung ins Netzwerk kommt, desto schwieriger wird es für alle. Die Geschichte der Mining-Geräte lässt sich in vier Akten erzählen.

Akt 1: Mining mit dem Prozessor (CPU)

In den ersten Jahren minten die Teilnehmenden mit dem Hauptprozessor (CPU) ihres gewöhnlichen Computers. Satoshi Nakamoto selbst minte so die ersten Blöcke. Heutige Prozessoren mit vielen Kernen sind um ein Vielfaches stärker als damals, für das Bitcoin-Mining aber längst völlig nutzlos. Denn je mehr Menschen mitmachten, desto stärker stieg die Hashrate des Netzwerks.

Akt 2: Mining mit der Grafikkarte (GPU)

Bald merkten findige Miner, dass Grafikkarten (GPU) viel besser geeignet sind. Grafikkarten sind dafür gebaut, Bilder und Videos zu berechnen – also sehr viele gleichartige Rechnungen gleichzeitig auszuführen.

Ein Vergleich: Ein Prozessor ist wie eine kleine Gruppe hochqualifizierter Fachleute, die jede Aufgabe lösen können, aber nur wenige gleichzeitig. Eine Grafikkarte ist wie eine riesige Gruppe einfacher Arbeiterinnen und Arbeiter, die alle dieselbe simple Aufgabe erledigen – und gerade durch ihre schiere Zahl enorm produktiv sind. Grafikkarten haben viel mehr Recheneinheiten als Prozessoren und können deshalb viele Hash-Versuche parallel ausführen. Bei kleineren Kryptowährungen wird bis heute mit Grafikkarten geschürft, zum Beispiel bei Monero.

Akt 3: Mining mit programmierbaren Chips (FPGA)

Danach kamen sogenannte FPGAs (Field Programmable Gate Arrays) zum Einsatz: Chips, deren Schaltungen sich nachträglich für ganz unterschiedliche Aufgaben einrichten lassen. Ein FPGA kann als Prozessor, als Verschlüsselungschip, als Grafikeinheit oder eben als Mining-Chip arbeiten. Er besteht aus Tausenden kleiner Logikblöcke, die sich frei verschalten lassen. Für das Mining eingerichtet, waren FPGAs effizienter als Grafikkarten – aber nicht lange.

Akt 4: ASIC-Miner

2013 erschienen die ersten ASIC-Miner. ASIC steht für «Application-Specific Integrated Circuit», auf Deutsch anwendungsspezifische integrierte Schaltung. Ihre Chips sind für eine einzige Aufgabe gebaut: SHA-256-Hashes für Bitcoin zu berechnen. Darin sind sie extrem effizient – für alles andere sind sie praktisch unbrauchbar.

Anders als bei einem FPGA ist die Schaltung eines ASIC fest ins Silizium eingebrannt und lässt sich nicht mehr ändern. Gerade das macht sie günstig in der Massenproduktion und besonders sparsam im Stromverbrauch, weil jede Leiterbahn auf diese eine Aufgabe optimiert ist.

Wie gross der Sprung war, zeigt ein Vergleich aus dem Jahr 2018: Ein ASIC-Miner für rund 2'500 Dollar ersetzte damals etwa 400 Grafikkarten oder 12'000 Prozessoren. Zu den ersten ASIC-Geräten gehörten kleine USB-Sticks wie der «Block Erupter», die rund 300 Millionen Hashes pro Sekunde schafften. Heutige Geräte erreichen Hunderte Billionen Hashes pro Sekunde und arbeiten dabei um ein Vielfaches sparsamer pro Hash. Bekannte Hersteller sind Bitmain mit der Antminer-Reihe sowie Ebang, MicroBT und weitere.

Effizienz und Lebensdauer

Bei ASIC-Minern zählt vor allem eine Zahl: wie viel Energie ein Gerät pro Billion Hashes braucht, gemessen in Joule pro Terahash. Je tiefer der Wert, desto günstiger arbeitet das Gerät. Weil die Chips mit jeder Generation effizienter werden und die Schwierigkeit gleichzeitig steigt, werden ältere Geräte nach einigen Jahren unrentabel. Sie wandern dann oft an Orte mit noch günstigerem Strom weiter, bevor sie ausgemustert werden.

Ein Teil der Energie wird zu Wärme. In kalten Ländern nutzen manche diese Abwärme gezielt, etwa zum Heizen von Wohnungen, Gewächshäusern oder Schwimmbädern. Auch in der Schweiz gibt es solche Projekte, zum Beispiel in Verbindung mit Wasserkraft, deren Strom zu bestimmten Zeiten im Überfluss vorhanden ist.

Vor- und Nachteile für Bitcoin

Vorteile

• Mehr Sicherheit: Die enorme Rechenleistung macht das Netzwerk viel schwerer angreifbar. Wer Bitcoin angreifen wollte, müsste mehr Spezialgeräte betreiben als alle ehrlichen Miner zusammen – und solche Geräte lassen sich nicht einfach über Nacht beschaffen.
• Effizienz: Pro Hash brauchen ASICs viel weniger Strom als jede andere Technik.
• Bindung an Bitcoin: Weil ASICs nur für Bitcoin taugen, haben ihre Betreiber ein starkes Interesse daran, dass Bitcoin erfolgreich bleibt.

Nachteile

• Kein Mining mehr zu Hause: Die Schwierigkeit ist so stark gestiegen, dass sich Mining mit Computer oder Grafikkarte nicht mehr lohnt. Auch mit einem ASIC lohnt es sich nur mit sehr günstigem Strom – bei Schweizer Haushaltsstrompreisen meist nicht.
• Vorteil für Grossbetriebe: Profitabel sind vor allem Unternehmen mit billigem Strom und gekühlten Rechenzentren.
• Konzentration bei Pools: Die meisten Miner schliessen sich zu Pools zusammen, um regelmässigere Einnahmen zu erzielen. Einige wenige grosse Pools vereinen einen grossen Teil der Hashrate. Käme ein Pool in die Nähe von 51 Prozent, könnte er theoretisch Überweisungen zurückhalten oder eigene rückgängig machen. Die einzelnen Miner können allerdings jederzeit zu einem anderen Pool wechseln, und neue Verfahren geben ihnen mehr Kontrolle darüber, welche Überweisungen sie in ihre Blöcke aufnehmen.

Unter dem Strich hat die Entwicklung zu ASICs Bitcoin deutlich sicherer gemacht. Mining ist heute eine professionelle Industrie – die Sicherheit des Netzwerks aber bleibt für alle kostenlos überprüfbar.