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Warum Bitcoin Mining Benötigt Stratum V2

Das Bitcoin-Mining wird zentralisiert, aber wie real ist das Risiko der Netzwerkzensur? Und kann ein Protokoll namens Stratum V2 die Branche retten?

Dies ist ein Meinungsleitartikel von Federico Rivi, Autor des Bitcoin Train-Newsletters.

    <figcaption><a rel="nofollow noopener" target="_blank" href="https://twitter.com/peterktodd/status/1622604123949436929?s=20&t=T-cCtgpVaj4BV0KotWxADA"><em>Quelle</em></a></figcaption>
</figure><p>Bitcoin-Mining für jedermann erreichbar: Haushaltsgeräte, tragbare Geräte wie Smartwatches und Datenbrillen, die alle mit speziellen Mikrochips schürfen können.  Das ist die Zukunft, auf die viele Bitcoiner hoffen.

Während ein solches Szenario vielleicht nicht so weit von der Realität entfernt ist, die uns erwartet, befinden wir uns heute immer noch in Bitcoins Genesis Kapitel und die Realität ist noch nicht so, wie Antonopoulos vorhergesagt hat. Tatsächlich zentralisiert sich das Mining.

Im vergangenen Monat koordinierte Foundry USA allein 34 % der Hash-Rate. Wenn wir Antpool hinzufügen, dessen Anteil 18,2 % der gesamten Hash-Rate beträgt, haben wir 52 % der globalen Rechenleistung von Bitcoin in den Händen von nur zwei Mining-Pools.

Auf das Problem dieser Zentralisierung hat kürzlich der bekannte Bitcoin-Entwickler Peter Todd hingewiesen:

„Bitcoin ist tot.“ „Mining ist vorbei." „Sie werden Bitcoin regulieren.“ „Die Zensur wird kommen.“

Ich kann dich schon hören, aber wir sollten ruhig bleiben. Um zu verstehen, was die Implikationen sind – und was die Lösungen sind – müssen wir einen Schritt zurücktreten und das Konzept des „Pool-Mining“ überprüfen.

Die Evolution des Pools Mining

Würden Sie lieber alle fünf Jahre 100.000 USD oder einmal im Jahr 20.000 USD erhalten? Die Antwort auf diese Frage von den meisten erklärt die Entstehung von Mining-Pools.

Auf lange Sicht bleibt die Auszahlung gleich, was sich ändert, ist die Häufigkeit mit der die Zahlung eingeht. In einem wettbewerbsintensiven Umfeld wie dem Mining ist dies von entscheidender Bedeutung. Es kann über das Überleben oder den Konkurs von Mining-Farmen entscheiden, die – unabhängig von der Änderung des Bitcoin-Preises – Maschinen am Laufen halten müssen, indem sie für Strom bezahlen, sowie für alle Kredite, die zum Kauf von Hardware oder anderen Ausgaben aufgenommen wurden.

Ein Mining-Pool ist ein Server, der normalerweise von einem Unternehmen betrieben wird und Mining-Farmen und einzelne Miner in verschiedenen Gebieten vereint, ihre Computerressourcen bündelt und sie als Produkt eines einzigen Teams kombiniert, das am Wettbewerb teilnimmt, der Bitcoin-Mining ist. Die hohe Rechenleistung, die von den Pools koordiniert wird, ermöglicht es, im Vergleich zu den geringen Chancen des einzelnen Miners, den Proof-of-Work-Wettbewerb häufiger zu gewinnen und die Belohnung proportional zur Rechenleistung an alle seine Mitglieder umzuverteilen Macht, die sie bereitgestellt haben.

Nehmen wir ein Beispiel: Das Betreiben einer Mining-Farm, die 0,025 % der globalen Hash-Rate produziert – eine Aktivität, die heute eine Investition von mehreren Millionen Dollar erfordert – ermöglicht es dem Miner, pro 4.000 einen Block der Bitcoin-Blockchain zu schreiben. Unter Berücksichtigung der durchschnittlichen Rate eines alle 10 Minuten produzierten Blocks bedeutet dies, dass eine Blockbelohnung pro Monat verdient wird, die derzeit 6,25 Bitcoin wert ist.

Mit der gleichen verfügbaren Rechenleistung kann man sich jedoch dafür entscheiden, einem Mining-Pool beizutreten, der beispielsweise 25 % der globalen Hash-Rate kontrolliert. Statistisch gesehen wird der Pool wahrscheinlich jeden vierten Block abbauen, dh alle 40 Minuten einen. Die Mining-Farm, die sich für den Beitritt entschieden hat, wird proportional zur bereitgestellten Rechenleistung vergütet, sodass sie immer das Äquivalent eines Blocks pro Monat einbringt, aber im Durchschnitt alle 40 Minuten bezahlt wird (häufiger zahlen Pools die Belohnungen). einmal pro Tag, um Gebühren zu reduzieren).

Der Beitritt zu einem Pool macht die Zukunft vorhersehbarer, da die Auszahlungen, obwohl sie nicht unbedingt höher sind als beim Solitär-Mining, häufiger sind. Der erste Pool entstand 2010 unter dem Namen Slush Pool, jetzt bekannt als Braiins Pool, und seitdem hat sich das Modell verflüchtigt.

Wie oben beschrieben, liegt ein Großteil der Rechenleistung des Netzwerks jetzt in den Händen der Pools, die zwangsläufig Zentralisierungspunkte darstellen.

Also, wie ist der aktuelle Stand des Bergbaus und was sind die Risiken?

Der Aufstieg der Gießerei USA

Am 15. Februar 2021 koordinierte Foundry USA Pool 0,98 % der Hash-Rate. Zwei Jahre später ist die Zahl auf 34 % gestiegen. Was ist in der Zwischenzeit passiert?

    <figcaption><em>Quelle</em></figcaption>
</figure><p>Foundry ist ein in New York ansässiges Unternehmen, das sich vollständig im Besitz der Digital Currency Group (DCG), einem der weltweit größten „Krypto“-Investmentfonds, befindet.  Zu den verschiedenen Aktivitäten von Foundry gehört der Mining, der von seinem Foundry USA Pool-Geschäft durchgeführt wird, das de facto zum Maßstab für institutionelle US-Miner geworden ist.

Es ist kein Zufall, dass das Wachstum von Foundry teilweise mit dem chinesischen Bergbauverbot vom Mai 2021 zusammenfällt. Wie damals vielfach berichtet wurde, strömten viele der aus China fliehenden Miner nach Kasachstan und in die Vereinigten Staaten. Eines der bevorzugten Ziele war Texas, das heute nicht zuletzt wegen der freundlichen Vorschriften als eines der günstigsten Gebiete der Welt für den Mining gilt.

In einem kürzlich geführten Interview Gabriele Vernettiein Bergbauforscher und Stratum V2-Entwickler, sagte gegenüber dem Bitcoin Magazine, dass „die meisten Miner in Texas unter Foundry stehen“.

Es könnte dann noch einen weiteren Grund für die Fahrt des amerikanischen Pools geben: die massive Investition in neue ASICs zu einer Zeit (dem Bullenmarkt zwischen Ende 2020 und Anfang 2021), in der sich viele Wettbewerber stärker auf Gewinnmitnahmen konzentrieren könnten. Im September 2020 hatte Foundry beispielsweise eine Partnerschaft mit dem ASIC-Hersteller MicroBT unterzeichnet, um seinen institutionellen Minern vorrangigen Zugang zu neuen M30S-ASICs zu gewähren.

Vom Kauf eines ASICs bis zur Inbetriebnahme können mehrere Monate vergehen, insbesondere in Zeiten, in denen keine Chips verfügbar sind. Wenn also Ende 2021 die neue Hardware betriebsbereit ist, gewinnt Foundry USA einen großen Marktanteil. Sie geht beispielsweise von 8,5 % im Oktober 2021 auf 19 % im Januar 2022.

Was sind die Gefahren von Mining Zentralisierung?

Warum ist es ein Problem, dass Foundry USA 34 % der globalen Hash-Rate koordiniert? Denn bis heute wird die Rechenleistung des Pools zwar von einer Vielzahl unterschiedlicher Mining-Farmen bereitgestellt, die Kandidatenblöcke sind am Pool gebaut. Es ist der Pool, der entscheidet, welche Transaktionen in den Block aufgenommen werden. Dies führt zu einer Schwachstelle, die zu zwei Problemen führen könnte: Zensur von Transaktionen oder Adressen und einem 51%-Angriff. Letzteres kann zwei Zwecke haben:

  1. Denial of Service: Ein absichtliches Mining leerer Blöcke, das das Netzwerk verlangsamt, indem verhindert wird, dass Transaktionen genehmigt werden. Bei 34% Rechenleistung wäre das wohl jeder dritte leere Block.
  2. Doppelte Ausgaben: Stornierung einer Transaktion, die vom Angreifer durchgeführt und über einen Blockchain-Fork in einen kürzlich genehmigten Block gestellt wurde.

Die Bedrohung wird durch das aktuelle Protokoll ermöglicht, das von Minern und Mining-Pools verwendet wird, um miteinander zu kommunizieren: Stratum V1.

Wir kennen jedoch die Lösung und ihr Name ist Stratum V2 (siehe unten). Im Moment sind Braiins Pool, Foundry USA selbst und ein Team von unabhängige Open-Source-Entwickler arbeiten daran. Zur letzteren Gruppe gehört Vernetti.

Besteht die Möglichkeit, dass Foundry USA im Rahmen einer hypothetischen US-Verpflichtung mit der Zensur bestimmter Transaktionen beginnen könnte?

„Auf technischer Ebene könnte es passieren“, sagte Vernetti. „Aber wie lange? Je länger die Zensur andauert, desto mehr Zeit haben Miner, dies zu erkennen und ihre Aktivitäten auf andere Pools zu verlagern. Dies liegt daran, dass Zensur den Verlust von Provisionen impliziert, sodass ein Miner einen wirtschaftlichen Anreiz hat, zu einem Pool zu wechseln, der diese Provisionen stattdessen sammelt, indem er zensierte Transaktionen vermeidet.“

Der MARA-Pool-Präzedenzfall

Ein diesbezüglich relevanter Präzedenzfall stammt aus dem Mai 2021. Der von Marathon kontrollierte Pool MARA Pool hatte Anfang des Monats beschlossen, nur noch Blöcke mit OFAC-konformen Transaktionen zu schürfen und damit Adressen zu zensieren, die vom US-Finanzministerium auf die schwarze Liste gesetzt wurden. Der Aufstand der Bitcoin-Community und die Tatsache, dass kein anderer Miner diesem Beispiel folgte, führte dazu, dass MARA Pool in weniger als einem Monat den Turnaround schaffte. Ende Mai schrieb Marathon in einer Pressemitteilung, dass keine Transaktionen mehr gefiltert würden.

Die Gefahr einer Zensur scheint daher minimal und in jedem Fall in kurzer Zeit leicht zu beheben. Wie wahrscheinlich ist also ein 51 %-Angriff, der stattdessen von Foundry USA angeführt wird?

„In dem Moment, in dem ein Denial-of-Service-Angriff gestartet wurde, dh das Mining leerer Blöcke, um den Transaktionsgenehmigungsprozess zu verlangsamen, wäre alles auf der Blockchain sichtbar“, sagte Vernetti. „Dann würden die Miner sofort ihre Hash-Rate auf andere Pools umleiten. Denn ohne Transaktionsgebühren würde jeder Miner weniger Geld für seine Arbeit erhalten. Die Miner hätten einen direkten Anreiz, die Hash-Rate einem anderen Pool zur Verfügung zu stellen, ein Vorgang, der nur eine Minute dauert. Wenn Foundry USA anfangen würde, leere Blöcke abzubauen, würde sie meiner Meinung nach innerhalb einer Stunde die Hälfte der Hash-Rate verlieren, die sie koordiniert.“

„Vielleicht ist ein 51-Prozent-Angriff, der auf doppelte Ausgaben abzielt, besorgniserregender“, fuhr Vernetti fort. „Auf technischer Ebene könnte man versuchen, die Ausgaben auch mit einer niedrigeren Hash-Rate zu verdoppeln, aber noch einmal, was wäre der Grund? Denn Foundry USA gilt zwar als US-kontrollierter, institutioneller Pool, ist aber dennoch ein Unternehmen. Ihr wirtschaftliches Interesse besteht darin, das Netzwerk so gut wie möglich funktionieren zu lassen. Eine doppelte Ausgabe würde den Status von Bitcoin als unveränderliches Netzwerk untergraben, und ich kann mir vorstellen, dass dies dazu führen könnte, dass der Preis sofort zusammenbricht. Der Gegenanreiz würde aus vielleicht 1 Billion Dollar bestehen, die von den USA für die Durchführung eines solchen Angriffs gezahlt werden.“

Die Lösung: Stratum V2

Das Zensurrisiko und das Risiko eines 51%-Angriffs durch Mining-Pools werden eliminiert, sobald ein neues Kommunikationsprotokoll zwischen Minern und Pools umfassend genutzt wird: Stratum V2.

Das Protokoll ermöglicht es jedem einzelnen Miner, seinen eigenen Kandidatenblock zu bauen und diese Leistung aus dem Pool zu entfernen. Der Pool kann daher weder Transaktionen auf der schwarzen Liste aus einem Block ausschließen, noch leere Blöcke schreiben oder Transaktionen mit doppelter Ausgabe versuchen. Die Verantwortung für das Schreiben des Blocks wird von den Händen des Pools auf die aller seiner Miner verlagert.

Stratum V2 ist bereits von Braiins Pool implementiert und wird regelmäßig von Foundry USA selbst getestet, aber der überwiegende Teil der Hash-Rate wird immer noch von Pools koordiniert, die Stratum V1 verwenden.

Was sind die Anreize, die Pools dazu veranlassen werden, Stratum V2 einzuführen? Was wird sie dazu bringen, freiwillig die Kontrolle über den Blockbau zu verlieren?

„Die beiden anderen grundlegenden Merkmale des Stratum V2-Protokolls: Sicherheit und Leistung“, antwortete Vernetti.

„Sicherheit: Im Gegensatz zu Stratum V1 ist Stratum V2 ein verschlüsseltes Protokoll. Es erlaubt keine Hash-Rate-Hijacking-Angriffe, die heute möglich sind. Bei diesen Angriffen behindert der Hacker die Kommunikation zwischen dem Miner und dem Mining-Pool, nimmt den Arbeitsnachweis, den der Miner erstellt, und gibt vor, der Autor dieser Beweise zu sein, und weist den Pool an, ihm die Belohnung zu senden. Dies kann bei Stratum V2 nicht passieren, da die Kommunikation verschlüsselt ist und daher der Arbeitsnachweis des Miners gegenüber dem Pool für externe Beobachter nicht sichtbar ist. Dies ist der erste Anreiz: Mit einer solchen Sicherheit kann der Pool mehr Miner anziehen als diejenigen, die diese Garantie nicht bieten.

„Leistung: Die Kommunikation zwischen Miner und Mining-Pool in Stratum V1 ist für Menschen lesbar, sie erfolgt im ASCII-Code. Bei Stratum V2 hingegen erfolgt die Kommunikation komplett im Binärcode. Dieser kleine Faktor erhöht die Leistung, da die Konvertierungszeit von menschenlesbaren Zeichen in Binärzeichen eingespart wird, sodass mehr Informationspakete in einem bestimmten Zeitrahmen übertragen werden können als in Stratum V1. Dies ist wichtig, da die Möglichkeit, mehr Arbeitsnachweise zu erbringen, entscheidend sein kann, um das Rennen um das Schreiben des Blocks zu gewinnen. Eine verbesserte Leistung ist ein Wettbewerbsvorteil.“

Dies ist ein Gastbeitrag von Federico Rivi. Die geäußerten Meinungen sind ausschließlich ihre eigenen und spiegeln nicht unbedingt die von BTC Inc oder Bitcoin Magazine wider.

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