Wat is Bitcoin mining?

De kans is groot dat je de uitdrukking Bitcoin mining hoort en je gedachten beginnen af te dwalen naar de Westerse fantasie van pikhouwelen, vuil en rijk worden. Het blijkt dat die analogie er niet al te ver naast zit.

Bitcoin mining wordt uitgevoerd door krachtige computers die ingewikkelde rekenkundige wiskundeproblemen oplossen; deze problemen zijn zo ingewikkeld dat ze niet met de hand opgelost kunnen worden en zijn ingewikkeld genoeg om zelfs ongelooflijk krachtige computers te belasten.

Belangrijke verklaringen

• Bitcoin delven is het proces waarbij nieuwe Bitcoin gemaakt wordt door een rekenpuzzel op te lossen.
• Bitcoin delven is nodig om het grootboek van transacties waarop Bitcoin gebaseerd is bij te houden.
• Miners zijn de laatste jaren heel geraffineerd geworden en gebruiken ingewikkelde machines om het mijnen te versnellen.

Het resultaat van Bitcoin mining is tweeledig. Ten eerste, wanneer computers deze ingewikkelde wiskundige problemen op het Bitcoin netwerk oplossen, produceren ze nieuwe Bitcoin (niet anders dan wanneer een miningbedrijf goud uit de grond haalt). En ten tweede maken Bitcoin miners, door het oplossen van rekenkundige wiskundeproblemen, het Bitcoin betaalnetwerk betrouwbaar en veilig door de transactie-informatie te verifiëren.

Wanneer iemand ergens Bitcoin heen stuurt, heet dat een transactie. Transacties in de winkel of online worden gedocumenteerd door banken, kassasystemen, en fysieke ontvangstbewijzen. Bitcoin miners bereiken hetzelfde door transacties samen te klonteren in “blokken” en ze toe te voegen aan een openbaar register dat de “blockchain” heet. Knooppunten houden die blokken dan bij zodat ze in de toekomst geverifieerd kunnen worden.

Wanneer Bitcoin miners een nieuw blok transacties aan de blockchain toevoegen, is een deel van hun taak ervoor te zorgen dat die transacties juist zijn. In het bijzonder zorgen Bitcoin miners ervoor dat Bitcoin niet gedupliceerd wordt, een unieke eigenaardigheid van digitale valuta die “dubbel-spelen” genoemd wordt. Met gedrukte munteenheden is vervalsing altijd een probleem. Maar over het algemeen is het zo dat als je in de winkel $20 uitgeeft, dat biljet in handen van de bediende is. Met digitale valuta is het echter een ander verhaal.

Digitale informatie kan relatief gemakkelijk gereproduceerd worden, dus bij Bitcoin en andere digitale valuta bestaat het risico dat een spender een kopie van zijn Bitcoin kan maken en die naar een ander sturen, terwijl hij het origineel nog steeds in handen heeft.

Speciale overwegingen

Bitcoin miners belonen

Met wel 300.000 aan- en verkopen op één dag kan het verifiëren van elk van die transacties veel werk zijn voor miners. Als beloning voor hun inspanningen krijgen miners Bitcoin telkens als ze een nieuw transactieblok aan de blokketen toevoegen.

De hoeveelheid nieuwe Bitcoin die bij elk gemijnd blok vrijkomt, heet de “blokbeloning”. De blokbeloning wordt elke 210.000 blokken (of ruwweg elke 4 jaar) gehalveerd. In 2009 was het 50. In 2013 was het 25, in 2018 was het 12,5, en in mei van 2020 werd het gehalveerd tot 6,25.

Dit systeem zal doorgaan tot ongeveer 2140. Op dat moment zullen miners beloond worden met vergoedingen voor het verwerken van transacties die netwerkgebruikers zullen betalen. Deze vergoedingen zorgen ervoor dat miners nog steeds de prikkel hebben om te mijnen en het netwerk draaiende te houden. Het idee is dat concurrentie om deze vergoedingen ervoor zal zorgen dat ze ook na halvering laag blijven.

Deze halvingen verlagen de snelheid waarmee nieuwe munten worden gecreëerd en verlagen zo het beschikbare aanbod. Dit kan enige gevolgen hebben voor beleggers, want andere activa met een gering aanbod – zoals goud – kunnen een grote vraag hebben en de prijzen hoger duwen. Met dit tempo van halveren zal het totale aantal Bitcoin in omloop een limiet van 21 miljoen bereiken, waardoor de munt volledig eindig wordt en op den duur mogelijk meer waard.

Verifiëren van Bitcoin transacties

Opdat Bitcoin miners werkelijk Bitcoin kunnen verdienen met het verifiëren van transacties, moeten er twee dingen gebeuren. Eerst moeten ze transacties ter waarde van een megabyte (MB) verifiëren, die theoretisch zo klein kunnen zijn als één transactie, maar vaker enkele duizenden, afhankelijk van hoeveel gegevens elke transactie opslaat.

Ten tweede moeten mijners, om een blok transacties aan de blockchain toe te voegen, een ingewikkeld rekenkundig probleem oplossen, ook wel een Proof-of-Work genoemd. Wat ze eigenlijk doen is proberen een hexadecimaal getal van 64 cijfers, een “hash” genoemd, te bedenken dat kleiner of gelijk is aan de doel-hash. In principe spuugt de computer van een miner hashes uit met verschillende snelheden – megahashes per seconde (MH/s), gigahashes per seconde (GH/s), of terahashes per seconde (TH/s) – afhankelijk van de eenheid, waarbij hij alle mogelijke 64-cijferige getallen gokt tot hij bij een oplossing komt. Met andere woorden, het is een gok.

De moeilijkheidsgraad van het meest recente blok in mei 2021 is meer dan 25 biljoen. Dat wil zeggen, de kans dat een computer een hash onder het doel produceert is 1 op 16 biljoen. Om dat in perspectief te plaatsen: je hebt ongeveer 44.500 keer meer kans om de Powerball jackpot te winnen met een enkel lot uit de loterij dan dat je in een enkele poging de juiste hash kiest. Gelukkig spuwen miningcomputersystemen vele hash mogelijkheden uit. Niettemin vereist het delven van Bitcoin enorme hoeveelheden energie en geavanceerde rekenoperaties.

De moeilijkheidsgraad wordt om de 2016 blokken, of ruwweg om de 2 weken, aangepast, met de bedoeling het tempo van delven constant te houden. Dat wil zeggen, hoe meer miners er om een oplossing strijden, hoe moeilijker het probleem wordt. Het omgekeerde is ook waar. Als er rekenkracht van het netwerk wordt afgenomen, past de moeilijkheid zich naar beneden aan om het delven gemakkelijker te maken.

Bitcoin mining analogie

Stel dat ik tegen drie vrienden zeg dat ik een getal tussen 1 en 100 bedenk, en ik schrijf dat getal op een stuk papier en verzegel het in een enveloppe. Mijn vrienden hoeven het precieze getal niet te raden, ze hoeven alleen maar als eerste een getal te raden dat kleiner of gelijk is aan het getal dat ik in gedachten heb. En er is geen limiet aan het aantal gissingen dat ze krijgen.

Stel dat ik denk aan het getal 19. Als Vriend A 21 raadt, verliezen ze omdat 21 groter is dan 19. Als Vriend B 16 raadt en Vriend C 12, dan zijn ze beiden theoretisch tot levensvatbare antwoorden gekomen, want 16 is lager dan 19 en 12 is lager dan 19. Er is geen extra krediet voor vriend B, ook al was B’s antwoord dichter bij het doelantwoord van 19.

Stel je nu voor dat ik de ‘raad aan welk getal ik denk’ vraag stel, maar ik vraag het niet aan slechts drie vrienden, en ik denk niet aan een getal tussen 1 en 100. Eerder vraag ik het aan miljoenen would-be miners en ik denk aan een hexadecimaal getal van 64 cijfers. Nu zie je dat het uiterst moeilijk wordt om het juiste antwoord te raden.

Niet alleen moeten Bitcoin miners de juiste hash bedenken, maar ze moeten ook de eersten zijn die dat doen.

Omdat Bitcoin mining in wezen giswerk is, heeft het eerder bij het juiste antwoord komen dan een andere miner bijna alles te maken met hoe snel je computer hashes kan produceren. Nog maar een decennium geleden kon Bitcoin mining concurrerend uitgevoerd worden op gewone desktop computers. Na verloop van tijd realiseerden miners zich echter dat grafische kaarten die gewoonlijk voor videospelletjes gebruikt worden effectiever waren en ze begonnen het spel te domineren. In 2013 begonnen Bitcoin miners computers te gebruiken die speciaal ontworpen zijn om zo efficiënt mogelijk cryptocurrency te delven, de zogenaamde Application-Specific Integrated Circuits (ASIC). Deze kunnen van enkele honderden dollars tot tienduizenden dollars kosten, maar hun efficiëntie bij het delven van Bitcoin is superieur.

Tegenwoordig is Bitcoin delven zo concurrerend dat het alleen winstgevend gedaan kan worden met de meest moderne ASICs. Bij gebruik van desktop computers, GPU’s, of oudere modellen ASIC’s, zijn de kosten van het energieverbruik in feite hoger dan de gegenereerde opbrengst. Zelfs met de nieuwste eenheid tot je beschikking is één computer zelden genoeg om te concurreren met wat miners “mining pools” noemen.

Een mining pool is een groep miners die hun rekenkracht bundelen en de gemijnde Bitcoin onder de deelnemers verdelen. Een onevenredig groot aantal blokken wordt door pools gemijnd in plaats van door individuele miners. Mining pools en -bedrijven hebben grote percentages van de rekenkracht van Bitcoin vertegenwoordigd.

Bitcoin vs. traditionele valuta’s

Consumenten hebben de neiging gedrukte munteenheden te vertrouwen. Dat komt omdat de Amerikaanse dollar gesteund wordt door een centrale bank van de V.S., die de Federal Reserve heet. Naast een heleboel andere verantwoordelijkheden regelt de Federal Reserve de productie van nieuw geld, en vervolgt de federale overheid het gebruik van vals geld. De euro wordt ondersteund door de Europese Centrale Bank.

Zelfs digitale betalingen met de U.S. dollar worden door een centrale autoriteit ondersteund. Wanneer je bijvoorbeeld met je debet- of kredietkaart een online aankoop doet, wordt die transactie verwerkt door een betalingsverwerker (zoals Mastercard of Visa). Die bedrijven registreren niet alleen je transactiegeschiedenis, maar controleren ook of de transacties niet frauduleus zijn, wat een van de redenen is dat je debet- of creditkaart op reis geschorst kan worden.

Bitcoin, daarentegen, wordt niet door een centrale autoriteit gereguleerd. In plaats daarvan wordt Bitcoin gesteund door miljoenen computers over de hele wereld, die “nodes” genoemd worden. Dit netwerk van computers vervult dezelfde functie als de Federal Reserve, Visa, en Mastercard, maar met een paar belangrijke verschillen. Knooppunten slaan informatie op over eerdere transacties en helpen de echtheid ervan te verifiëren. In tegenstelling tot die centrale autoriteiten zijn Bitcoin knooppunten echter over de hele wereld verspreid en slaan ze transactiegegevens op in een openbare lijst die voor iedereen toegankelijk is.

Geschiedenis van Bitcoin mining

Tussen de 1 op 16 biljoen kansen, de schalende moeilijkheidsgraden, en het enorme netwerk van gebruikers die transacties verifiëren, wordt ruwweg elke 10 minuten een blok transacties geverifieerd. Maar het is belangrijk te onthouden dat 10 minuten een doel is, geen regel.

Het Bitcoin netwerk verwerkt momenteel iets minder dan vier transacties per seconde, vanaf augustus 2020, waarbij elke 10 minuten transacties in de blockchain worden vastgelegd. Ter vergelijking: Visa kan ergens rond de 65.000 transacties per seconde verwerken. Naarmate het netwerk van Bitcoin gebruikers echter blijft groeien, zal het aantal transacties dat in 10 minuten wordt gedaan uiteindelijk groter worden dan het aantal transacties dat in 10 minuten kan worden verwerkt. Op dat punt zullen de wachttijden voor transacties beginnen en steeds langer worden, tenzij er een verandering in het Bitcoin protocol wordt aangebracht.

Dit probleem in de kern van het Bitcoin protocol staat bekend als “schaling”. Hoewel Bitcoin miners het er in het algemeen over eens zijn dat er iets moet gebeuren om schaling aan te pakken, is er minder consensus over hoe dat moet gebeuren. Er zijn twee belangrijke oplossingen voorgesteld om het schalingsprobleem aan te pakken. Ontwikkelaars hebben voorgesteld om ofwel (1) een secundaire “off-chain” laag aan Bitcoin te maken die snellere transacties mogelijk maakt die later door de blockchain geverifieerd kunnen worden, ofwel (2) het aantal transacties dat elk blok kan opslaan te verhogen. Met minder gegevens om per blok te verifiëren, zou oplossing 1 transacties sneller en goedkoper maken voor miners. Oplossing 2 zou schaalvergroting aanpakken door toe te staan dat meer informatie per 10 minuten verwerkt wordt door de blokgrootte te vergroten.

In juli 2017 stemden Bitcoin miners en miningbedrijven die ruwweg 80% tot 90% van de rekenkracht van het netwerk vertegenwoordigen voor een programma dat de hoeveelheid gegevens die nodig is om elk blok te verifiëren zou verminderen.

Het programma dat de miners stemden om aan het Bitcoin protocol toe te voegen heet een Segregated Witness, of SegWit. Deze term is een samenvoeging van Segregated, dat “scheiden” betekent, en Witness, dat verwijst naar “handtekeningen op een Bitcoin transactie”. Segregated Witness betekent dus dat je transactie-handtekeningen van een blok scheidt – en ze als een uitgebreid blok vastmaakt. Hoewel het toevoegen van een enkel programma aan het Bitcoin protocol niet veel lijkt voor een oplossing, wordt geschat dat handtekeninggegevens tot 65% uitmaken van de gegevens die in elk transactieblok verwerkt worden.

Nog geen maand later, in augustus 2017, initieerde een groep miners en ontwikkelaars een hard fork, waarbij het Bitcoin netwerk werd verlaten om een nieuwe munt te maken die dezelfde codebase gebruikt als Bitcoin. Hoewel deze groep het eens was met de noodzaak van een oplossing voor het schalingsprobleem, vreesden ze dat het aannemen van segregated witness technologie het schalingsprobleem niet volledig zou oplossen.

In plaats daarvan kozen ze voor oplossing 2. De resulterende munt, Bitcoin Cash genaamd, vergrootte de blocksize tot 8 MB om het verificatieproces te versnellen en zo een prestatie van ongeveer 2 miljoen transacties per dag mogelijk te maken. Op 27 mei 2021 werd Bitcoin Cash gewaardeerd op ongeveer $762 tegen Bitcoin’s ruwweg $40.100.