Neue Bitcoin werden durch einen wettbewerbslastigen und dezentralen Prozess namens "Mining" erzeugt. Dieser Prozess beinhaltet, dass Einzelpersonen vom Netzwerk für ihre Leistungen belohnt werden. Diese Bitcoin-Miner validieren Transaktionen und fügen sie neuen Blöcken hinzu, die wiederum der Blockchain hinzugefügt werden. Bitcoin werden mit abnehmender und vorhersehbarer Geschwindigkeit erstellt. Alle vier Jahre wird die Anzahl der produzierten Bitcoin halbiert, um schließlich im Jahr 2140 bei 21 Millionen zu enden. Ab diesem Zeitpunkt werden die Bitcoin-Miner durch den Erhalt der Transaktionsgebühren monetär incentiviert, damit sie die Funktionalität des Netzwerks aufrecht erhalten.

Bitcoin-Mining ist der Prozess um neue Bitcoin zu erstellen und gleichzeitig Transaktionen zu bestätigen. Einzelne Blöcke müssen einen Proof-of-Work enthalten, um als gültig zu gelten. Der erbrachte Arbeitsnachweis wird von jedem Miner überprüft, sobald er an das Netzwerk gesendet wird. Bitcoin verwendet die Hashcash-Proof-of-Work-Funktion.

Der Hauptgedanke des Mining ist es, dass Bitcoin-Nodes einen einheitlichen, manipulationssicheren Konsens erreichen. Mining ist auch der Mechanismus, um neue Bitcoin zu generieren: Den Minern werden Transaktionsgebühren sowie eine "Blockbelohnung" für neu geschaffene Coins gezahlt. Durch diesen Vorgang findet eine dezentrale Produktion und Verteilung der Bitcoin statt und zusätzlich werden Miner motiviert, das System abzusichern. Bitcoin-Mining wird so genannt, weil es dem Abbau anderer Rohstoffe ähnelt: Es erfordert Anstrengung und stellt langsam neue Einheiten der Kryptowährung her. Die Rate der Herstellung ist ähnlich langsam und kostenintensiv wie das Schürfen von Gold.

Miner werden für ihre Arbeit als Auditoren bezahlt. Damit ein Blockchain-Netzwerk, wie das von Bitcoin, die nötige Sicherheit bietet, bestätigen Miner Transaktionen in einem rechenintensiven Prozess. Durch die Überprüfung der Transaktionen tragen Miner dazu bei, dass "Problem der Doppelausgaben" (Double-Spending) zu verhindern. 

Doppelte Ausgaben sind ein Problem, dass nur bei digitalen Assets auftreten kann und bei dem diese zweifach ausgegeben werden. Mit physischer Währung ist das kein Problem: Sobald jemand einen 20-Euro-Schein übergibt, um etwas zu kaufen, ist dieser im Besitz des Verkäufers, also besteht keine Gefahr, dass der gleiche 20-Euro-Schein verwendet werden kann, um etwas anderes zu kaufen. Falls eine Währung allerdings nur in digitaler Form existiert, könnte ein Teilnehmer dieselben Bitcoin zweimal ausgeben, indem er schnell eine zweite Transaktion ausführt, falls der Empfänger nicht wartet bis diese ausreichend Bestätigungen erhalten hat. 

Nehmen wir an, jemand hat einen legitimen 20-Euro-Schein und eine Fälschung desselben 20-Euro-Scheins. Wenn er versuchen würden, sowohl den echten als auch den gefälschten Schein auszugeben, würde dies durch den Vergleich der Seriennummern erkannt werden, da diese die gleiche besitzen. Daraus kann geschlossen werden, dass einer von ihnen falsch sein muss. Bitcoin-Miner erfüllen die gleiche Aufgabe. Indem sie eine Transaktion bestätigen, verhindern sie, dass eine Person, dieselben Bitcoin zweimal versendet.

Sobald ein Miner Bitcoin-Transaktionen von 1 MB (Megabyte) verifiziert hat und den richtigen Hash findet, hat der Miner Anspruch auf eine Blockbelohnung. Dieses Limit von 1 MB wird von einigen Nutzern kritisiert, da dadurch eine niedrigere Transaktionsverarbeitungszeit verhindert werden würde. Erst durch SegWit wurde dieses Limit angehoben, auf 2-4 MB pro Block. Andererseits macht diese geringere Blockgröße Bitcoin sicherer gegenüber Zensur. Eine entsprechende Firewall könnte den Mining-Traffic sonst filtern.

In der digitalen Welt kann eine Datei-Version einer 5-Dollar-Note, wie eine MP3-Datei oder ein MS-Word-Dokument, perfekt und kostenfrei kopiert werden. Falls eine Datei identisch mit einer anderen ist, gibt es keine Möglichkeit die beiden zu unterscheiden. Für Bitcoin wurde also ein Mechanismus entwickelt, der Fälschungen bzw. Doppelte Ausgaben (Double-Spending) verhindert.

Dieser sorgt dafür, dass jede Transaktion überprüft und validiert wird. Jemand könnte versuchen, bereits verbrauchte Bitcoin wieder zu versenden; wenn diese Transaktionen nicht stimmen, werden die Miner sie jedoch nicht in einen Block integrieren und die Gemeinschaft ignoriert den Betrugsversuch.

Hohe Energiekosten

Um die Chance auf einen erfolgreichen Mining-Prozess zu maximieren, müssten Hunderte von Geräten kombiniert werden, um ein Problem zu lösen. Dies ist aber nur mit spezieller Hardware, sogenannten ASIC-Minern, welche teuer sind und hohe Stromkosten verursachen, möglich. Eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (application-specific integrated circuit - abgekürzt als ASIC) ist eine integrierte Schaltung, die für einen bestimmten Zweck angepasst und nicht für den allgemeinen Gebrauch bestimmt ist. Im Falle von Bitcoin ist die Hardware auf das Lösen der mathematischen Rätsel ausgelegt.

Umweltbelastung durch Mining

Die hohen Energiekosten sind nicht das einzige Problem, das aus dem Stromverbrauch resultiert. Besonders in Ländern, in denen Elektrizität durch fossile Brennstoffe erzeugt wird, ist der ökologische Fußabdruck groß. Jedoch verbrauchen der Bankensektor und die Goldgewinnung deutlich mehr Energie, als das Bitcoin-Mining, was aber auch dem Größenunterschied beider Systeme geschuldet ist. Immerhin kann bei Bitcoin, die Hash-Rate des Netzwerks, durch das transparente System exakt erfasst werden. Bei der Goldgewinnung oder Banken,  können viele Faktoren nicht genau berechnet werden, da die Systeme absolut intransparent sind. Dazu gehören Geldtransporte, Tresore, andere Schutzeinrichtungen, Geldautomaten - die 24/7 in betrieb sind, Bürogebäude, Clearing Center etc.. Dadurch werden Zahlen oft nur geschätzt und erhalten nicht die gleiche mediale Aufmerksamkeit.

Zentralisierung

ASIC-Miner haben sich als sehr effizient darin erwiesen, nur eine bestimmte Kryptowährung zu “minen”. Sie sind so leistungsfähig, dass es manchmal schwierig werden kann, sobald ein Coin-spezifisches ASIC entwickelt wurde, mit einer anderen Hardware zu minen. Da es nur sehr wenige ASIC-Hersteller gibt, könnte der Mining-Bereich schließlich dadurch zentralisiert werden.

Hohe Energiekosten

Krypto-Miner können sich für weniger energieintensive Protokolle entscheiden. Eines von ihnen ist der Proof-of-Stake-Konsensmechanismus (PoS), der Netzwerke durch das Einsetzen von gehaltenen Coins sichert. Derzeit möchten Ethereum und Cardano auf eine Ausprägung dieses Mechanismus umsteigen. Zusätzlich sorgen neue technologische Innovationen und der technische Fortschritt dafür, dass Mining-Hardware energieeffizienter wird. Für Bitcoin ist Letzteres ein stärkeres Argument, da der PoW-Mechanismus der sicherste ist. Daher möchte die Community an diesem auch festhalten.

Umweltbelastung durch Mining

Durch Mining in Mining-Einrichtungen und Mining-Rechenzentren, die mit erneuerbarer Wasserkraft und Solarenergie betrieben werden, kann es nachhaltiger werden. Miningunternehmen, wie Hydrominers und Burency mildern hohe Energiekosten, indem sie Miningaktivitäten mit Wasserkraft betreiben und sich ihre Mininganlagen in kälteren Regionen befinden, um die Kosten für die Wärmeabfuhr zu senken.

Zentralisierung des Mining-Prozesses

Damit der Mining-Prozess dezentralisierter wird, werden mehr Hersteller für ASIC-Miner bzw. für Mining-Equipment benötigt, da hier ein Markt mit wenigen großen Teilnehmern herrscht. Auch die Verwendung verschiedener Mining-Algorithmen kann dabei helfen den Mining-Prozess zu dezentralisieren. DigiByte verwendet beispielsweise fünf verschiedene Algorithmen. Abschließend könnten Algorithmen verwendet werden, die keine spezialisierte Hardware erfordern. Um das Netzwerk zu dezentralisieren hat Monero genau das gemacht. Der Mining-Prozess ist jetzt für CPUs optimiert, was es mehr Menschen erlaubt effizient am Mining teilzunehmen.

Mining kann nicht nur alleine durchgeführt werden, sondern auch in einem Zusammenschluss mit anderen Minern. Durch Bündelung der Mining-Rechenleistung, kann die Chance auf eine erfolgreiche Blockerzeugung extrem erhöht werden. Je nach Höhe der Rechenleistung, die ein Teilnehmer eingebracht hat, wird die Blockbelohnung aufgeteilt. Die Bildung von Mining-Pools begann, als die Schwierigkeit des Minings so groß wurde, dass es Jahrhunderte dauern könnte, bis langsame Miner einen Block erfolgreich finden würden.

Vorab sei gesagt, dass sich Bitcoin-Mining in Deutschland nicht lohnt. Dafür sind die Stromkosten in anderen Ländern zu niedrig, was sie wiederum deutlich wettbewerbsfähiger macht. Um mit dem Mining von Bitcoin zu beginnen, wird eine geeignete Hardware benötigt. In den frühen Tagen von Bitcoin war es möglich, mit der Computer-CPU oder einer Grafikkarte (GPU) zu minen. Das ist heute nicht mehr möglich. Kundenspezifische Bitcoin ASIC-Chips bieten eine Leistung des Hundert- bis Tausendfachen der Leistungsfähigkeit älterer Systeme.

Bitcoin-Mining mit anderer Hardware als ASIC-Chips verbraucht meist mehr Strom, als durch die Blockbelohnung eingenommen werden kann. Es ist daher unerlässlich, für Bitcoin-Mining die leistungsstärkste Hardware zu verwenden, die speziell für diesen Zweck entwickelt wurde. Eine weitere Option ist der Kauf von Bitcoin-Cloud-Mining-Verträgen. Dies ist eine bequeme Variante, birgt aber das Risiko die Bitcoin nicht selbst zu besitzen. Außerdem sollte hier Vorsicht geboten sein, da viele Anbieter unseriös sind. Sobald die Bitcoin-Mining-Hardware aufgebaut wurde, wird eine spezielle Mining-Software heruntergeladen und der Mining-Prozess kann beginnen.

Der nächste Schritt beim Mining von Bitcoin besteht darin, ein Bitcoin-Wallet einzurichten oder ein bestehendes Bitcoin-Wallet zu verwenden, um Bitcoin zu erhalten, die als Blockbelohnung ausgezahlt werden.

Ein Application-Specific Integrated Circuit Miner (ASIC) ist ein Gerät, das ausschließlich für das Mining von digitalen Währungen konzipiert ist. Im Allgemeinen ist jeder ASIC-Miner so konstruiert, dass er eine bestimmte digitale Währung minen kann. Ein Bitcoin ASIC-Miner kann also nur Bitcoin minen. Bitcoin-ASIC-Miner sind somit spezielle Bitcoin-Mining-Computer oder "Bitcoin-Generatoren".

ASIC-Vorrichtungen sind auch ähnlich wie Mikroprozessor- und RAM-Chips in einem Computer. Anstatt jedoch allgemeine integrierte Schaltungen zu sein, sind Bitcoin-ASIC-Miner spezifische integrierte Schaltungen, die ausschließlich dem Zweck der Sicherung des Bitcoin-Netzwerks dienen. Die Entwicklung und Herstellung von ASICs als Mining-Geräte ist kostspielig und komplex; da ASICs jedoch speziell für den Einsatz beim Mining von Kryptowährungen entwickelt wurden, erledigen sie die Berechnungen schneller als ähnlich leistungsstarke Computer.

Da Bitcoin nach einer vorgegebenen Rate generiert oder “gefunden” werden und sehr wertvoll sind, sind sehr viele Miner mit starkem Mining-Equipment auf den Markt gedrängt. Dies macht Bitcoin-Mining zu einem sehr wettbewerbslastigen Unterfangen. Wenn mehr Miner dem Netzwerk beitreten, wird es immer schwieriger, Gewinne zu erzielen. Dadurch müssen Miner effizienter werden, um ihre Kosten zu senken. Ob sich Bitcoin-Mining lohnt, hängt von fünf Faktoren ab: Der Rechenleistung (Hash-Rate), dem Stromverbrauch, den Stromkosten pro kWh, der Mining-Pool-Gebühr und welche Kryptowährung gemined wird.

Die Mining-Rentabilität kann auf verschiedenen Webseiten errechnet werden. Die dafür benötigten Informationen sind, welche Kryptowährung gemined werden soll, die Höhe des Stromverbrauchs und der damit einhergehende Strompreis, mit welcher Hardware gemined wird (ASIC, GPU or CPU) und wie viele Mining-Geräte verwendet werden. Je nach Kryptowährung kann die Rentabilität stark schwanken. Bei großen Mining-Anlagen werden Kosten für die Kühlung zu einem zusätzlichen Faktor. Um schnell zu erfahren ob und wie hoch die Mining-Rentabilität ist, können dazu verschiedene kostenlose Webseiten besucht werden.

Es gibt verschiedene Gründe, warum Bitcoin Vertrauen genießt. Die Meisten hängen mit den Eigenschaften von Bitcoin zusammen. Da es ein dezentral verteiltes Netzwerk ohne Hierarchien ist, in dem alle Teilnehmer dieselben Rechte haben, wird es als Alternative zu staatlich kontrollierten Fiat-Währungen gesehen. Das Misstrauen gegenüber Banken und staatlichen Institutionen hat durch Finanzkrisen und globale Konflikte zugenommen. Bitcoin ist als “trustless” System konzipiert, d. h. dass sich Parteien nicht kennen oder vertrauen müssen, um sich auf die Funktionen verlassen zu können.

Die Charakteristiken von Bitcoin beinhalten z. B. die vollständige Transparenz der gesamten Transaktionshistorie: Jede Transaktion, die jemals im Netzwerk getätigt wurde, kann überprüft werden. Zusätzlich verhindert Bitcoin Double-Spending. Bitcoin sind alle absolut einzigartig und können nicht kopiert oder gefälscht werden.

Der Einsatz von Kryptografie ist ein weiteres Argument für das Vertrauen in Bitcoin. Es werden sehr sichere Algorithmen und Mechanismen, um die Sicherheit der Teilnehmer und der Transaktionen zu gewährleisten, verwendet. Einige der Algorithmen wie der SHA-256 Algorithmus werden auch vom Militär eingesetzt.

Bitcoin ist kryptografisch gesichert 

Bitcoin nutzt eine ganze Reihe kryptografischer Verfahren, um das Netzwerk, Transaktionen und Nutzer zu schützen. Dazu gehören beispielsweise der SHA-256-Algorithmus und ECDSA-Verschlüsselungen.
Schlüsselpaare wiederum, werden durch einen Algorithmus berechnet, der es unmöglich macht, einen Private Key aus dem Public Key zu berechnen.

Bitcoin ist transparent

Alle Transaktionen sind transparent und für die Öffentlichkeit zugänglich, auch wenn die beteiligten Personen pseudonym sind. Sie sind irreversibel, sodass, eine Bitcoin-Transaktion nicht rückgängig gemacht werden kann, sobald diese abgeschickt wurde. Mit Bitcoin ist es, als ob tausende von Menschen verschiedene Brieftaschen beobachten, um sicherzustellen, dass niemand versucht, etwas zu stehlen oder Falschgeld zu verwenden.

Bitcoin ist dezentral verteilt

Bitcoins Server sind Nodes (Knotenpunkte), die global verteilt sind und alle Transaktionen validieren, die neu hinzugefügt werden. Das ist wichtig, denn wenn mit einer Node etwas passieren sollte, können die anderen ihre Aufgabe übernehmen. Es bedeutet auch, dass der Versuch, sich in eine der Nodes zu hacken, sinnlos ist: Nur wer längerfristig über 51 % oder mehr der Rechenleistung verfügt, kann Daten in der Blockchain manipulieren aber auch dann, könnten zusätzliche Miner zum Netzwerk hinzugefügt werden, sodass die Rechenleistung wieder ausreichend dezentralisiert ist. Daher ist ein 51-%-Angriff eine nicht unmögliche, aber unglaublich unwahrscheinliche Situation.

Nein - jedoch ist das Thema Sicherheit für Bitcoin seit seiner Entwicklung ein Hauptaugenmerk. Das Bitcoin-Netzwerk ist quasi unmöglich zu hacken, das liegt vor allem an der Blockchain-Technologie, die es unterstützt. Dadurch ist Bitcoin vollständig dezentralisiert und gegen Hacker geschützt: Ein Angriff auf einen Teilnehmer oder sogar mehrere würde keine großen Auswirkungen haben, da die Netzwerksicherheit noch von allen anderen gewährleistet wird und neue Miner dem Netzwerk beitreten.

Bitcoin werden in Wallets aufbewahrt und über digitale Tauschbörsen gehandelt. Jede dieser beiden Komponenten birgt verschiedene Sicherheitsrisiken. Wallets verfügen über eine Reihe an Sicherheitsmechanismen, die ständig weiterentwickelt werden. Dennoch versuchen immer wieder Angreifer, die darin enthaltenen Private Keys zu stehlen, um Zugriff auf die Bitcoin zu erhalten. Im Transaktionsprozess wird häufig die Zwei-Faktor-Authentifikation als Sicherheitsmaßnahme verwendet. Diese bietet viele Vorteile und eine höhere Sicherheit als beispielsweise ein Bankkonto, das ausschließlich mit einer vier- oder fünfstelligen Pin gesichert wird. Allgemein kann gesagt werden, dass nicht technische Fehler für die meisten Hacks und Verluste verantwortlich sind, sondern Nutzer, die Fehler machen und sich nicht an die entsprechenden Sicherheitsvorkehrungen halten.

Trotzdem gab es bekannte Betrugsfälle und Hacks, die einzelne Investoren und sogar große Kryptowährungsbörsen in ihrer kurzen Geschichte heimgesucht haben. Ein Teil des Problems ist, dass die Technologie und der Bereich selbst neu sind. Während Kryptowährungen wie Bitcoin dadurch sehr innovativ und interessant sind, gibt es leider auch Personen, die aus Schwachstellen Kapital schlagen wollen. Allen Bitcoin-Anlegern wird empfohlen, die entsprechenden Vorsichtsmaßnahmen zu treffen, um ihre Bestände bestmöglich zu schützen. Angefangen mit der sicheren Verwaltung der Private Keys, indem diese nicht auf einer Tauschbörse gespeichert werden.

Jeder Versuch von einem Quantencomputer, Bitcoin zu minen, könnte glaubhaft zur Verunglimpfung des Netzwerks führen. Denn ein Schwierigkeitsgrad, der sich Quantencomputern anpasst, würde es nur anderen, ähnlich leistungsfähigen Maschinen erlauben, um die restliche Bitcoin-Gewinnung zu konkurrieren. Dies wird in naher Zukunft jedoch kein Problem sein, da bisherige Quantencomputer technisch nicht darauf ausgerichtet sind solche Berechnungen durchführen zu können. Außerdem wird Bitcoin stetig weiterentwickelt und daher auch an die Gefahr durch Quantencomputer angepasst werden.

Ein 51 %-Angriff wird als solcher bezeichnet, da ein Angreifer dafür über mehr als 50 %, oder 51 % der Hash-Rate in einem Netzwerk verfügen muss.  In diesem Fall wäre es Angreifern nun möglich vergangene Transaktionen zu ändern, oder gerade stattfindende, um die Bitcoin auf eigene Adressen umzuleiten. Ein 51-%-Angriff ist jedoch höchst unwahrscheinlich und wäre derzeit bei Bitcoin technisch kaum umzusetzen.