Bitcoin mining, of mijnen, je hoort het vaak, maar het blijft een abstract gegeven. Het is echter wel een enorm belangrijk onderdeel van het bitcoin- en blockchainsysteem. En het is, ietwat paradoxaal, zowel de kracht als hét grote minpunt van de bekendste cryptomunt. Wat is bitcoin mining en hoe werkt het? Wij leggen het uit.
Wie wil weten hoe bitcoin, of het systeem erachter blockchain, werkt, komt onvermijdelijk uit bij bitcoin mining, of het zogenaamde mijnen. De term refereert uiteraard naar het mijnen van waardevolle stoffen zoals goud, maar het mijnen van cryptomunten gebeurt niet met een pikhouweel maar met de computer.
Dat het hele blockchainsysteem (lees hier waarom blockchain de kracht heeft om alles te veranderen) staat of valt met dat mijnen, is niet overdreven. Mining heeft twee grote doelen: transacties controleren en goedkeuren en meer exemplaren van de cryptocurrency op de markt brengen.
Transacties
Een munt waar je geen transacties mee kan verrichten, is uiteraard nutteloos. En het mijnen is nodig om transacties tot een goed einde te brengen in het blockchainsysteem, en dus in bitcoin. Elke transactie die gebeurt, moet namelijk worden gecontroleerd en goedgekeurd. Daarvoor rekent het systeem op die zogenaamde miners.
Transacties die goedgekeurd zijn, worden ondergebracht in de blockchain en zijn vanaf dan eigenlijk onaantastbaar. Vanaf een transactie in de blockchain zit, kan je er niets meer aan veranderen; zowat het grootste pluspunt van de technologie (nog meer voordelen van blockchain, vind je hier). Maar voor ze in de blockchain kunnen worden opgenomen, moeten transacties dus eerst worden goedgekeurd en dan worden geëncrypteerd.
Nodes
Het bitcoinnetwerk bestaat uit een enorm aantal zogenaamde ‘nodes’. Zo’n node is eigenlijk gewoon een krachtige computer die bitcoinsoftware kan draaien en meehelpt aan het verspreiden van informatie. Als er een transactie plaatsvindt, zal zo’n node die gaan goedkeuren en die informatie gaan doorgeven aan nodes in zijn netwerk. Die doen dat op hun beurt opnieuw, en opnieuw. Tot iedere node in het systeem die transactie heeft doorgekregen.
Sommige van die nodes zijn echter miners. Die gaan die goedgekeurde transacties bundelen in wat een block wordt genoemd. Eens zo’n block is gevormd, zijn we klaar voor de volgende stap: het encrypteren.
Nonce
Om zo’n block veilig te maken zodat niemand er nog iets aan kan veranderen, moet die worden geëncrypteerd. Dat gebeurt door het oplossen van een complex wiskundig vraagstuk. Er moet een bepaald cijfer gevonden worden. Dat cijfer wordt een ‘nonce’ genoemd, een afkorting voor ‘number once used‘.
Die nonce is een geheel getal dat kan liggen tussen 0 en 4.294.967.296, om maar te zeggen dat dat cijfer bekomen helemaal geen makkelijke opgave is. Daarvoor gooien miners dan ook hun computerkracht in de strijd. Zo willen ze zo snel mogelijk die nonce gaan vinden. Die nonce wordt dan gecombineerd met de data van de voorgaande block en dat moet dan op zijn beurt weer worden omgevormd door een hashfunctie. Zo’n hashfunctie reduceert alle data tot een soort unieke code van een op voorhand vastgestelde grootte, die een hash wordt genoemd.
Random
Eigenlijk hebben we wat gelogen, want het gaat niet echt om een rekenoefening om die nonce te bekomen. Miners zullen at random bepaalde cijfers gaan proberen en daar een hash van maken. Die uiteindelijke hash moet beginnen met een op voorhand bepaald aantal nullen. Er is geen manier om te weten hoeveel dat er zijn. Dus moet je echt gewoon op goed geluk proberen. Dat proces duurt, gemiddeld, zo’n 10 minuten per block.
Hoe moeilijk die juiste nonce te vinden is, ligt ook niet vast. Op basis van het aantal miners, die dus op zoek zijn naar de correcte nonce, die ‘aan het werk zijn’, wordt bepaald hoe moeilijk dat proces is. Hoe meer er proberen de nonce te achterhalen, hoe moeilijker het wordt. Zo wordt geprobeerd om de tijd dat het neemt om die nonce te zoeken ongeveer hetzelfde blijft.
De eerste miner die, dus per toeval, op de juiste hash stoot, zal dat bekendmaken aan het hele netwerk. Zo weten de andere miners ook dat ze niet meer verder moeten proberen om die bepaalde block te gaan encrypteren en kunnen ze op een volgende overschakelen. Vanaf die juiste hash is gevonden, kan die block volledig geëncrypteerd worden opgenomen in de blockchain, waar het dus helemaal veilig is en nooit meer kan aangepast worden.
Proof of Work
Zo’n block encrypteren, is dus zwaar werk. Dat wordt het Proof of Work-principe genoemd. Dat wil zeggen dat je werk (in dit geval computerkracht) moet verrichten om transacties goed te keuren. Wie die computerkracht vrijgeeft voor het systeem offert daar veel voor op. Er zijn dan ook zware computers en een pak tijd nodig om die hash tot een goed einde te kunnen brengen. Die zware investeringen bewijzen, zo gaat de redenering, dat het werk van die node te vertrouwen is.
Proof of Work is echter niet het enige principe dat gebruikt wordt om transacties van cryptomunten goed te keuren. Zo zijn er nog een aantal alternatieven, zoals Proof of Stake (waarbij niet de computerkracht maar het aantal munten zal gebruikt worden om te bepalen in hoeverre we een node kunnen vertrouwen).
Dat Proof of Work-principe is de bron van de grootste kritiek op bitcoin. Het zoeken van die nonce is eigenlijk overbodig werk. Het is niet nodig om de transactie in de blockchain onder te brengen maar wordt alleen gebruikt als een waardemeter van het vertrouwen dat in een node gesteld kan worden. De energie die daarvoor verbruikt wordt, kan je dus zien als energieverspilling (lees hier waarom klimaatexperts zeggen dat het elektriciteitsverbruik van bitcoin onhoudbaar is).
In 2017 al overschreed het energieverbruik van de cryptomunt dat van het hele land van Nigeria. Maar van bij de start van bitcoin werd er geopteerd voor het Proof of Work-principe en dat zal ook niet snel veranderen. Wie er meer over wil weten, vindt hier alles over dat energieprobleem en hoe dat mogelijk opgelost kan worden.
Mining farms
Een van de sterktes van blockchain is dat elke nieuwe block de vorige zal gaan versterken. Omdat in zo’n hash ook data van de vorige block wordt opgenomen, wordt ook die weer opnieuw geëncrypteerd. Elk block bevat dus informatie van de vorige, wat de encryptiesterkte dus alleen maar doet toenemen. Hoe meer transacties, hoe veiliger de al gemaakte transacties worden. Die encryptie is zo sterk dat er vanuit gegaan wordt dat het onmogelijk is om er nog iets aan te veranderen.
Dat mijnen zorgt dus voor de veiligheid en betrouwbaarheid van het hele systeem. Maar het heeft nog een andere functie. Miners gaan natuurlijk niet zomaar hun rekenkracht gaan gebruiken om het systeem voort te helpen. Ze worden daarvoor gecompenseerd, in bitcoin. Dat maakt het voor sommigen natuurlijk heel lucratief. Daarom zijn er ook natuurlijk ook mensen zich gaan organiseren en in groep beginnen minen, om zo de kans op het vinden van de juiste hash te vergroten. Dan creëer je zogenaamde ‘mining farms’, waar op enorm grote schaal wordt geprobeerd om de juiste hash te zoeken.
Block reward
Hoeveel bitcoin je krijgt voor een juiste hash, de zogenaamde block reward, varieert. Er is namelijk een bovengrens op het aantal bitcoin dat ooit in omloop zal komen. Het aantal bitcoin dat kan worden gemijnd, is dus eindig. Dat maximum is vastgelegd op 21 miljoen. Voorlopig zijn er al meer dan 17 miljoen gemijnd. Al meer dan 80 procent van het maximale aantal bitcoin circuleert dus al. Nu is het nog knokken voor die laatste vier miljoen.
Het aantal bitcoin dat je als ‘beloning’ krijgt voor het vinden van die correcte hash halvert echter elke 210.000 blocks. In de praktijk komt dat neer op ongeveer iedere vier jaar. Bij het begin kreeg je er nog 50, nu is dat al maar 12,5 meer. Op het moment van schrijven, is het nog ongeveer 100.000 blocks tot de volgende halvering plaatsvindt. Vanaf dan krijg je nog ‘maar’ 6,25 bitcoin per gemijnde munt meer. Op deze manier valt het aantal gemijnde bitcoin rustig stil. Al zal er wel een dag komen waarop de laatste bitcoin wordt gemijnd. Dat is berekend voor 2140. Miners zitten dus nog een tijdje safe.
Satoshi/byte fee
Als er een vast aantal bitcoin zijn, dan rest natuurlijk alleen nog maar de vraag: wat is de incentive om transacties te blijven goedkeuren als je er geen bitcoin voor in de plaats zal kunnen krijgen? Wel, dan wordt er dus overgeschakeld op transactiekosten. Wie de juiste nonce en hash vindt, zal beloond worden met de kosten die bij elke transactie horen. Dat wordt de Satoshi/byte fee genoemd. Een Satoshi is de kleinst mogelijke eenheid van bitcoin, namelijk één honderd miljoenste van een gehele munt of 0,00000001 bitcoin. Die benaming is een verwijzing naar de mysterieuze bedenker van bitcoin, Satoshi Nakamoto
Wie een transactie doet met bitcoin zal daar kosten voor moeten betalen. Miners krijgen echter, ook nu al naast bitcoin, de kosten die worden aangerekend om transacties te maken, die verschillen naar gelang hoe zwaar het netwerk het heeft en de grootte van de transactie. Die transactiekosten zijn belangrijk, want miners zullen altijd de transacties met de hoogste kosten eerst opnemen in hun blocks. Hoe hoger de transactiekost, hoe sneller je transactie dus zal worden goedgekeurd.
Wanneer alle bitcoin gemined zijn, zullen deze transactiekosten, zo wordt er geredeneerd, genoeg incentive zijn om miners hun computerkracht te laten blijven gebruiken om het systeem draaiende te houden. Maar het is dus nog wachten tot 2140 voor het zover is.