Mining

Mining is het proces van het bevestigen van transacties uit de mempool van de node door ze in blokken te plaatsen. Hiermee voorziet het in de benodigde coördinatie in een systeem dat verder geen autoriteiten/leiders kent. Het is een veel voorkomende misvatting dat het mining proces de creatie van nieuwe bitcoin betreft, dit is technisch gezien niet het geval; een nieuw gecreëerd blok geeft de miner enkel het recht nieuwe bitcoin toe te eigenen, maar het proces als zodanig behelst het produceren van het nieuwe blok zelf.

De miners produceren blokken door de heel vaak te gokken om een juiste "hash" te vinden, die voldoet aan de vooraf bepaalde voorwaarde. Als ze deze vinden is het blok geldig. De verdiensten van de miner zitten in de bloksubsidie en de transactiekosten van de transacties die ze in het blok zetten, die zij zich in dat desbetreffende blok toe eigenen.

→Zie ook: Zelf minen? Bekijk dit artikel.

Proces

1. Een miner heeft een Bitcoin node. Op deze node ontvangt hij continu nieuwe transacties die mensen hebben gedaan. Die transacties zijn op het moment van verzenden onbevestigd, pas als ze in een blok worden opgenomen zijn de transactie bevestigd. De node van de miner slaat de transacties tijdelijk op in zijn mempool.
2. De miner voegt een zogenaamde coinbasetransactie toe, waarbij de door het bitcoin algoritme gegenereerde nieuwe bitcoin (m.a.w. de blok subsidie) en transactie fees naar een bitcoinadres van de winnende miner worden gestuurd. Volgens de regels mag een miner (op dit moment) 6,25 nieuwe bitcoin opnemen in de coinbase transactie. Als de miner een groter aantal bitcoin in de coinbasetransactie opneemt (en zich dus niet aan de regels houdt) zal het blok niet worden geaccepteerd.
3. De miner bekijkt de mempool en selecteert doorgaans de transacties waaraan de hoogste fee is meegegeven. We noemen deze selectie het "blocktemplate" of een kandidaatblok.
4. Vervolgens moet de block header worden geconstrueerd. De block header is een samenvatting van het blok en bestaat uit de volgende onderdelen:
   • software version number;
   • de hash van het vorige blok toe;
   • de root van de merkle root van de transacties die in het desbetreffende blok zijn opgenomen;
   • een time stamp (tijdsindicatie) toe;
   • de proof-of-work algoritme target van dit blok;
   • de nonce.
5. Nu begint het daadwerkelijke minen. De miner probeert duizenden keren per seconde om een hash van de block header te vinden die voldoet aan de regels. Dit houdt in dat hij de nonce, elke keer aanpast om steeds een nieuwe unieke hash te vinden. Als de miner geluk heeft, en een hash vindt die aan de regels voldoet, zal hij het blok distribueren naar het netwerk. Een hash voldoet aan de regels wanneer het getal van de hash kleiner of gelijk is aan de target van dit blok.
6. Het netwerk ontvangt het nieuwe blok, zal controleren of aan alle regels wordt voldaan en deze accepteren. De nodes halen de (in dit nieuwe blok) bevestigde transacties uit hun mempool.
7. Het proces begin weer opnieuw vanaf stap 1.

Illustratie van het mining process

Hashing

Bij Hashing ("verhaspelen" in het Nederlands) wordt door middel van een hash algoritme een hashcode berekend van een blok gegevens / de block header ("input"). Uit deze hashcode is dan niet meer af te leiden wat de oorspronkelijke gegevens waren, maar iemand die de gegevens heeft kan wel opnieuw daarvan de hashcode berekenen en controleren of de berekende hashcode overeenkomt met een eerder verkregen hashcode.

Een miner gebruikt de gegevens uit het blok en voegt daar een onderdeel aan toe, zijnde de nonce, . Dit doet de miner random en berekent dan snel de uitkomst van de blok-info plus zijn gekozen nonce. De regel is dat een correcte hash een bepaalde hoeveelheid nullen bevat. Op een gegeven moment vindt de eerste miner een hash met voldoende nullen. De miner publiceert dit en iedereen kan op basis van dezelfde input (het blok en de nonce) controleren dat de hash klopt met de data.

Lege blokken

Lege blokken zijn blokken zonder transacties erin, slechts één coinbasetransactie. Soms worden er lege blokken gevonden.

Wanneer een nieuw blok wordt gevonden, sturen de mining pools de miners een bloksjabloon zonder transacties, zodat zij zo snel mogelijk naar het volgende blok kunnen zoeken. Meteen daarna sturen zij een bloksjabloon vol transacties, maar een volledig bloksjabloon is een grotere dataoverdracht en het duurt iets langer om de miners te bereiken.

In deze tussenliggende tijd, die meestal niet meer dan 1-2 seconden bedraagt, hebben de miners soms geluk en vinden zij een nieuw blok met behulp van het lege bloksjabloon.

Het aantal transacties in een blok is niet relevant voor het Energieverbruik; een leeg blok kost niet (substantieel) minder energie om te vinden dan een normaal 'vol' blok.

Een miner die een leeg blok aan Bitcoin's blockchain toevoegt verricht wel degelijk nuttig werk:

• Alle voorafgaande blokken worden 'begraven' onder een extra hoeveelheid Proof-of-Work, hetgeen extra bescherming oplevert.
• Er worden nieuwe Bitcoin toegevoegd aan het netwerk.

Een miner die een leeg blok probeert te minen loopt de fees mis van de beschikbare transacties in de mempool. Er is dus een incentive om wél transacties in een blok op te nemen. Het aantal lege blokken was dan ook niet meer dan 0,3% in 2020.

Echter, vanaf het prille begin van Bitcoin tot juni 2015 was gemiddeld 24% van de blokken leeg, omdat er in de eerste jaren niet altijd kandidaat-transacties in de mempool beschikbaar waren: Bitcoin werd nog niet zo intensief gebruikt. De fees waren laag, dus er was geen grote prikkel om transacties in een blok te plaatsen. Lege blokken waren voornamelijk een verschijnsel uit de beginperiode, toen er nog niet 'gevochten' werd om een plaatsje in de Bitcoin's blockchain.

Door lege blokken toe te staan, komt er nog steeds ongeveer elke 10 minuten een blok bij, ook bij karig aanbod van transacties.

Een leeg blok minen voelt aan een verkwisting van energie en tijd. Een eerste reactie zou kunnen zijn: laten we een miner verplichten om transacties in een blok op te nemen. Bedenk dat een miner heel makkelijk honderden transacties van en naar zichzelf in een blok zou kunnen plaatsen, zonder dat dit door anderen te doorzien is. Een verbod op lege blokken is dus niet zinvol.

Opbrengsten

Toegevoegde bitcoin in een grafiek

Een miner verdient:

• De bloksubsidie
  • Dit zijn de bitcoin die in de coinbasetransactie worden gecreëerd
  • De subsidie is gebonden aan regels, een miner mag TOT de afgesproken grens claimen
• De transactiekosten ("fees") die gemaakt zijn door de mensen die een transactie deden
  • De optelsom van alle fees van alle transacties mogen door de miner worden geclaimd
  • Een miner wil zo veel mogelijk aan fees verdienen dus zal de transacties in zijn blok zetten die per kB het meeste opleveren

De bloksubsidie gaat over tijd omlaag.

Zelf minen? Bekijk deze pagina.

Moeilijkheidsgraad

De moeilijkheidgraad (difficulty in het Engels) is de maatstaf voor het vinden van een correcte hash waarvan de waarde onder het aangegeven doel (target) ligt. Het doel is een 256-bit nummer die alle Bitcoin nodes delen. De SHA-256 hash van een blok moet lager of gelijk zijn aan dit nummer. Des te lager het nummer, des te moeilijker het wordt om het blok te vinden. In praktijk betekent dit dat de uitkomst van een hash moet beginnen met een aantal nullen (bijv: 000000000000000000094c8ceeda06ce2438753ad50ef3699e03618459adb88f). Om de 2016 blokken wordt de moeilijkheidsgraad opnieuw berekend. Zijn er teveel miners aan het werk gaat de moeilijkheidsgraad omhoog (d.w.z. de beschikbare rekenkracht is te hoog voor de huidige moeilijkheidsgraad) en zijn er te weinig miners gaat de moeilijkheidsgraad omlaag (d.w.z. de beschikbare rekenkracht is te laag voor de huidige moeilijkheidsgraad). Op deze manier blijft het netwerk stabiel en veilig en wordt er gemiddeld elke 10 minuten een nieuw bitcoin blok gevonden. Dit aanpassingsmechanisme zorgt ervoor dat er niet significant meer of minder bitcoin gemined worden over de tijd als het hashvermogen in het netwerk verandert.

Mining Pools

Pools zijn groepen van mensen (of bedrijven) met miners die samen zoeken naar een blok. Als een blok gevonden wordt, dan worden de opbrengsten gedeeld naar rato van bijdrage aan de pool. Het is een manier om consistenter blokken te vinden: zonder pool minen levert een miner misschien eens per maand een blok op, met een pool vindt de pool mogelijk dagelijks een blok, en verdeelt de inkomsten. Deze verdeling vindt plaats op basis van het aantoonbare aandeel van het hashvermogen dat een miner heeft geleverd aan de pool. Dit aandeel wordt bepaald aan de hand van het aantal (ongeldige) blokken dat de miners naar de pool stuurt die voldoen aan een bepaald moeilijkheidsgraad (die lager is dan de moeilijkheidsgraad die op dat moment geldt voor het minen van een ongeldig blok) binnen een bepaalde tijd. Omdat dan zowel de periode, de moeilijkheidsgraad en het aantal bekend is, kan de hashvermogen dat de desbetreffende miner aan de pool heeft geleverd worden afgeleid.

In de volgende tabel staan een paar Bitcoin mining pools.

Naam	Website	Reward	Opmerkingen
Ocean Pool	https://ocean.xyz/	Proportioneel	Ocean Pool is de oude Eligius pool uit 2011 die opnieuw is opgestart. Braiins, voormalig Slushpool stapte omstreeks deze tijd over van proportioneel naar FPPS. Tot frustratie van veel principiele bitcoiners en miners.
Braiins Pool	https://pool.braiins.com/	FPPS	1 van de oudste en langstlopende pools. Tegenwoordig met lightning (bitcoin betaalnetwerk) integratie zodat zelfs de kleinste miners mee kunnen werken aan het bitcoin netwerk.
KanoPool	https://www.kano.is//	PPLNS	KanoPool is een eenvoudige mining pool met een lage fee. De pool is wel erg klein waardoor het maanden kan duren voordat een blok is gevonden.

Gespecialiseerde apparatuur (ASICs)

Miners gebruiken chips die speciaal gemaakt zijn voor het minen van Bitcoin. We noemen ze ASICs (een afkorting van application-specific integrated circuit, oftewel applicatie-specifieke geïntegreerde schakeling).

De chips worden gemaakt om extreem snel sha-hashingfuncties uit te kunnen voeren. Dit wordt gedaan door de functie direct in logische schakelingen te vertalen op transistor niveau. Oftewel, de logica staat in de hardware zelf opgesteld, in plaats van in software beschreven. De chip kan vervolgens ook uitsluitend die ene functie uitvoeren, en geen andere. Zodoende de naam application-specific integrated circuit.

Doordat er ASICs bestaan is het zelf/thuis minen met bijvoorbeeld videokaarten niet meer winstgevend.

Zie verder

• Aflevering 8 van Beginnen met Bitcoin legt mining verder uit