Ethereum 2.0 steigt von Proof of Work (PoW) auf Proof of Stake (PoS) um. Damit endet das Grafikkarten-Mining endgültig. Wann ist es soweit?
GPU-Mining: Ethereum fegt den Markt leer
2013 veröffentlicht ein junger russisch-kanadischer Entwickler ein Whitepaper, ohne zu wissen, dass dadurch im Jahr 2022 seit über einem Jahr keine Grafikkarten zu normalen Preisen verfügbar sein würden. Klingt unwahrscheinlich, hat sich aber tatsächlich so zugetragen. Die Rede ist von Vitalik Buterin, dem Erfinder des Ethereum-Netzwerks. Sein Whitepaper ist die Basis für die mächtigste Kryptowährung nach Bitcoin. Ethereum ist dabei nicht nur eine simple Kryptowährung wie der Bitcoin, sondern eine Art Netzwerk für dezentrale Programme. Auf der Ethereum-Blockchain lassen sich alle möglichen Applikationen, sogenannte dApps, und Smart Contracts entwickeln und einsetzen. Theoretisch kann man auf der Ethereum-Blockchain alles machen, maßgeschneidert ist sie allerdings für die Finanzwelt und Decentralized Finance (DeFi). Dazu trägt auch die Kryptowährung Ether bei, die für Transaktionen im Netzwerk notwendig ist.
Zur Absicherung dient dabei das Proof of Work-Verfahren, bei dem eine große Menge an Hardware eingesetzt wird. Am sogenannten Mining-Prozess kann jeder mit eigener Hardware teilnehmen. Und das kann ziemlich lukrativ sein, wie wir in diesem Artikel zeigen: wer am Mining teilnimmt, erhält dadurch Ether, die bares Geld wert sind. Während bei Bitcoin schon ASICs verwendet werden, sind für die Ethereum-Blockchain nach wie vor Grafikkarten das Nonplusultra. Die Nachfrage nach Grafikkarten fürs Mining von Ethereum ist dadurch regelrecht explodiert. Das hat in Kombination mit gierigen Händlern und der Chipkrise dazu geführt, dass Grafikkarten nur zu horrenden Preisen überhaupt verfügbar sind. Die Popularität von Ethereum hat den ganzen Markt nachhaltig leergefegt.
Darum ändert Ethereum 2.0 alles für den Grafikkartenmarkt
Doch das ist auf absehbare Zeit vorbei. Mit Ethereum 2.0 steigt das Ethereum-Netzwerk auf ein neues Konsens-Verfahren um, Proof of Stake (PoS) genannt. Ab diesem Zeitpunkt spielt nicht mehr der Hardware-Einsatz eine Rolle, sondern der Einsatz eigener Ether. Dadurch sinkt nicht nur der Energieverbrauch auf ein Minimum – Mining mit Grafikkarten ist damit endgültig vorbei. Auch sonst bietet Ethereum 2.0 viele Vorteile, die im aktuellen Netzwerk nur schwer umzusetzen sind, unter anderem Sharding. Wir beschränken uns in diesem Artikel aber auf die Konsens-Verfahren und warum die Umstellung von Proof of Work auf Proof of Stake so wichtig ist.
Warum braucht es ein Konsens-Verfahren wie Proof of Work?
Das Ethereum-Netzwerk basiert auf einem typischen Blockchain-Ansatz. Transaktionen werden in sogenannte Blöcke geschrieben und aneinander angereiht. Dadurch entsteht eine Art Kassenbuch mit allen Transaktionen, das nun in einem Peer to Peer-Netzwerk ohne zentralen Server an alle teilnehmenden Nodes geschickt und laufend mit neuen Blöcken aktualisiert wird. Fertig ist die Blockchain.
Doch wer erstellt nun diese Blöcke und bestimmt, ob eine Transaktion gültig ist? Genau dafür braucht es nun ein Konsens-Verfahren. Dieses ist im Code festgeschrieben und definiert genau, wann ein gültiger Block erreicht wird. Findet ein Node die „Lösung“ für einen Block, verteilt er diesen ans Netzwerk. Alle anderen Nodes können die Lösung sehr einfach validieren und einen gültigen Block an die Blockchain anreihen. Eine Manipulation wäre nur dann möglich, wenn man 51% des Netzwerks unter Kontrolle hat, was mit immens hohem Aufwand verbunden ist.
So funktioniert Proof of Work (PoW)
Aktuell setzt Ethereum beim Konsens-Verfahren auf Proof of Work, also Bestätigung durch Arbeit. Die „Arbeit“ wird dabei von geeigneten Prozessoren ausgeführt und Mining genannt. Minen kann jeder mit eigener Hardware und Internetzugang. Bei Ethereum kommen vor allem Grafikkarten zum Einsatz, da sie am effizientesten mit dem Ethash-Algorithmus arbeiten. Paradoxerweise ist die Arbeit, die die Miner verrichten, völlig sinnlos: sie raten per Zufall nach dem sogenannten Nonce-Wert des nächsten Blocks. Das Ziel ist, der Erste zu sein, der diesen Wert errät, um damit den nächsten Block zu validieren. Schafft man das, erhält man aktuell zwei frisch geminte Ether und obendrein einen Teil der Transaktionsgebühren, die durch die validierten Transaktionen entstehen. Die Priorität hängt dabei seit EIP-1559 vom gegebenen Tip ab, also einem „Trinkgeld“, das direkt die Miner erhalten. Sollten ein Miner durch die Latenz zufällig zur gleichen Zeit den gleichen Block erraten, erhält er einen Uncle-Block, der 1,75 Ether wert ist.
Der frisch erstellte Block wird anschließend an alle anderen Nodes geschickt. Diese können den Block dann einfach validieren und an die Blockchain anhängen – und alles beginnt von vorne. Die Block-Time soll dabei immer bei gut 14 Sekunden liegen. Liegt sie darunter, steigt automatisch die Difficulty, also die Schwierigkeit, einen Block zu finden. Je mehr Nodes am Mining teilnehmen, umso höher ist die Difficulty. Umgekehrt sinkt die Difficulty, sobald weniger Miner im Netzwerk sind und die Blockzeit steigt.
Der Vorteil dieses Ansatzes ist, dass ein potenzieller Angreifer extrem viel Aufwand betreiben muss, um eine 51 Prozent-Attacke auszuführen. Die Hashrate des gesamten Netzwerks liegt derzeit bei ca. 920 TH/s – das entspricht ca. 9,2 Millionen Nvidia GeForce RTX 3080 10G. Man bräuchte also mindestens die Hälfte dieser Rechenleistung, um das Ethereum-Netzwerk zu manipulieren. Da dies eine quasi unmögliche Aufgabe ist, sichert Proof of Work so erfolgreich das Ethereum-Netzwerk ab. Proof of Work ist auch der Konsens-Mechanismus, mit dem es die meiste Erfahrung gibt.
Die PoW-Nachteile: Grafikkartenkrise, E-Waste und Stromverbrauch
Allerdings gibt es auch sehr große Nachteile durch diesen Ansatz. Da sich schneller und besser nach einem Block raten lässt, je mehr Hardware man dafür einsetzt, gibt es ein regelrechtes Wettrüsten. Miner kaufen laufend neue Grafikkarten, um sie nach Ether schürfen zu lassen. Wer mehr Grafikkarten hat kann effizienter nach Blocks raten. Die Nachfrage nach Grafikkarten ist dadurch extrem. Die Preise sind zum Teil doppelt so hoch als die UVP, wenn überhaupt Modelle verfügbar sind. Es gibt nur wenige Möglichkeiten, an eine Grafikkarte zur UVP zu kommen. Durch diese regelrechte Materialschlacht befeuert Ethereum leider auch die generelle Chipkrise.
Zwei weitere Nachteile sind Folgeprobleme des Minings. Die sehr leistungsfähige Hardware verbraucht Unmengen an Strom. Der aktuelle Verbrauch aufs Jahr gerechnet liegt bei 108,58 TWh und damit so hoch wie der Stromverbrauch der Niederlande. Im Schnitt lag der Verbrauch bei 73,2 TWh, was ungefähr dem Stromverbrauch von Österreich entspricht. Ethereum ist daher auch in gewisser Weise schlecht für unser Klima. Oben drauf kommt ein immer größer werdendes E-Waste-Problem. Durch den massenhaften Einsatz von Hardware entsteht auch deutlich mehr Elektroschrott. Ethereum hat dabei gegenüber Bitcoin zumindest den Vorteil, dass Grafikkarten noch zu anderen Dingen verwendet werden können – ASIC-Miner für Bitcoins sind nur auf Bitcoin-Mining ausgelegt.
So funktioniert Proof of Stake (PoS) in Ethereum 2.0
Den Problemen von Proof of Work ist sich auch die Ethereum-Foundation bewusst. Deshalb war PoW seit Anbeginn eigentlich nur eine erste Implementierung, um später auf Proof of Stake (PoS) umzusteigen. Das „Stake“ steht in diesem Fall für „Einsatz“ bzw. „einsetzen“. Bei Proof of Stake handelt es sich um einen weiteren Konsens-Mechanismus, der ähnlich wie Proof of Work funktioniert. Während bei PoW allerdings Hardware der Einsatz ist, ist es bei Proof of Stake Ether. Wer also ein Validator Node betreiben will, braucht Ether als Einsatz. Pro Node sind 32 Ether notwendig, die dann als Sicherheit dienen. Auch hier braucht es zwar Hardware, aber praktisch kann jeder Computer mit genug Speicherplatz für die Ethereum-Blockchain und einer Internetverbindung zum Staking verwendet werden.
Wie bei PoW erstellen diese Validator Nodes die neuen Blöcke. Der Konsens-Mechanismus wählt allerdings automatisch ein Validator Node aus, der den neuen Block „vorschlagen“ darf (Proposal). Andere Staker wiederum bestätigen dann, dass sie den Block gesehen haben (Attestation). Bei Ethereum 2.0 sind das mindestens 4 bis 64 sogenannte Committees bestehend aus 128 Validator Nodes. Nach der Attestation ist der Block gültig und wird der Blockchain hinzugefügt. Sowohl für das Vorschlagen eines Blocks als auch für die Attestation erhalten die Validator Nodes dann eine Belohnung in Form von Ether – auch das Staking ist also profitabel.
PoS ist sicherer, fairer und verbraucht weniger Energie als Visa
Proof of Stake hat für Ethereum 2.0 gleich mehrere Vorteile. Der wichtigste ist wohl die Sicherheit. So ist die Wahrscheinlichkeit eines 51 Prozent-Angriffs auf das Netzwerk deutlich geringer bzw. wesentlich schwieriger umzusetzen. Die Wahrscheinlichkeit liegt bei weniger als 1 zu einer Billiarde, dass ein Angreifer einerseits Kontrolle über ein Drittel der Validator Nodes hat, um einen Block vorzuschlagen, gleichzeitig aber auch die Kontrolle über zwei Drittel der Validator Nodes in einem Committee, um den Block dann auch zu attestieren.
Bei klassischen 51 Prozent-Attacken schließen sich typischerweise Mining-Pools zusammen. Auch das funktioniert unter Ethereum 2.0 mit Proof of Stake nicht. Das Protokoll verfügt nämlich über zwei Strafmechanismen, wenn sich Validator Nodes bösartig verhalten. Beim Vorschlagen oder Attestieren eines manipulierten Blocks setzt das sogenannte Slashing ein. Dabei verliert ein Validator Node bis zu 100% seines Stakes als Strafe und wird vom Netzwerk ausgeschlossen (Eject). Das ist so, als müssten Miner, die an einer 51 Prozent-Attacke teilnehmen, anschließend ihre Hardware abfackeln. Auch für Validator Nodes, die offline sind und eigentlich einen neuen Block vorschlagen oder attestieren müssten, gibt es Strafen, sogenannte Penalties, die allerdings sehr gering ausfallen. Damit ist sichergestellt, dass immer möglichst viele Validator Nodes online sind.
Proof of Stake bietet nebenhöherer Sicherheit auch noch andere Vorteile. Das System ist deutlich fairer, da es deutlich weniger Hardware-Einsatz benötigt und auch die Stromkosten wesentlich geringer sind. Das ermöglicht Staking in praktisch jedem Land. Auch der Stromverbrauch sinkt massiv. Im Vergleich zu Proof of Work braucht Ethereum 2.0 mit Proof of Stake um 99,9% weniger Energie. Durch den Einsatz von Sharding steigt außerdem die Anzahl der möglichen Transaktionen pro Block um den Faktor 64. Selbst den Vergleich mit Visa-Transaktionen muss Ethereum 2.0 dann nicht mehr scheuen. 100.000 Visa-Transaktionen brauchen gut 149 Kilowattstunden, 100.000 Ethereum 2.0-Transaktionen hingegen nur 0,667 Kilowattstunden oder 0,4 Prozent.
Wann kommt Ethereum 2.0?
Aber wann kommt Ethereum 2.0 nun endlich? Diese Frage stellen sich dieser Tage vor allem Gamer, die endlich Grafikkarten zum angemessenen Preis haben wollen. Die Antwort darauf ist allerdings etwas komplizierter. Die Umstellung auf Ethereum 2.0 ist bereits in vollem Gange. Am 1. Dezember 2020 startete die sogenannte Beacon Chain, eine Art Testnet. Sie ermöglichte erstmals Staking auf der neuen Plattform, ist aber nicht mit dem Mainnet verbunden. Wer teilnehmen möchte muss seine Ether in einen Deposit Contract schicken und erhält daraufhin neue Ether auf der Ethereum 2.0 Beacon Chain. Einen Weg zurück gibt es dann nicht.
Der eigentliche Start von Ethereum 2.0 ist allerdings das Verschmelzen von Mainnet und Beacon Chain. Der sogenannte Merge soll laut der Ethereum Foundation noch im zweiten Quartal 2022 stattfinden. Dabei wird das ursprüngliche Mainnet eine eigene Shard, also ein Teil der geplanten 64 Shards (Scherben) des neuen Netzwerks. Bewerkstelligt wird das durch einen Hard Fork und eine Difficulty Bomb, die GPU-Mining auf einen Schlag unmöglich macht.
Ob das Datum gehalten wird steht allerdings auf einem anderen Blatt. Ursprünglich wollte die Ethereum Foundation im Jahr 2015, also kurz nach dem Start, bereits innerhalb von 16 Monaten auf Proof of Stake umsteigen. Dass der Umstieg stattdessen fast sechs Jahre dauern soll ist auf einige Probleme zurückzuführen. Derzeit stehen die Zeichen aber definitiv auf Umstieg. Bereits mehrere Hard Forks ebneten den Weg zur Umstellung, die Beacon Chain steht und ist stabil.
Endet das GPU-Mining mit Ethereum 2.0?
Mit der Umstellung auf Ethereum 2.0 gehört Proof of Work endgültig der Geschichte an. Damit endet zumindest auf der Ethereum-Blockchain auch das GPU-Mining. Komplett verschwinden wird das Mining mit Grafikkarten aber dennoch nicht. Auch andere Kryptowährungen lassen sich mit Grafikkarten minen. Vielfach ist das auch als Anreiz gedacht, um Mitglieder ins Netzwerk zu holen. Allen voran lässt sich mit dem Ethereum-Hard Fork Ethereum Classic (ETC) noch GPU-Mining betreiben. Auch sonst gibt es eine ganze Palette an Kryptowährungen, die das Mining noch profitabel ermöglichen, zum Beispiel Ravencoin oder Flux.
Warum steigen Miner nicht auf andere Kryptowährungen um?
Generell wird uns auch in Zukunft das Mining-Thema noch begleiten. Der große Mining-Hype ist aber vorbei. Mit dem Umstieg von Ethereum auf Ethereum 2.0 endet das GPU-Mining im großen Stil, da der Großteil der Mining-Farmen aktuell auf Ethereum ausgelegt ist. Das liegt einerseits an der Profitabilität, andererseits am sehr großen Market-Cap von Ethereum. Es handelt sich nach dem Bitcoin um die zweitgrößte Kryptowährung, was auch für Stabilität spricht.
Doch warum steigen die Ethereum-Miner nach dem Ende von Proof of Work durch Ethereum 2.0 nicht einfach auf einen Coin wie Ethereum Classic oder Raven um? Einige werden das sicher versuchen, allerdings gibt es da ein großes Problem: das gigantische Überangebot an Minern. Während Ethereum durch die hohe Marktkapitalisierung vielen Minern ein sehr profitables Zuhause geboten hat, ist das bei anderen Coins durch das kleinere Market-Cap nicht möglich. Steigen nun zahllose Miner auf einen kleinen Coin um, explodiert die Difficulty dort, da viel mehr Leute etwas vom gleich großen Kuchen abhaben wollen. Innerhalb kürzester Zeit ist Mining dort unprofitabel.
Wahrscheinlicher ist also, dass viele Mining-Grafikkarten den Gebrauchtmarkt fluten werden und für günstige Preise sorgen werden. Ob Mining-Grafikkarten noch brauchbar sind, haben wir in diesem Artikel zusammengefasst. Auch die Preise bei den Händlern werden dann fallen, da der Gebrauchtmarkt eine große Konkurrenz darstellt und die hohen Preise nicht lange halten werden.
Fazit: Ethereum 2.0 ist ein gewaltiger Schritt nach vorn – auch für Gamer
Die Umstellung von Proof of Work auf Proof of Stake ist mit Sicherheit eine der größten Neuerungen durch Ethereum 2.0. Das neue Konsens-Verfahren bietet eigentlich nur Vorteile. Durch die Umstellung wir das Netzwerk sicherer und stabiler. Außerdem ermöglicht Proof of Stake erstmals Sharding, was auf Dauer zu einer deutlich höheren möglichen Anzahl an Transaktionen beiträgt. Mit dem Ende des GPU-Minings steigt auch die Effizienz der Ethereum 2.0-Blockchain drastisch: 99,9 Prozent der verbrauchten Energie lassen sich auf einen Schlag einsparen. In Kombination mit dem später startenden Sharding ist Ethereum 2.0 dann sogar deutlich effizienter als eine Visa-Transaktion. Noch im zweiten Quartal 2022 soll es soweit sein.
Auch für uns Gamer bedeutet die Umstellung auf Ethereum 2.0 aber einen gewaltigen Schritt nach vorne. Durch das Verbannen von Proof of Work könnte der Mining-Markt regelrecht implodieren. Die Folge sind viele Grafikkarten, die den Gebrauchtmarkt fluten und noch gut brauchbar sein können. Auch die Händler müssen darauf ihre Preise anpassen. Grafikkarten könnten dann endgültig wieder zu Normalpreisen verfügbar sein. Ob alles klappt muss allerdings die Zukunft zeigen – wir sind aber guter Dinge.
Weiterlesen: Mining-Grafikkarten: noch brauchbar und sicher? Selbstexperiment
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