In diesem Artikel werden wir erklären, was eine 51%-Attacke ist, wie viel Energie dafür benötigt wird und welchen Schaden sie für Bitcoin bedeuten würde.
Was ist eine 51%-Attacke?
Eine 51%-Attacke tritt auf, wenn eine Gruppe von Bitcoin-Minern mehr als 50% der Rechenleistung des Bitcoin-Netzwerks kontrolliert. Mit dieser Mehrheit könnten sie das Netzwerk manipulieren, indem sie Transaktionen rückgängig machen oder doppelte Ausgaben tätigen. Dies könnte zu Verlusten von Vertrauen, Wertverlusten und anderen negativen Auswirkungen führen.
Sind Mining Pools dazu in der Lage?
Einige Miner schließen sich zu sogenannten Mining-Pools zusammen, was ihnen erlaubt, ihre Rechenleistung zu bündeln. Damit steigt die Wahrscheinlichkeit, einen gültigen Block zu finden und die Blockbelohnung zu erhalten. Diese wird anschließend unter den Mitgliedern des Mining-Pools aufgeteilt, abhängig davon, wie viel Rechenleistung ein einzelnes Mitglied dem Pool zur Verfügung gestellt hat.
Anreizsystem
Um zu verstehen, wie wahrscheinlich eine 51%-Attacke wirklich ist, muss das Anreizsystem der Bitcoin-Miner verstanden werden. Sollten die Pools als ein Zusammenschluss von Minern versuchen, einen ungültigen Block an die Blockchain anzufügen, würde dieser von dem Netzwerk (Fullnodes) abgelehnt werden und der Miner somit auf die entsprechende Blockbelohnung verzichten. Jeder Miner besitzt folglich einen wirtschaftlichen Anreiz, ehrlich zu handeln, um die Blockbelohnung zu erhalten. Nur auf diese Weise kann ein Miner langfristig seine Geschäftskosten decken.
Offline Mining
Ferner sind sogenannte Double-Spending-Angriffe, bei denen bösartige Netzwerkteilnehmer mehrfach ihre Bitcoin ausgeben können. Für Mining-Pools im Grunde nicht möglich. Um heimlich eine „falsche Blockchain“ zu schürfen, müsste der Poolbetreiber diesen „offline“ nehmen und die neue Kette zu einem späteren Zeitpunkt veröffentlichen, um die alte zu überschreiben. Allerdings würden dem Betreiber, wenn dieser offline geht, sofort die Teilnehmer im Pool abspringen und diesen wechseln. Da dies buchstäblich in nur wenigen Minuten erledigt ist, kann man konstatieren, dass Pool-Betreiber eigentlich keine Macht haben und vielmehr als Dienstleister zu verstehen sind. Bösartige Miner im Allgemeinen würden ohnehin einen finanziellen Schaden erleiden, denn auch die Mining-Hardware, welche für den Angriff gekauft wurde, würde rasch den Großteil ihres Wertes verlieren. Aufgrund der enormen Kapitalkosten gibt es deshalb ökonomisch betrachtet keinen Anreiz für eine 51%-Attacke. Jeder Netzwerkteilnehmer würde einen finanziellen Schaden erleiden. Lediglich ein Angreifer, welcher mit einem selbstzerstörerischen Motiv versucht, das Netzwerk anzugreifen, könnte eine Bedrohung für das Netzwerk werden. Dieser Angriff wäre allerdings mit Unmengen an ökonomischen Ressourcen verbunden. Für Mining-Pools ist dies allerdings unrealistisch, da nicht davon auszugehen ist, dass alle Pool-Teilnehmer dem Netzwerk schaden wollen. Eher im Gegenteil.
Beispiel Ghash.io
Im Jahr 2014 kontrollierte Ghash.io mehr als 50% der Hashrate. Die Miner des Pools hätten somit eine 51%-Attacke durchführen können. Schon damals verunsicherte diese Situation die Bitcoin-Community. Doch die wirtschaftlichen Anreize setzten sich durch. Ghash.io veröffentlichte eine Stellungnahme und forderte die Miner auf, den Pool zu verlassen, damit der Anteil des Pools unter 40% sinkt. Ein großer Vorteil der Bitcoin-Miner ist, wie weiter oben bereits erwähnt, ihre Flexibilität. Um einem Mining-Pool anzugehören, müssen die Miner lediglich die sogenannte Stratum-Adresse in die Mining-Software eingeben und eine Wallet für die Auszahlungen hinterlegen. Die Miner kamen der Bitte des Pool-Betreibers nach und wechselten in andere Pools. Ein Jahr später sank der Marktanteil von Ghash.io auf 2%.
Stratum V2
Die Bitcoin-Community ist sich dennoch der potenziellen Gefahren einer Zentralisierung der Mining-Pools bewusst, weshalb bereits an der Dezentralisierung gearbeitet wird.
Das vielversprechendste Projekt ist Stratum V2, eine überarbeitete Version des aktuellen Mining-Protokolls, welches auf der Bitcoin Konferenz 2019 vorgestellt wurde. Mit Stratum V2 können die Miner in einem Pool selbst entscheiden, welche Transaktionen in den Block aufgenommen werden sollen. Dies obliegt bisher noch den Pool-Betreibern und verringert damit die Abhängigkeit zu den Mining-Pools. Zwar liegt die Blockerzeugung immer noch in der Hand der Mining-Pools, allerdings wäre eine Adoption von Stratum V2 ein wichtiger Schritt zur Dezentralisierung der Mining-Pools.
Wie viele Miner für 51%?
Um eine 51%-Attacke erfolgreich durchzuführen, benötigt eine Gruppe von Angreifern eine erhebliche Menge an Rechenleistung. Die genaue Menge hängt von der aktuellen Hashrate des Bitcoin-Netzwerks ab, die sich ständig ändert, da neue Bitcoin-Miner hinzukommen und alte aussteigen. Aktuell (März 2024) beträgt die Hashrate ca 600 Exahashes pro Sekunde, also 600.000.000.000.000.000.000 Hashes pro Sekunde weltweit, die alle Bitcoin-Miner zusammen aufbringen. Eines der besten und beliebtesten Geräte für das Mining von Bitcoin ist der Antminer S19 Pro von Bitmain. Der Miner hat eine Hash-Rate von 110 TH/s (Terahashes die Sekunde) und verbraucht 3.250 Watt an Leistung. Wenn wir nun wissen wollen, wie viele dieser S19 Pro Miner wir benötigen, um auf 51% der Hashrate des Bitcoin Netzwerks zu kommen, multiplizieren wir die 600 Exahashes mit 51% und kommen auf 306 Exahashes. Teilen wir diese nun durch die 110 Terahashes eines Geräts, erhalten wir die Anzahl der S19 Pro:
2.781.818 Geräte
Wie viele Atomkraftwerke?
Wie viel Strom benötigen wir? Dafür multiplizieren wir die Anzahl der Geräte mit den 3.250 Watt eines Geräts:
9.040.908.500 Watt. Wie viele Atomkraftwerke wir dafür benötigen würden? Zurzeit besitzen die beiden Reaktorblöcke des chinesischen Kernkraftwerks Taishan mit 1.660 MW die größte Nettoleistung weltweit (siehe Wikipedia). 1 Megawatt entsprechen 1.000.000 Watt. Dementsprechend sind 1.660 MW 1.660.000.000 Watt, die das weltweit stärkste Kernkraftwerk Taishan aufbringen kann. Nun teilen wir die 9.040.908.500 Watt, die für 51% der Hashrate benötigt werden, durch die 1.660.000.000 Watt eines Taishan Kernkraftwerks. Ergebnis? Wir benötigen für 51% der Hashrate von Bitcoin 5,44 Taishan Kernkraftwerke, deren Strom für nichts anderes außer für Bitcoin Miner verwendet werden dürfte. Dieses Vorhaben müsste nicht nur im Geheimen stattfinden, auch würde der Erfolg nur von kurzer Dauer sein. Direkt ab dem ersten Block durch den Angreifer, wäre jedem Nutzer im Netzwerk durch die Mining-Daten im Block bewusst, dass 51% der Hashleistung in den Händen eines Angreifers lägen. Kein weiterer Block würde nun von dem Angreifer durch die Nodes an die Blockchain mehr angefügt werden können. Das Netzwerk würde sich spalten, der Angreifer hätte automatisch das Netzwerk verlassen.
Was wäre, wenn der Angreifer den Angriff zu verbergen wüsste?
Selbst wenn der Angreifer es schaffen würde, dass nicht direkt alle Knotenpunkte seine Blöcke ablehnen würden, hätte der Angreifer nach spätestens 2016 Blöcken ein nicht geringes Problem, da alle zwei Wochen das sogenannte Difficulty Adjustment im Netzwerk stattfindet, welches durch einen Algorhitmus, die Schwierigkeit des Minings stets so eingestellt, dass nur alle zehn Minuten im Durchschnitt ein neuer Block gefunden wird. Da durch den Angreifer massiv viel neue Energie in das Netzwerk investiert wurde, werden nun deutlich häufiger Blöcke gefunden, was zu einer massiven Steigerung der Schwierigkeit führen würde. Dies wiederum würde dafür sorgen, dass sich das Zeitintervall des Findens von Blöcken für den Angreifer deutlich erhöhen würde.
An diesem Punkt ist jedem selbst überlassen, für wie wahrscheinlich ein solches Szenario eingeschätzt wird.
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