Mitgeschürft

Spezialhardware fürs Bitcoin-Mining

Test & Kaufberatung | Test

Mining, kaufen, verstehen: So funktionieren Blockchain,Bitcoin & Co.
[Laufend aktualisiertes Dossier zu Kryptowährungen]

Einmal investieren, fortan Geld im Schlaf verdienen: Das Bitcoin-Prinzip klingt zu schön, um wahr zu sein. Wir haben einige der Goldgräber-Maschinen im c’t-Labor schürfen lassen und gezählt, wie viele Nuggets nach einem Monat im Sieb gelandet sind.

M al eben ein paar Bitcoins berechnen – viel mehr hatten wir uns nicht vorgenommen. Der Büro-PC sollte nach Feierabend Krypto-Rätsel lösen, um virtuelles Geld in die ebenso virtuelle Kasse zu spülen. Kann ja so schwer nicht sein. Eine Fehleinschätzung, wie sich schnell herausstellte. Denn ein Jahr zuvor haben potente Spezialchips das sogenannte Mining revolutioniert. Sie sind CPUs und Grafikkarten (GPUs) sowohl in puncto Effizienz als auch Performance haushoch überlegen. Da der Schürfaufwand von der weltweit im Bitcoin-Netz verfügbaren Rechenleistung abhängt, kann man ohne Spezial-Hardware inzwischen kaum noch einen Blumentopf gewinnen; geschweige denn Bitcoins.

Video: Bitcoin-Mining

Um doch noch an selbstgeschürfte Krypto-Nuggets zu kommen, haben wir Mining-Hardware von klein bis mittelgroß zusammengetragen und den ganzen Oktober für uns ackern lassen. Das kleinste und günstigste Gerät im Testfeld kostet gerade einmal 14 Euro: Der Block Erupter im USB-Stick-Format frisst nur rund zwei Watt und schafft etwa 330 Millionen Hash-Operationen Megahashes pro Sekunde (MHash/s) – mehr als die meisten Grafikkarten. Sein Geheimnis ist ein ASIC (Application Specific Integrated Circuit). Solche Spezialchips können nur eines, das aber in atemberaubender Geschwindigkeit; in diesem Fall SHA-256-Hashes berechnen.

Mehr als die 16-fache Rechenleistung (5,5 GigaHashes/Sekunde oder auch GHash/s) bietet der würfelförmige Bitcoin-Miner Jalapeno von Butterfly Labs, verheizt aber auch 30 Watt. Für Neugeräte verlangt der Hersteller bei Direktbestellung in den USA rund 300 US-Dollar. Zudem werden Zoll und Einführumsatzsteuer fällig. Die Lieferzeiten sind allerdings extrem lang: Anfang November war Butterfly Labs noch mit den April-Bestellungen beschäftigt. Wir haben das Testgerät daher bei eBay geschossen, wo der Kurs für Gebrauchtware bei Redaktionsschluss etwa 250 Euro betrug.

Darüber hinaus schickten wir zum Vergleich noch einen mit zwei modernen Grafikkarten bestückten Windows-PC ins Rennen. Die Dual-GPU-Karte Radeon HD7990 und die HD7970 (Single-GPU) bringen es gemeinsam immerhin auf 1,7 GigaHashes pro Sekunde (GHash/s) – allerdings zu einem hohen Preis. Allein die Grafikkarten schlagen zusammen mit rund 1000 Euro zu Buche und der Stromverbrauch ist gegenüber den ASICs um ein Vielfaches höher: Der Testaufbau schluckt inklusive PC fast 800 Watt.

Nachdem sich die Testsysteme schon zwei Wochen in unserem Labor warmgelaufen hatten, erreichte uns ein noch größeres ASIC-Gerät von Butterfly Labs. Es schürft mit 30 GHash/s und ist damit mit Abstand das schnellste System im Testfeld. Es wird mit etwa 800 Euro gehandelt.

Bitcoin-Lotto mit System

Beim Bitcoin-Mining spielt der Zufall eine große Rolle. Der Erste, der nachvollziehbar einen Hash mit bestimmten Eigenschaften findet, bekommt derzeit 25 Bitcoins – also rund 4100 Euro – zugesprochen. Die von den Minern beigesteuerte Rechenleistung treibt das Zahlungssystem Bitcoin an, die abfallenden Krypto-Nuggets sind ihr Lohn.

Wie beim Lotto ist die Chance auf den Jackpot für den einzelnen Teilnehmer ziemlich gering. Einigermaßen regelmäßige Gewinne erzielt man nur im Team, in sogenannten Mining Pools. Der Pool teilt die Hashing-Aufgaben unter den Teilnehmern auf und dementsprechend im Erfolgsfall auch die Bitcoins. Je mehr Hash-Operationen man anteilig beigesteuert hat, desto mehr fällt vom Gewinn ab. In der Regel kassiert auch der Pool-Betreiber einen Anteil. Wir haben unsere vier Mining-Systeme in verschiedene Pools getaucht, die unterschiedliche Auszahlungsmodelle anbieten (siehe Kasten auf Seite 144). Eine Übersicht der Pools und der jeweiligen Konditionen finden Sie unter dem c’t-Link.

Auf die Plätze …

Mining-Tools wie cgminer und BFGMiner holen die Arbeitsaufträge vom Pool ab und füttern die Mining-Hardware. Beide stehen unter Open-Source-Lizenz und laufen unter Linux, Windows und Mac OS X. Viel Rechenleistung erfordern sie nicht; um die Mining-Geräte per USB mit Arbeit zu versorgen, genügt der 40 Euro teure Einplatinenrechner Raspberry Pi. Dieser produziert kaum Abwärme und schluckt nur knapp 2 Watt. Für einen schnellen Start mit dem Raspberry greift man am besten zur vorkonfigurierten Linux-Distribution MinePeon (siehe c’t-Link), die auf eine SD-Karte mit 2 GByte passt. Lediglich die Zugangsdaten für den Mining-Pool muss man selbst eintragen.

MinePeon spannt automatisch alle verfügbaren USB-Miner in das Bitcoin-Schürfen ein und lässt sich komfortabel über ein Web-Interface administrieren. Standardmäßig zwackt die Distribution etwas Rechenleistung als Spende für den Entwickler ab. Wer das Projekt nicht auf diese Weise unterstützen möchte, kann dies in den Einstellungen auch abschalten – wird dann aber von MinePeon als „Kitten killer“ begrüßt.

Der USB-Stick Block Erupter mit 330 MHash/s verbraucht im Gespann mit dem Raspberry 4,8 Watt, liefert also rund 70 MegaHashes pro Watt. Der Stick erhielt seine Aufträge von BTC Guild, dem derzeit leistungsstärksten Mining-Pool im Bitcoin-Netz. Tatsächlich stieg das Guthaben nach dem Startschuss kontinuierlich an und es wurde bald zum alltäglichen Ritual, den Kontostand zu überprüfen. Allerdings zeichnete sich schnell ab, dass mit dem dort erschürften Bitcoin-Kleingeld in absehbarer Zeit keine großen Sprünge möglich werden. Nach über einem Monat waren gerade einmal 0,02309273 Bitcoin (BTC) zusammengekommen. Anfang November 2013 entsprach das umgerechnet rund 3,80 Euro – bei Stromkosten in Höhe von einem Euro.

Höher, schneller, reicher

Effizienter schürft es sich mit mehr Rechenleistung. So ergibt ein Zehnfach-USB-Hub mit neun Mining-Sticks schon ein kleines Rig. An den zehnten Port würde man einen USB-Ventilator stecken, der für etwas Durchzug sorgt; unser Einzelstick erreichte im Dauerbetrieb über 90 °C. Das Mining-Rig wäre ungefähr doppelt so effizient wie der Einzelbetrieb (ca. 130 MHash/Watt), weil der Strom für den ansteuernden Rechner nur einmal anfiele.

Der schwarze Mining-Würfel Jalapeno von Butterfly Labs holt noch mehr heraus: rund 170 MHash pro Watt. Wir haben ihn an Slush’s Pool angeschlossen, dessen Betreiber das Konzept des gemeinschaftlichen Schürfens vor drei Jahren erfunden hat. Zunächst machte sich Skepsis breit: Während wir bei BTC Guild laufend mit Kleinstbeträgen belohnt wurden, tat sich bei Slush lange Zeit nichts. Der Grund hierfür ist, dass Slush das Auszahlungsmodell „Pay Per Share (PPS)“ nutzt und erst ausschüttet, nachdem tatsächlich ein neuer Block gefunden wurde. Einige Stunden und nur wenige Auszahlungen später legten sich unsere Zweifel allerdings – schließlich zählt einzig und allein, was am Ende herauskommt. Nach vier Wochen waren das immerhin rund 0,34 BTC; etwa 56 Euro. Ungefähr 6,40 Euro gingen allerdings an den Stromversorger des Heise-Verlags.

Unser GPU-System hat im BitMinter-Pool knapp 0,10 BTC eingefahren. Umgerechnet sind das etwas über 16 Euro vor Abzug der Stromkosten – diese haben es allerdings in sich: Das System frisst bei 1,7 GHash/s stolze 800 Watt, was während des vierwöchigen Messzeitraums zu Stromkosten in Höhe von 160 Euro geführt hat. Die Effizienz beträgt gerade einmal zwei MHash/s pro Watt.

Aber wir hatten ja mit dem „Little Single“ noch ein Ass im Ärmel, der im Testfeld das andere Ende der Effizienzskala darstellen sollte. Der große Bruder des Butterfly-Würfels ist so groß wie eine Packung Toastbrot und schafft stolze 30 GigaHashes pro Sekunde. Das Gerät gesellte sich zwar erst zur Monatsmitte zu den anderen Minern ins Testlabor, konnte diese aber noch mühelos einholen. Der Little Single hat in zwei Wochen 0,52 BTC verdient, was über 85 Euro entspricht. In der Zeit sind uns etwa 12 Euro Stromkosten entstanden. Aus einem Watt holt der Little Single 230 MHash/s raus. Das Mining-Toastbrot stand im Dienst des Eliguis-Pools, der als einziger der getesteten Pools keine Registrierung verlangt. Als Nutzername dient die Bitcoin-Adresse, an welche die geschürften Bitcoins überwiesen werden sollen. Das Passwort bleibt leer.

Riskante Rechenspiele

Ermittelt man den Tagelohn und teilt dadurch den Anschaffungspreis der Hardware, ergibt das den Break-even-Point; also den Zeitpunkt, an man die aufgebrachten Kosten wieder reingeholt hat und Gewinne einfährt. Bei unseren drei ASIC-Systemen ist das jeweils nach rund 150 Tagen so weit. Diese Rechnung setzt allerdings voraus, dass die Konditionen die gleichen sind, die im Oktober 2013 herrschten – und das ist extrem unwahrscheinlich.

Eine zentrale Unbekannte ist der Schwierigkeitsgrad (Difficulty), der sich an der global verfügbaren Rechenleistung orientiert. Je mehr Leistung dem Bitcoin-Netz zur Verfügung steht, desto größer ist der Rechenaufwand, um einen Bitcoin-Block zu knacken (siehe Seite 146). Die Difficulty hat sich im Jahr 2013 durch die Verfügbarkeit immer leistungsfähigerer FPGA- und kurz darauf ASIC-Hardware mehr als verhundertfacht. Der Schwierigkeitsgrad ist exponentiell gestiegen – und Prognosen zufolge geht das auch so weiter. Wer einen Blick in die Glaskugel werfen möchte, kann mit den Eckdaten der Miner auf der Webseite BitReturn.com einige Varianten durchspielen. Setzt sich das exponentielle Wachstum fort, erreichen die von uns getesteten Geräte schon bald den Zeitpunkt, ab dem sie mehr Strom verbrauchen, als sie an Bitcoins einfahren. Dieser Zeitpunkt liegt voraussichtlich vor dem Break-even-Point. Kurzum: Keiner unserer Miner hätte noch die Chance, seine Anschaffungskosten wieder einzuspielen.

Will man einen Gewinn einfahren, muss man die Spezialhardware rechtzeitig weiterverkaufen – und darauf spekulieren, dass der zwischenzeitlich erschürfte Betrag die Differenz zwischen Kaufpreis und Wiederverkaufspreis (abzüglich Stromkosten) übertrifft. Ein weiterer Risikofaktor ist der Bitcoin-Kurs. Wie er sich entwickelt, ist nicht vorhersehbar. Während unseres Testmonats schnellte er von unter 100 Euro pro Bitcoin auf über 160 hoch – so viel waren die digitalen Münzen seit langem nicht mehr wert. Wenn Sie dieses Heft in den Händen halten, hat sich der Kurs vielleicht verdreifacht oder ist in den Keller gefallen und kommt dort so schnell nicht mehr raus.

Raue Sitten

Ebenfalls schwer kalkulierbar ist die Stabilität der beteiligten Systeme. Der GAU wäre ein Hardware-Defekt. Denn selbst wenn der Hersteller die Kosten für die Reparatur übernimmt, bedeutet der Versand ins Ausland einen Verdienstausfall auf unbestimmte Zeit. So stand der Besitzer des von uns getesteten Little Single kurz davor, es zum Hersteller Butterfly Labs in die USA zu schicken, da es vermeintlich defekt war. Im c’t-Labor konnten wir das Gerät allerdings mit einem anderen Netzteil wieder zum Leben erwecken.

Auch die Pools haben mit Ausfällen zu kämpfen. Diese werden vor allem durch Cyber-Angriffe verursacht. BTC Guild plagte während des Tests etwa ein DDoS-Angriff, der zu einem mehrstündigen Verdienstausfall führte. Im Frühjahr gelang es Hackern sogar, auf die Kundendatenbank von Slush’s Pool zuzugreifen.

Unser GPU-System wurde von zwei Pools nacheinander nach kurzer Zeit nicht mehr mit Krypto-Aufgaben versorgt, woraufhin wir jeweils den Pool wechselten. Dadurch kam die virtuelle Goldader zwischenzeitlich zum Erliegen. Die Ursachen für den Ausschluss konnten wir nicht ergründen.

Zahltag

Um den Lohn für unsere Mühen in Empfang zu nehmen, installierten wir den offiziellen Bitcoin-Client (siehe c’t-Link). Dieser generiert auf Wunsch beliebig viele Bitcoin-Adressen, mit denen man Zahlungen empfangen kann. Damit sich die Auszahlung im Client materialisiert, muss der Client zunächst einmalig die globale Transaktionsliste, die sogenannte Blockchain, aus dem Bitcoin-Netz laden. Das dauert mehrere Stunden. Der Client kontrolliert die Entwicklung der Blockchain fortan und reagiert, wenn er Transaktionen entdeckt, die zu den lokal generierten Adressen passen.

Als wir die Auszahlung bei den vier von uns genutzten Pools veranlassten, dauerte es nicht lange, bis der Client den Geldeingang bekannt gab. Ein zufriedenes Gefühl wollte sich nach Abschluss aller Transaktionen dennoch nicht einstellen. Ignoriert man einmal die Stromkosten, die Hardware-Ausgaben und nimmt großzügig die Bitcoin-Bröckchen hinzu, die vor und nach der offiziellen Testphase eingetrudelt sind, haben wir 1,46004791 BTC verdient – nach dem letzten Stand entspricht das rund 250 Euro. Hart verdientes Geld.

Wer sich jetzt noch der Gemeinde der Bitcoin-Schürfer anschließen will, der sollte genau wissen, was er tut. Geld verdient man nur, indem man frühzeitig auf potente Hardware setzt und diese rechtzeitig an zahlungswillige Glücksritter weiterverkauft. Die nächste Runde im Wettrüsten ist längst eingeläutet: So verspricht etwa der USB-Stick Blue Fury bis zu 2,7 GHash/s für 150 US-Dollar und auch Butterfly Labs macht den Schürfern schon wieder den Mund wässrig. Die „600 GH Bitcoin Mining Card“ für 4680 US-Dollar wird bereits angeboten – zur Vorbestellung. Die Chips der neuen Miner sollen mit 28 Nanometern Strukturbreite gefertigt werden und deutlich effizienter sein.

Zum Reinschnuppern in die Welt des digitalen Gelds eignet sich auch eine Handvoll gekaufter Krypto-Münzen ganz hervorragend. Allein die Kursschwankungen sorgen bereits für eine gesunde Dosis Nervenkitzel – ganz ohne Hardware-Investitionen. Und wer doch mal einige Eurocent errechnen will, kann beherzt zu dem Block Erupter im USB-Stick-Format greifen. Die investierten 14 Euro sieht man zwar nicht wieder, dafür kann man jedoch behaupten, in den eigenen vier Wänden echtes Geld hergestellt zu haben. (rei)

ASICs: Unflexibel, aber schnell

Mit der Verfügbarkeit sogenannter Application Specific Integrated Circuits (ASCIs) wurde es urplötzlich unrentabel, mit handelsüblicher PC-Hardware nach Bitcoins zu schürfen. Während CPUs und GPUs flexibel Instruktionen interpretieren, lösen ASICs genau eine ganz bestimmte Aufgabe – das aber in beachtlicher Geschwindigkeit. Die Entwicklung der Spezial-Chips ist zwar kostenintensiv, bei hohen Stückzahlen lohnt der Aufwand jedoch, insbesondere weil sie so viel schneller und effizienter sind. Butterfly Labs setzt einen selbstentwickelten Bitcoin-Mining-Chip namens BitForce SC ein. Er wird mit 65 Nanometern Strukturbreite von dem Halbleiter-Hersteller GlobalFoundries gefertigt.

Bei einer Taktfrequenz von nominell 250 MHz sollen die 16 Engines der ASICs genau 4 GHash/s liefern und dabei 12,8 Watt verheizen. Manche Chips sollen sogar bis zu 294 MHz schaffen, andere dafür weniger funktionstüchtige Engines (mindestens aber 12) haben. Butterfly Labs verkauft die Chips auch an andere Hardware-Hersteller. Insgesamt hat das Unternehmen die Stückzahl auf 100 000 limitiert.

Die unter Open-Source-Lizenz stehenden Schaltpläne der BitForce-Plattform offenbaren ein paar interessante Details: So dienen fast alle der 144 BGA-Kontakte des Mining-Chips der Stromversorgung. Jeder Chip hat eine 3-bittige Adresse und kommuniziert über einen seriellen Bus mit einem Atmel-Mikrocontroller. Darüber erhält der Chip seine Aufgaben und meldet über eine Statusleitung, wenn er fertig ist. Ferner hat der Hersteller einen ARM-Prozesser sowie ein LC-Display eingeplant; vermutlich für einen Stand-alone-Betrieb. Außerdem stießen wir auf mit „Chain out“ und „Chain in“ beschriftete Anschlüsse, durch die man die Miner offenbar in Reihe schalten können soll.

Die Boards der von uns getesteten Butterfly-Miner sind nur teilweise mit Chips bestückt. Im Bauch des Jalapeno etwa rechnen zwei BitForce SC, obwohl das Board acht Pads hat. Man könnte mit derselben Platine also auch 4-mal so schnelle Miner bauen. Auch das Design des „Little Single“-Miner ist auf Wiederverwertbarkeit getrimmt. In dem rechteckigen Aluminiumgehäuse ist alles doppelt vorhanden, bestückt ist davon eine Seite. Das legt den Schluss nahe, dass Butterfly Labs die Chips bewusst dosiert, um das Ansteigen der Difficulty auf mehrere Etappen – und Hardware-Generationen – zu verteilen.

Laut seiner Webseite liefert das Unternehmen bereits die Pläne für eine 28-nm-Variante an den Auftragsfertiger (Tape out). Erste Chips soll es noch in diesem Jahr geben. Sie sollen die Effizienz von 3,2 auf 0,6 Watt pro Gigahash und Sekunde verbessern. Eine damit bestückte PCIe-Karte soll 175 Watt in 300 GHash/s verwandeln und 2800 US-Dollar kosten. (bbe)

Auszahlungsmodelle

Beim gemeinschaftlichen Bitcoin-Schürfen in sogenannten Pools haben sich die Auszahlungsmodelle „Pay Per Share“ (PPS) und „Pay Per Last N Shares“ (PPLNS) etabliert. Bei PPS teilt der Pool die Beute unmittelbar nach dem Erlegen schlicht unter allen auf, die Rechenleistung während der Jagd beigesteuert haben. Je mehr Rechenleistung der Einzelne beigetragen hat, desto mehr Anteile (Shares) stehen ihm zu. Das ist nichts für ungeduldige Zeitgenossen, da man nicht absehen kann, wann der nächste Bitcoin-Block vom Pool erschürft wird. Der Zeitraum, bis der Kontostand wieder einmal wächst, kann Sekunden oder aber auch Tage betragen. Auf die Höhe der Ausschüttung hat die vergangene Zeit – und damit auch die investierte Energie – keinen direkten Einfluss.

Bei „Pay Per Last N Shares“ (PPLNS) hingegen gruppiert der Pool eine bestimmte Anzahl von Anteilen zu Schichten. Wird ein Bitcoin-Block gefunden, teilt ihn der Pool zum Beispiel unter den letzten zehn Schichten auf. Das sorgt für einen steten Geldfluss – selbst dann noch, wenn man schon eine Weile nicht mehr am Mining teilnimmt.

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