Wat is bitcoinmining?

Bitcoinmining vormt de ruggengraat van het Bitcoin-netwerk. Het houdt het systeem draaiende en ondersteunt de verdere ontwikkeling. Dankzij dit proces kunnen bitcointransacties worden gevalideerd en toegevoegd aan het blockchainregister, zonder dat daar een vertrouwde derde partij voor nodig is. Daarbij wordt gebruikgemaakt van een zogenoemde distributed proof-of-work (PoW), een mechanisme dat deelnemers beloont. Zo wordt de groei, beveiliging en decentralisatie van het netwerk gestimuleerd.

De term ‘mining’ roept het beeld op van het delven van goud of andere grondstoffen. Maar bij bitcoinmining wordt niets daadwerkelijk opgegraven. Kort gezegd is het de manier waarop nieuwe bitcoin worden uitgegeven en transacties worden toegevoegd aan de Bitcoin timechain – ook bekend als de blockchain.

Achter deze twee ogenschijnlijk eenvoudige processen schuilt een krachtig netwerk van computers. Deze systemen volgen strikt het Bitcoin-protocol en de bijbehorende regels. Zo ontstaat het robuuste, gedecentraliseerde en vernieuwende geldsysteem dat we vandaag de dag kennen.

In dit artikel wordt uitgelegd hoe de technologische en economische structuur van bitcoinmining werkt. Daarnaast worden veelvoorkomende misverstanden over het energieverbruik ontkracht, aan de hand van betrouwbare gegevens en goed onderbouwde argumenten.

De oplossing voor transactiefraude

Bitcoinmining genereert nieuwe blokken en voegt die volgens vaste regels toe aan het grootboek of ledger. De knooppunten in het netwerk moeten eerst overeenstemming bereiken. Pas daarna worden gebruikers – die via cryptografische adressen herkenbaar zijn – erkend als rechtmatige eigenaars van hun bitcoin.

Miners hebben binnen het Bitcoin-netwerk een coördinerende rol. In traditionele betaalsystemen wordt die taak doorgaans vervuld door een vertrouwde tussenpersoon, zoals een bank of andere financiële instelling.

Om niet langer afhankelijk te zijn van zo’n tussenpersoon, moet Bitcoin voorkomen dat geld dubbel wordt uitgegeven. Ook moet het systeem waarborgen dat alleen de eigenaar het geld daadwerkelijk kan besteden.

Digitale handtekeningen, een cryptografische uitvinding uit de jaren zeventig, maken het voor onbevoegden onmogelijk om andermans geld uit te geven. Een combinatie van een privésleutel en een publieke sleutel dient als overtuigend eigendomsbewijs. Alleen de bezitter van de privésleutel kan bitcoins verplaatsen of uitgeven.

Toch bieden digitale handtekeningen op zichzelf geen garantie dat dezelfde bitcoin niet ook elders al is uitgegeven. Dat staat bekend als het double-spendingprobleem.

Om dat probleem aan te pakken, maakte Satoshi gebruik van het hash-gebaseerde proof-of-work (PoW) systeem van Adam Back. Daardoor kunnen transacties in chronologische volgorde in blokken worden geplaatst. Het netwerk bereikt vervolgens consensus over de actuele staat van het grootboek door de langste keten van blokken te volgen.

Dit mechanisme beschermt de blockchain tegen aanvallen. Alleen als een aanvaller al het eerder uitgevoerde PoW weet te reproduceren, kunnen eerder vastgelegde transacties worden teruggedraaid. Omdat voortdurend nieuwe blokken aan de keten worden toegevoegd, is het vrijwel onmogelijk om die achterstand in te lopen.

Hoe werkt bitcoinmining?

Minen vereist enorm veel rekenkracht, en daarmee veel energie. Die rekenkracht wordt geleverd door systemen die doen denken aan datacenters. Daarin draaien zogenoemde ASIC-computers (application-specific integrated circuits), speciaal ontworpen voor miningtaken. Miners strijden met elkaar om als eerste een nieuw blok aan de blockchain toe te voegen. Wie daarin slaagt, ontvangt nieuwe munten als beloning. Zo blijft het netwerk van de cryptovaluta betrouwbaar functioneren.

Mining vergroot het vertrouwen in het netwerk doordat transacties pas worden bevestigd nadat er voldoende rekenkracht is ingezet om het blok te beveiligen. Hoe meer blokken worden toegevoegd, hoe sterker dat vertrouwen wordt.

Miners bundelen een wisselend aantal transacties in een blok. Er is geen vast aantal transacties per blok, omdat dit afhangt van de hoeveelheid data die ze bevatten. Een blok kan dus variëren van één tot duizenden transacties. De hoeveelheid nieuw uit te geven bitcoin ligt vast: die halveert elke vier jaar via de zogenoemde halvening, een periodieke verlaging van de uitgifte.

Waarom bitcoin wordt gemijnd

Net zoals goud of andere grondstoffen fysieke arbeid vereisen om gewonnen te worden, vraagt bitcoin om intensief rekenwerk voordat het in omloop komt. Die rekenkracht is essentieel voor de beveiliging van het netwerk.

Bitcoin bestaat uit digitale gegevens in de timechain en is daardoor gevoelig voor kopiëren, vervalsen en dubbel uitgeven. Het minen is echter zo kostbaar en energie-intensief dat kwaadwillenden eerder geneigd zijn die middelen in te zetten om bitcoin te minen dan om het netwerk aan te vallen.

Minen is ook het proces waarmee nieuwe bitcoin in omloop wordt gebracht. Zonder mining zou het netwerk blijven functioneren, en zouden miljoenen bitcoins blijven circuleren. Maar het financiële voordeel voor miners zorgt ervoor dat het protocol daadwerkelijk wordt uitgevoerd.

Een korte geschiedenis van bitcoinmining

Bitcoin functioneert via een peer-to-peernetwerk van tienduizenden nodes, waaronder zowel miningnodes als gebruikersnodes. Samen vormen zij de kern van een betalingssysteem dat jaarlijks transacties ter waarde van biljoenen dollars verwerkt, volledig zonder centrale coördinatie.

Toen Satoshi Nakamoto Bitcoin in 2009 lanceerde, was er nauwelijks onderscheid tussen het draaien van een node en het minen van bitcoin. Veel gebruikers konden zelf bitcoin minen op hun computer, terwijl ze tegelijk als node-operator het netwerk ondersteunden. Miners en nodes waren in die beginfase vaak één en dezelfde persoon.

In het begin was bitcoinmining een doe-het-zelfproject. Het leek nauwelijks op de professionele industrie die het vandaag is. De sector ontwikkelde zich parallel aan de stijgende bitcoinprijs en de toenemende winstkansen voor miners.

Een belangrijk verschil tussen Bitcoin en veel andere cryptovaluta is het ontbreken van vooraf gemijnde munten. Er zijn dus geen bitcoins uitgegeven vóór de officiële lancering. Satoshi zorgde ervoor dat het netwerk eerst live ging, zodat hij geen voorsprong had op anderen die wilden deelnemen.

Op 3 januari 2009, kort na de lancering, minede Satoshi het eerste blok. Dat staat bekend als het Genesis-blok, of blok 0. Het bevatte 50 bitcoins. In die beginfase was hij de enige miner en gebruikte hij een gewone computer om blokken aan te maken.

Van CPU’s naar GPU’s

In slechts tien jaar tijd heeft de hardware van het Bitcoin-netwerk een razendsnelle technologische ontwikkeling doorgemaakt. De apparatuur die nodig is om nieuwe bitcoin te genereren en transacties aan de blockchain toe te voegen, is van essentieel belang voor het succes van het netwerk. Deze bepaalt namelijk of het voor miners rendabel blijft om hun activiteiten voort te zetten.

In de beginperiode van Bitcoin maakten node-operators en miners grotendeels gebruik van dezelfde hardware. Ze werkten toen met centrale verwerkingseenheden (CPU’s). Het is vrijwel zeker dat het eerste blok, de zogenoemde genesis block, werd gemined met een computer op basis van een CPU.

CPU’s verwerken en voeren computercommando’s uit. In de eerste jaren van Bitcoin was er weinig concurrentie tussen miners. Daardoor volstond een beperkte rekenkracht om nieuwe blokken aan te maken en beloningen te verdienen. Een standaard CPU was daarvoor toen ruim voldoende.

Bron: Glassnode

Toen de waarde van bitcoin in 2011 begon te stijgen — eerst tot $1, later tot $30 — nam ook de concurrentie onder miners toe. Hierdoor schakelden zij over op grafische verwerkingseenheden (GPU’s). Die zijn oorspronkelijk ontwikkeld voor videogames, maar blijken ook zeer geschikt voor het gelijktijdig uitvoeren van complexe wiskundige berekeningen. GPU’s werken veel sneller dan CPU’s.

Van GPU’s naar ASIC’s

In 2012 schakelde men tijdelijk over op FPGA’s: programmeerbare chips die sneller zijn dan standaardprocessors, maar minder krachtig dan gespecialiseerde ASIC’s. Kort daarna namen ASIC’s weer een dominante positie in op de bitcoinmarkt — een situatie die sindsdien is blijven bestaan.

Vanaf 2013 werden application-specific integrated circuits (ASIC’s) ingezet voor het minen van bitcoin. Deze chips zijn ontworpen voor één specifieke taak. In het geval van Bitcoin voeren ze uitsluitend SHA-256-hashing uit. ASIC’s zijn vele malen sneller dan GPU’s. Tegenwoordig is ASIC-mining de enige economisch rendabele manier om bitcoin te minen.

Het miningproces

Mining bestaat uit een aantal opeenvolgende stappen. Deze stappen worden voortdurend herhaald in een cyclus.

1. Transacties die via het peer-to-peer netwerk worden verzonden, worden geselecteerd en gebundeld in een nieuw blok.
2. Het nieuwste blok op het langste pad binnen de blockchain wordt geselecteerd. De hash van de header van dat blok wordt toegevoegd aan het nieuwe blok.
3. Men probeert het proof-of-work-probleem van het nieuwe blok op te lossen. Tegelijkertijd wordt gecontroleerd of andere knooppunten nieuwe blokken toevoegen.

Zodra het proof-of-work-probleem is opgelost, wordt het nieuwe blok toegevoegd aan de lokale versie van de blockchain. Vervolgens wordt het verspreid via het peer-to-peer netwerk.

Bron: https://drive.google.com/file/d/1_R1hO8719NLSqUpwPha6Ohs98YTi1fU0/view

Het probleem met proof of work

Proof of work (PoW) vormt de ruggengraat van het Bitcoinnetwerk. Zonder deze beveiligingslaag zou elke deelnemer de blockchain naar eigen voordeel kunnen aanpassen. Omdat er geen centrale autoriteit is om conflicten te beslechten, zorgt PoW ervoor dat het netwerk betrouwbaar blijft functioneren.

PoW vervult twee kernfuncties. Het zorgt ervoor dat alle deelnemers dezelfde versie van de blockchain behouden. Daarnaast voorkomt het dat hetzelfde bedrag meerdere keren kan worden uitgegeven – een bekend risico bij netwerken zonder centrale controle.

Het PoW-algoritme van Bitcoin maakt gebruik van hashfuncties: wiskundige bewerkingen in één richting die gegevens omzetten in een getal van vaste lengte, oftewel een hash. Zelfs een minieme wijziging, zoals een komma, leidt tot een volledig andere hash.

Bitcoin maakt gebruik van SHA-256. Deze functie genereert een hash van 256 bits en werd in 2001 ontwikkeld door de National Security Agency. Die herkomst draagt bij aan de reputatie van sterke veiligheid.

Miners proberen voortdurend geldige blokken te vinden via een standaardprocedure die telkens wordt herhaald.

1. Ze passen de block header aan door een willekeurig getal, de zogenaamde nonce, telkens te verhogen.
2. Daarna berekenen ze de hash van de aangepaste block header.
3. Vervolgens controleren ze of de hash, geïnterpreteerd als getal, lager is dan een vooraf bepaalde doelwaarde.

Is de hash van de blokheader niet klein genoeg? Dan wordt het blok door het netwerk afgewezen. Het vinden van een hash die onder de doelwaarde ligt, vormt de kern van het proof-of-work-mechanisme.

De moeilijkheidsgraadfunctie

De aanpassing van de moeilijkheidsgraad van Bitcoin en de halvering van de beloning vormen samen de basis van het programmeerbare aanbod van bitcoin. Het netwerk is zo ontworpen dat er gemiddeld elke tien minuten één blok wordt gevonden. Satoshi koos bewust voor dit ritme, als compromis tussen snellere bevestiging van transacties en het beperken van het verlies aan rekenkracht door ketensplitsingen of ongeldige blokken.

Dit mechanisme werkt via een automatische aanpassing van de moeilijkheidsgraad. Daarbij wordt de hashdoelwaarde periodiek aangepast. Wanneer er meer miners actief worden, stijgt de snelheid waarmee nieuwe blokken verschijnen. De moeilijkheidsgraad wordt dan verhoogd om dat te compenseren, zodat het netwerk terugkeert naar het beoogde tijdsinterval van tien minuten per blok.

In de praktijk gebeurt deze aanpassing elke 2.016 blokken. Dat komt meestal neer op zo’n twee weken, aangezien elk blok gemiddeld tien minuten duurt. Bitcoin-nodes berekenen dan, op basis van de tijd die nodig was voor de vorige 2.016 blokken, een nieuwe moeilijkheidsgraad.

Het allereerste blok – het genesisblok – had een moeilijkheidsgraad van slechts 1. Daardoor werd het waarschijnlijk vrijwel direct gevonden. Ter vergelijking: inmiddels ligt die moeilijkheidsgraad rond de 30 biljoen en blijft hij stijgen. Dat betekent dat gespecialiseerde ASIC-miners gemiddeld meer dan 30 biljoen hashes moeten uitvoeren om een geldig blok te vinden en concurrerend te blijven.

De blokbeloning

Voor het oplossen van het proof-of-work-probleem is veel rekenkracht nodig, wat aanzienlijke kosten met zich meebrengt. Om deelnemers aan te moedigen hun middelen in mining te investeren, keert het Bitcoin-netwerk bij elk succesvol gemined blok twee beloningen uit: de blokbeloning (subsidie) en de transactiekosten.

Volgens het algoritme van Bitcoin halveert de blokbeloning elke 210.000 blokken. Dat gebeurt ongeveer om de vier jaar. Op dit moment bedraagt de beloning 6,25 bitcoin per blok.

Door de periodieke halveringen blijft de aanmaak van bitcoin op korte en middellange termijn stabiel. Op lange termijn droogt het proces echter volledig op. Daardoor blijft het totale aanbod uiteindelijk beperkt.

Bitcoin wordt daarom vaak beschouwd als het ‘hardste bezit’ ter wereld. Zelfs de goudvoorraad is sinds 1900 elk jaar met 1% tot 2% toegenomen. Voor goud is het onzeker of die groei in de toekomst stijgt of daalt. Bij Bitcoin ligt de programmatische toevoer echter onveranderlijk vast.

Uiteindelijk verdwijnt de blokbeloning volledig zodra het maximum van 21 miljoen bitcoins is bereikt, naar verwachting in 2140. Vanaf dat moment bestaan de beloningen uitsluitend uit transactiekosten. Die kosten worden betaald door gebruikers als stimulans voor miners om hun transacties in blokken op te nemen.

Zelf aan de slag met minen

Er zijn twee manieren om zelf te beginnen met bitcoin mining: thuis minen of het uitbesteden aan een gespecialiseerd bedrijf. Beide opties hebben hun voor- en nadelen. Welke keuze je ook maakt, grondige kennis van bitcoin mining is cruciaal.

Bitcoin mining wordt deels gedomineerd door grote bedrijven met veel kapitaal en magazijnen vol apparatuur. Toch kunnen ook particuliere gebruikers nog steeds thuis succesvol minen. Houd er wel rekening mee dat mining een gespecialiseerde sector is. Het vereist voldoende technische kennis, betaalbare ASIC-hardware, een goed koelsysteem, goedkope en stabiele elektriciteit en een betrouwbare internetverbinding.

Overweeg vóór je besluit om thuis te minen zorgvuldig alle voor- en nadelen. Zo voorkom je kostbare fouten.

Als je aan alle voorwaarden voldoet, kun je overwegen om thuis bitcoin te minen – zonder KYC. Bitcoin-mining vergt veel energie en daarbij komt flink wat restwarmte vrij. Die warmte kun je gebruiken om je huis te verwarmen. Dat is een mooi bijkomend voordeel, mits je die efficiënt benut.

Bij het minen van bitcoin thuis kun je kiezen uit twee methodes: solo mining of minen via een pool.

SOLO MINING

Solo mining – ook wel doe-het-zelf mining genoemd – houdt in dat je met eigen gespecialiseerde hardware zelfstandig op zoek gaat naar blokken. Je sluit je dus niet aan bij een miningpool. In tegenstelling tot miners die hun rekenkracht bundelen, werk je volledig op eigen kracht. Je rekent niet op hulp van anderen.

Solo miners krijgen pas een beloning als zij zelf een blok weten te vinden. In dat geval ontvangen ze de volledige block reward én de bijbehorende transactiekosten. Die kans is tegenwoordig echter erg klein.

Deze vorm van mining was alleen rendabel toen de moeilijkheid nog laag lag. Destijds was het relatief eenvoudig om een nieuw blok te vinden. Toch haalde solo mining begin 2022 nog het nieuws. In januari vond één miner een geldig blok met slechts 120 TH aan rekenkracht. De beloning bedroeg destijds circa $ 265.000 aan bitcoin.

Tegenwoordig is solo mining nauwelijks nog winstgevend. De kans op een block reward is erg klein. Het kan financieel nog iets opleveren als je de restwarmte van je ASIC-machines gebruikt om je huis te verwarmen. Bovendien is solo mining de beste manier om bitcoin te verwerven zonder KYC-procedures.

Heb je als solo miner weinig succes? Dan kun je overwegen om je aan te sluiten bij een miningpool.

POOLED MINING

Pooled mining is een methode waarbij individuele miners hun rekenkracht bundelen. Gezamenlijk vormen ze één grote miner, die efficiënter bitcoins kan delven.

Miningpools zijn gedecentraliseerde groepen die vaak door externe partijen worden beheerd. Ze coördineren de rekenkracht van miners wereldwijd en verdelen de verdiende bitcoin naar verhouding van ieders bijdrage. Hierdoor ontvangen aangesloten miners een relatief stabiel inkomen, in plaats van te hopen op een eenmalige grote beloning.

Een geschikte Bitcoinpool kiezen is niet eenvoudig. Er zijn veel opties en de beloningsstructuren zijn vaak ondoorzichtig. Veel beleggers proberen daarom meerdere pools uit om te zien welke het beste aansluit bij hun voorkeuren.

Bitcoins minen: zo werkt het

Grote bitcoinminingbedrijven zijn doorgaans het meest succesvol en winstgevend. Een kleine thuisinstallatie kan meestal niet opboksen tegen deze professionele partijen. Zulke bedrijven beschikken over aanzienlijk meer middelen dan particuliere miners. Daarom kiezen sommige mensen ervoor om te investeren in deze gespecialiseerde ondernemingen, of om gebruik te maken van hun rekenkracht.

Er zijn grofweg drie manieren om via een bedrijf bitcoins te minen:

1. Koop miningapparatuur van het bedrijf en laat deze draaien in hun faciliteit.
2. Koop een deel van hun beschikbare rekenkracht.
3. Investeer in het bedrijf zelf.

Daar kleven wel nadelen aan. Je moet waarschijnlijk persoonlijke gegevens aanleveren (KYC) en betaalt extra servicekosten. Bovendien heb je geen controle over het beleid van het bedrijf. Foute beslissingen kunnen je investering schaden. Onderzoek dus goed welke opties er zijn voordat je in een miningbedrijf stapt.

Some examples of mining companies:

• Iris Energy: Deze duurzame bitcoinminer is gevestigd in British Columbia, Canada. Het bedrijf bezit en beheert fysieke infrastructuur zoals datacenters, en maakt gebruik van hernieuwbare energiebronnen.
• Core Scientific is de grootste bitcoinminer ter wereld op basis van rekenkracht (hashrate). Het bedrijf heeft vestigingen in Texas, Georgia, North Carolina, Kentucky en North Dakota.
• Riot Blockchain is een van de grootste beursgenoteerde bitcoinminers in Noord-Amerika. Het bedrijf werkt vanuit twee installaties in Texas: Whinstone en Corsicana.
• Blockstream Mining levert professionele bitcoinminingdiensten aan bedrijven en investeerders wereldwijd. Het bedrijf is mede opgericht door cryptograaf Adam Back, wiens eerdere werk een sleutelrol speelde bij de totstandkoming van Bitcoin.
• Hut 8 Mining behoort tot de grootste en meest vooruitstrevende miners van digitale activa in Noord-Amerika. Het bedrijf beschikt over een van de grootste voorraden zelf-gemijnde bitcoin onder beursgenoteerde ondernemingen wereldwijd. De miningfaciliteiten bevinden zich in Zuid-Alberta en North Bay, Ontario, beide in Canada.

Veelgestelde vragen

Is bitcoinmining legaal?

In de meeste landen is bitcoinmining legaal. Sommige overheden hebben deze activiteit echter verboden vanwege het hoge elektriciteitsverbruik. Cryptovaluta wordt in bepaalde gevallen ook gezien als een bedreiging voor de nationale munt en het toezicht daarop door de overheid.

Landen waar bitcoinmining verboden is, zijn onder andere Algerije, Nepal, Rusland, Bolivia, Egypte, Marokko, Ecuador, Pakistan, Bangladesh, China, de Dominicaanse Republiek, Noord-Macedonië, Qatar en Vietnam.

Is bitcoinmining belastbaar?

Bitcoinmining wordt gezien als een gewone bedrijfsactiviteit. De opbrengst wordt daarom belast als regulier inkomen. Daarnaast moet men in de meeste gevallen vermogenswinstbelasting betalen als er winst wordt behaald bij de verkoop van de gemijnde bitcoin op een later moment.

Wat levert bitcoinmining op?

Miners verdienen het aantal gemijnde bitcoins maal de actuele prijs, afhankelijk van de blokbeloning. Bij een gemiddelde prijs van $ 20.000 en een blokbeloning van 6,25 bitcoin komt dat in 2022 neer op $ 125.000 per blok.

Hoe complex is bitcoinmining?

Bitcoinmining is de afgelopen jaren aanzienlijk ingewikkelder geworden. Bij de start had Bitcoin een moeilijkheidsgraad van 1. Inmiddels ligt die rond de 30 biljoen. Dit betekent dat een ASIC-miner gemiddeld 30 biljoen hashes moet uitvoeren voordat een geldig blok wordt gevonden. Alleen dan blijft men concurrerend.

Hoeveel tijd kost het om 1 bitcoin te minen?

Gemiddeld duurt het 10 minuten om een blok te minen, waarin 6,25 bitcoin wordt gegenereerd. De opbrengst van dat blok wordt vervolgens verdeeld onder de betrokken miners. Op het moment van schrijven levert dat gemiddeld 5,25 BTC per miner op. Naar verwachting wordt bij bloknummer 1.050.000 – ergens in 2028 – de beloning verlaagd naar ongeveer 1,56 BTC. Desondanks blijft de gemiddelde tijd om een blok te vinden 10 minuten.

Wijdverbreide misverstanden

#1 ‘Bitcoin draait op vervuilende, niet-hernieuwbare energie.’

Bitcoinmining opent een nieuwe markt voor de elektriciteitssector. Dit daagt traditionele opvattingen over energieopwekking en netcapaciteit uit. De ontwikkeling benadrukt het wereldwijde potentieel van hernieuwbare energiebronnen en stimuleert het gebruik ervan voor grootschalige, koolstofvrije stroomproductie.

Bitcoinmining krijgt binnenkort een centrale rol in een toekomst met overvloedige en schone energie. In dit artikel bekijken we waarom en hoe die ontwikkeling zich voltrekt.

De opwekcapaciteit van zonne- en windenergie is essentieel voor deze transitie. Het Bitcoinnetwerk kan fungeren als een unieke afnemer van deze hernieuwbare stroom. Daarmee ondersteunt het de wereldwijde omschakeling naar schonere energieproductie én efficiëntere opslagmogelijkheden.

Zonne- en windenergie worden steeds goedkoper. Bitcoinminers spelen daarop in. Ze vestigen zich meestal op locaties met lage elektriciteitsprijzen om concurrerend te blijven en hun rendement te garanderen.

De kosten van zonne- en windenergie zijn inmiddels lager dan die van fossiele brandstoffen. Zonne-energie kost momenteel zo’n 3 tot 4 cent per kWh, windenergie 2 tot 5 cent. Ter vergelijking: steenkool en aardgas liggen rond de 5 tot 7 cent per kWh.

Toch kleeft er een belangrijk nadeel aan zonne- en windenergie: ze leveren geen constante stroom, zoals aardgas- of kerncentrales dat doen. De zon schijnt alleen overdag en de wind is grillig. Daardoor varieert de productie sterk, van overvloedig tot vrijwel nihil.

Bitcoinmining biedt een technisch uitvoerbare oplossing. Het vergroot zowel de transportcapaciteit als de opslagmogelijkheden van energie. Zo kunnen pieken en dalen in de productie van hernieuwbare stroom beter worden opgevangen. De transitie naar een koolstofvrije energievoorziening is al begonnen. Nieuwe miningfaciliteiten verschijnen op plekken met ruimschoots aanwezige natuurlijke hulpbronnen.

West-Texas is een goed voorbeeld. Die regio beschikt over een overschot aan wind- en zonne-energie. Bitcoinminers zijn er massaal naartoe verhuisd om dat aanbod optimaal te benutten.

Waterkracht is een andere belangrijke bron waarop bitcoinminers inzetten wanneer daar voldoende van beschikbaar is. Noorwegen draait volledig op hernieuwbare stroom en is daardoor een aantrekkelijke vestigingslocatie. Miners profiteren er van lage elektriciteitsprijzen en een klimaat dat de koeling van hun apparatuur vergemakkelijkt.

#2 ‘Bitcoin verspilt energie.’

Volgens het Cambridge Center for Alternative Finance (CCAF) verbruikt Bitcoin momenteel ongeveer 87 terawattuur per jaar. Dat komt overeen met 0,55% van de wereldwijde elektriciteitsproductie. Het jaarlijkse verbruik is vergelijkbaar met dat van kleinere landen, zoals Maleisië en Zweden.

Dat cijfer baart tegenstanders van Bitcoin vaak zorgen. Toch verdient vooral de uitstoot van koolstofdioxide de aandacht, en niet enkel het energieverbruik. Dat onderscheid is van cruciaal belang. Bitcoin zou theoretisch alle elektriciteit op aarde kunnen gebruiken, maar als die volledig afkomstig is uit hernieuwbare bronnen, blijft de impact op de CO₂-uitstoot verwaarloosbaar.

Het stroomverbruik van Bitcoin is relatief eenvoudig te schatten. Daarvoor hoeft men enkel de hashrate over een bepaalde periode te analyseren.

De echte uitdaging is het inschatten van de CO₂-uitstoot van bitcoinmining. Zonder duidelijkheid over de gebruikte energiemix is dat moeilijk vast te stellen. Verschillende factoren maken die berekening extra complex.

Om uiteenlopende redenen geven miners hun gegevens vaak niet vrij. Door de anonimiteit van Bitcoinnodes is het in sommige delen van de wereld zelfs onduidelijk of daar überhaupt miners actief zijn. En als die informatie al beschikbaar is, blijft het bij een schatting. Dan wordt gekeken naar het type energie in die regio om de uitstoot te benaderen.

Door onzekerheid in de gegevens kunnen schattingen over het aandeel duurzame energie bij bitcoinmining sterk variëren.

De Bitcoin Mining Council schatte dat het wereldwijde aandeel duurzame elektriciteit 59,5% bedroeg in het tweede kwartaal van 2022. Dat zou ongeveer 6 procentpunt hoger liggen dan in dezelfde periode van 2021.

In 2019 concludeerde Coinshare in een rapport dat 73% van het energieverbruik van Bitcoin koolstofneutraal was. Dat kwam vooral door de overvloed aan waterkracht in grote miningregio’s, zoals Zuidwest-China en Scandinavië.

In 2020 schatte het CCAF dat dit percentage eerder rond de 39% lag. Dat wijst erop dat energieverbruik op zichzelf geen betrouwbare graadmeter is voor de koolstofvoetafdruk van Bitcoin.

Wat vooral centraal staat in het debat: vinden we het zinvol om energie te gebruiken voor bitcoinmining? Daarmee opent zich een brede en soms felle discussie, die sterk afhangt van de waarde die men hecht aan het alternatieve monetaire systeem dat Bitcoin biedt.

#3 ‘Bitcoin verbruikt per transactie meer energie dan Visa’

We hebben het al eerder benoemd: het is belangrijk om het verschil te begrijpen tussen het energiegebruik bij het minen van bitcoins en bij het verwerken van transacties op het netwerk.

Critici halen regelmatig aan dat het energieverbruik per bitcointransactie buitensporig hoog is. Zeker in vergelijking met betaaldiensten zoals Visa of Mastercard.

Veel van deze kritiek is gebaseerd op een misverstand. De meeste energie wordt besteed aan het minen van bitcoins, niet aan het verwerken van transacties. Het verwijzen naar het energieverbruik per transactie is dan ook vooral bedoeld om Bitcoin negatief af te schilderen.

Bij veel berekeningen wordt het totale energieverbruik gedeeld door het aantal transacties. Dat levert een scheef beeld op. Het gros van de energie wordt namelijk ingezet om nieuwe bitcoins te minen, niet om betalingen te verwerken.

Sommigen stellen zelfs dat Bitcoin functioneert als een digitale, definitieve afwikkelingslaag – vergelijkbaar met contant geld – waarbij geen vertrouwde tussenpartij nodig is. Netwerken als PayPal of Visa bieden juist geen directe of onherroepelijke verrekening tussen banken.

Traditionele betaalnetwerken zijn opgebouwd uit een complex netwerk van lagen. In sommige gevallen kan het tot zes maanden duren voordat een transactie definitief is. Hoeveel energie gaat er in die tijd verloren? Dat maakt een directe vergelijking met Bitcoin moeilijk te onderbouwen.

Steeds vaker wordt bitcoinmining niet meer gezien als ecologisch probleem, maar als potentiële kans. Het verhaal verschuift van ‘milieuramp’ naar een manier om juist bij te dragen aan het terugdringen van CO2-uitstoot.

Er wordt voortdurend gezocht naar innovatieve methoden en duurzame energiebronnen. Zo wordt onderzocht hoe oceaanenergie kan worden ingezet om tot wel een miljard mensen te voorzien van 2 tot 8 terawatt aan continue, schone elektriciteit.

Let op: cryptoactiva zijn zeer risicovol. Je kunt je volledige inleg verliezen. Historische resultaten bieden geen garantie voor de toekomst.

Introductie

Bitcoinminers verzamelen transacties en bundelen die in een blok. Ze controleren of elke transactie geldig is en voegen daarna de cryptografische hash van de voorgaande header toe. Vervolgens proberen ze het proof-of-workprobleem op te lossen. Satoshi Nakamoto koos dit mechanisme als consensusmodel om het Byzantijnse generaalsprobleem te overwinnen, met behulp van een transparant en objectief protocol.

Wat houdt proof-of-work (PoW) in?

Proof-of-work is het bewijs dat er rekenkracht is gebruikt om transacties te valideren en nieuwe bitcoins te creëren. Het is zowel het consensusmechanisme als het algoritme achter het netwerk. Via dit systeem worden transacties gecontroleerd en toegevoegd aan de Bitcoinblockchain. Dankzij PoW blijft het netwerk betrouwbaar en decentraal.

PoW biedt een oplossing voor het zogenaamde Byzantijnse generaalsprobleem; hoe bereik je betrouwbare consensus tussen onafhankelijke actoren. In een gedistribueerd systeem kunnen fouten ontstaan door kwaadwillige actoren, softwareproblemen of defecte hardware. Ook een gecoördineerde aanval kan verstoring veroorzaken. Deze risico’s bemoeilijken het bereiken van consensus tussen knooppunten.

Het Byzantijnse generaalsprobleem speelt uitsluitend in gedecentraliseerde systemen, waar overeenstemming moeilijker tot stand komt.

Bitcoin pakt dit probleem aan door een manier van communiceren te bieden die waardeoverdracht mogelijk maakt zonder dat partijen elkaar hoeven te vertrouwen. Knooppunten in het netwerk stemmen eerst af over wat waar is, voordat een tijdstempel wordt toegevoegd. Zodra één knooppunt een transactie vastlegt, verspreidt een kopie zich naar alle andere knooppunten. PoW werd specifiek voor dit doel ontworpen.

Waarom is proof-of-work belangrijk?

Proof-of-work wordt vaak miskend en onterecht beschouwd als (energie)verspilling. Sommige critici noemen het een gevolg van inefficiënt ontwerp, en beweren dat transacties op andere digitale registers direct en zonder moeite verwerkt kunnen worden. Toch is PoW essentieel voor de veiligheid van de Bitcoin ledger. Het voorkomt dat één partij de controle overneemt. De benodigde inspanning is niet vergeefs als het netwerk zo een levensvatbaar alternatief biedt voor het huidige financiële systeem en de gebreken daarvan.

Proof-of-work is belangrijk omdat het concrete kosten vertegenwoordigt voor het genereren van bitcoin en het beveiligen van het netwerk. Een aanval waarbij 51% van het netwerk wordt overgenomen om valse munten te creëren of frauduleuze transacties uit te voeren, zou extreem duur zijn. Wie het Bitcoin-netwerk wil saboteren, moet niet alleen het volledige eerdere rekenwerk opnieuw uitvoeren, maar ook sneller zijn dan het tempo waarmee nieuwe blocks worden toegevoegd. Daardoor kent Bitcoin een onvervalsbare kostprijs en is het netwerk vrijwel onveranderlijk. Bevestigde transacties zijn dan ook nauwelijks nog aan te passen.

Om stabiliteit binnen het proof-of-workmechanisme te waarborgen, ontwikkelde Nakamoto een eenvoudige maar doeltreffende oplossing: het moeilijkheidsaanpassingsalgoritme. Deze bepaalt hoe moeilijk het is om ongeveer elke tien minuten een nieuw block te vinden. Neemt het aantal miners toe, dan zorgt het algoritme ervoor dat blocks niet te snel worden gevonden. Daalt de activiteit, dan voorkomt het algoritme dat het netwerk te traag wordt.

Proof-of-Work versus Proof-of-Stake

Zoals we hebben gezien, is proof-of-work een doelmatig gebruik van energie om Bitcoin te beveiligen. Alle deelnemers volgen dezelfde vaste regels, waaronder het verbod om meer bitcoin uit te geven dan toegestaan.

Het verschil in beveiliging tussen beide consensusmechanismen is fundamenteel. Proof-of-work vereist energieverbruik om ervoor te zorgen dat Bitcoin het veiligste netwerk ter wereld blijft. Proof-of-stake (PoS) lost het probleem van kwaadwillenden niet op. In plaats daarvan kiest het voor schaalbaarheid ten koste van veiligheid. Het maakt het netwerk sneller, maar minder betrouwbaar. Bitcoin’s proof-of-work is duur, maar zorgt ervoor dat deelnemers alleen eerlijke informatie publiceren.

Proof-of-stake is het consensusmechanisme bij de meeste altcoins, digitale pennystocks en andere ponzi’s die zich als alternatief voor bitcoin presenteren. Dit systeem werkt met ‘staking’: investeerders moeten hun tokens vastzetten, waardoor ze tijdelijk niet besteedbaar zijn. Wie meer tokens vastzet, vergroot de kans om een block met transacties te mogen valideren.

De meeste altcointokens worden in een vroeg stadium verdeeld onder insiders en ontwikkelaars, nog vóór ze publiek beschikbaar zijn. Dit benadrukt dat de decentralisatie bij proof-of-stakenetwerken zwak is ontworpen.

De belangrijkste verschillen tussen beide mechanismen zijn hier samengevat:

Proof-of-Work

• De validatie gebeurt via een netwerk van miners.
• De competitieve aard van het proces vraagt om veel energie en rekenkracht. Dat bepaalt de kans dat een deelnemer een nieuw blok mag toevoegen.
• Proof-of-work brengt tastbare, fysieke kosten met zich mee. Die economische drempel beschermt het netwerk tegen aanvallen.
• Proof-of-work heeft zowel economische als ecologische voordelen. De hoge kosten ontmoedigen fraude, terwijl efficiënt energiegebruik milieuschade kan beperken.

Proof-of-stake

• De validatie wordt uitgevoerd door deelnemers die hun tokens als onderpand inzetten. Hoe meer iemand inzet, hoe groter de invloed op het netwerk.
• Het energieverbruik ligt lager. De kans om een nieuw blok te valideren hangt af van de hoeveelheid ingezette stake of het aantal munten dat iemand bezit.
• Proof-of-stake brengt geen daadwerkelijke productiekosten met zich mee. Daardoor blijft het netwerk kwetsbaar voor aanvallen.
• Proof-of-stake biedt geen ecologisch voordeel. De lagere energiebehoefte gaat gepaard met nieuwe risico’s voor het netwerk.

Bij proof-of-stake kan iemand relatief eenvoudig 51 procent van het netwerk verwerven. Daarmee wordt het mogelijk om de protocolregels in eigen voordeel aan te passen. Ook kunnen specifieke personen of entiteiten worden buitengesloten door transacties bewust te blokkeren.

Hoe werkt proof-of-work?

Proof-of-work was ooit mogelijk met centrale verwerkingseenheden (CPU’s) en grafische kaarten (GPU’s). Door het enorme energieverbruik kan het nu alleen nog worden uitgevoerd met gespecialiseerde computers. Deze worden beheerd door miners en staan bekend als application-specific integrated circuits (ASICs). Met deze apparaten voeren miners transactiegegevens, informatie uit de vorige blokheader en een nonce (een willekeurig getal) in, om zo de uitkomst van een hashfunctie te raden.

Hashfuncties zijn wiskundige algoritmes. Binnen het Bitcoinnetwerk wordt gebruikgemaakt van het algoritme SHA-256. Deze functie zet invoergegevens – alles wat kan worden weergegeven als enen en nullen – om in een unieke output van 64 tekens. Die output is altijd exact gekoppeld aan de oorspronkelijke input.

Door de manier waarop hashfuncties werken, is het onmogelijk om de uitkomst te berekenen op basis van alleen de invoer. De enige manier om tot de juiste hash te komen, is door miljarden willekeurige pogingen te doen. Die worden razendsnel gegenereerd door dure ASIC-machines.

Miners proberen hun activiteiten zo efficiënt mogelijk te organiseren. Om winstgevend te blijven, moeten hun apparaten zoveel mogelijk hashes – gokpogingen dus – per seconde kunnen uitvoeren. Tegelijk zijn ze voortdurend op zoek naar de goedkoopste en meest stabiele energiebronnen.

Doordat de moeilijkheidsgraad van Bitcoin automatisch wordt aangepast, is mining uitgegroeid tot een steeds competitievere sector. Eenvoudig uitgelegd lijkt proof-of-work op het kopen van loten voor een loterij die elke tien minuten wordt gehouden. Hoe meer loten iemand heeft, hoe groter de kans op winst. Een Bitmain Antminer S19j Pro bijvoorbeeld werkt op 104TH/s, oftewel 104 biljoen gokpogingen per seconde.

Door de toenemende concurrentie is het sinds 2012 steeds moeilijker geworden voor individuele miners om zelfstandig bitcoin te delven. Sindsdien zijn ASICs onmisbaar. Toch kunnen individuele miners zich aansluiten bij een miningpool. Daarmee vergroten ze hun kans op beloningen, al worden de opbrengsten dan wel gedeeld met andere deelnemers.

Voor- en nadelen

Proof-of-work is essentieel om Bitcoin veilig te houden. Het zorgt ervoor dat het netwerk niet te manipuleren is en zijn gedecentraliseerde karakter behoudt. Hieronder volgen de belangrijkste voor- en nadelen van dit consensusmechanisme.

Voordelen

• Decentralisatie – dat is de echte doorbraak van deze technologie.
• Censuurbestendigheid dankzij decentralisatie
• Onveranderlijkheid: de blockchain is nagenoeg niet terug te draaien
• Een eerlijk en objectief systeem, gebaseerd op strikte protocolregels en natuurkundige principes.
• Hoog beveiligingsniveau: proof-of-work beloont miners financieel voor het beschermen van het netwerk
• Vastlegging van koolstof en methaan: Bitcoin benut verspilde energie op slimme wijze om nieuwe munten uit te geven en transacties te verifiëren
• Proof-of-work maakt het mogelijk om energie om te zetten in economische waarde. Hierdoor versnelt de ontwikkeling van hernieuwbare energienetwerken. Ook verbetert het de vraagsturing op bestaande netten, wat leidt tot meer efficiëntie en betrouwbaarheid.

Nadelen

• Langzamere transactiesnelheid
• De kosten voor mining (OPEX en CAPEX) liggen hoog. Ze zijn echter noodzakelijk om proof-of-work mogelijk te maken.
• Proof-of-work vergt veel energie. Tegelijk stimuleert het innovaties op het gebied van hernieuwbare energie en het benutten van overtollige stroom.

Kritiek op proof-of-work

De kritiek op het energieverbruik van Bitcoin is wijdverbreid. Omdat het netwerk veel stroom nodig heeft om veilig te blijven functioneren, ligt proof-of-work regelmatig onder vuur. De kritiek komt vooral van partijen die belang hebben bij het bestaande fiatgeldsysteem.

Toch gaat deze gangbare kritiek vaak voorbij aan een belangrijk aspect. Bitcoin stimuleert namelijk innovatie op het gebied van schone energie en maakt nuttig gebruik van energie die anders verloren zou gaan.

Hoe zit dat precies? Bitcoinminers zijn voortdurend op zoek naar de goedkoopste energiebronnen om hun winstmarges te behouden. Daardoor stappen ze steeds vaker over op hernieuwbare energie. Ook maken ze gebruik van verspilde of ‘gestrande’ energiebronnen, waardoor het gebruik van fossiele brandstoffen wordt beperkt.

Hernieuwbare energie

Vooral wind- en zonne-energie behoren tot de goedkoopste vormen van stroom. Dat maakt het voor bitcoinminers aantrekkelijk om hierin te investeren of zich bij bestaande projecten aan te sluiten. Op termijn plukt de maatschappij daar zelf ook de vruchten van.

Veel mensen beseffen niet dat energieverbruik op zich geen CO₂-uitstoot veroorzaakt. De uitstoot is afhankelijk van de energiebron, niet van het gebruik zelf. De klimaatimpact wordt dus bepaald door de manier waarop elektriciteit wordt opgewekt.

Verspilde energie

Afgefakkeld aardgas is een goed voorbeeld van verspilde energie. Oliebedrijven laten gas dat vrijkomt op afgelegen locaties vaak ontsnappen of verbranden, omdat transport te kostbaar is. Zelfs gecontroleerd affakkelen brengt kosten met zich mee. Door dat gas in te zetten voor het aandrijven van bitcoinminers, krijgt de anders verspilde energie alsnog een nuttige bestemming.

Gestrande energie

Doordat bitcoin mining overal ter wereld kan plaatsvinden, zoeken miners steeds vaker hun toevlucht tot zogenoemde ‘gestrande’ energiebronnen. Dat zijn bronnen op afgelegen locaties zonder nabijgelegen bevolkingscentra, zoals zeestromingen of zon in de woestijn. Ook biogas is een optie. Het levert betrouwbare energie, maar is vaak niet aangesloten op het elektriciteitsnet.

Veelgestelde vragen

Hoe wordt de moeilijkheidsgraad van het proof-of-workprobleem bepaald?

Het netwerk stelt de moeilijkheidsgraad af op basis van het aantal hashes per seconde. Hoe meer rekenkracht op het netwerk actief is, hoe ingewikkelder de hashfunctie wordt. Gemiddeld duurt het dan ook 10 minuten om wereldwijd een nieuw blok te vinden.

Is brute force een methode om het proof-of-workprobleem op te lossen?

De enige manier om het proof-of-workprobleem op te lossen is brute force. Daarbij worden alle mogelijke oplossingen uitgeprobeerd tot de juiste combinatie wordt gevonden.

Wat gebeurt er met proof-of-work wanneer alle bitcoin zijn gemined?

Ook nadat alle bitcoin zijn gemined, blijft proof-of-work noodzakelijk. Het blijft essentieel voor het valideren van transacties. Miners ontvangen hiervoor een vergoeding in de vorm van transactiekosten.

Zijn er haalbare alternatieven voor proof-of-work?

Voor een cryptovaluta die gedecentraliseerd, onveranderlijk, censuurbestendig en veilig is – zoals bitcoin – bestaat vooralsnog geen alternatief dat eenzelfde betrouwbaarheidsniveau biedt als proof-of-work.

Wat gebeurt er als twee miners gelijktijdig de proof-of-work voor hetzelfde blok voltooien?

Het blok dat uiteindelijk wordt toegevoegd, maakt deel uit van de langste keten. Dat is de keten met de hoogste gecombineerde moeilijkheidsgraad van de gebruikte hashes. Er is dus de meeste rekenkracht nodig geweest om die te creëren.

Het laatste woord

Politici en organisaties die bewust misleidend zijn, hebben er belang bij om kritiek te uiten op proof-of-work en initiatieven te steunen die Bitcoin in diskrediet brengen vanwege het energieverbruik. Dat belang ligt in het behoud van het huidige systeem, dat in hun voordeel werkt. Ze verschuilen zich achter het argument dat Bitcoin schadelijk is voor mens en planeet, terwijl hun werkelijke motivatie elders ligt.

Bitcoin is ontwrichtend. Het biedt hoop op een moment dat de mensheid daar dringend behoefte aan heeft. Die hoop wordt echter pas volledig zichtbaar wanneer men Bitcoin leert kennen en begrijpen. Proof-of-work is essentieel om de overgang naar een nieuw geldsysteem en een andere wereld mogelijk te maken. De inspanning die nodig is om het systeem draaiende te houden, draagt juist bij aan de waarde ervan.

Let op: cryptoactiva zijn zeer risicovol. Je kunt je volledige inleg verliezen. Resultaten uit het verleden bieden geen garantie voor de toekomst.