Hoe werkt het delven van Bitcoin?

In dit hoofdstuk gaan we dieper in op twee zeer belangrijke onderdelen (en deelnemers) van het Bitcoin-netwerk die voor het eerst aan bod kwamen in module 5:

• Bitcoin-knooppunten: Poortwachters van de validatie, wier belangrijkste taak erin bestaat een kopie van het Bitcoin-grootboek bij te houden en ervoor te zorgen dat alle transacties geldig zijn en dat iedereen zich aan dezelfde regels houdt. Door deze taak te verdelen over vele mensen wereldwijd, blijft Bitcoin sterk tegen mogelijke fraude zonder afhankelijk te zijn van een gecentraliseerde autoriteit. Knooppunten helpen het systeem betrouwbaar te houden en trouw te blijven aan zijn gedecentraliseerde karakter, waarbij geen enkele persoon of groep te veel macht heeft over de rest.
• Bitcoin-miners: Beveiligingsspecialisten die cryptografische puzzels oplossen met behulp van krachtige computers en elektriciteit. Ze controleren en bevestigen transacties en zorgen ervoor dat alles veilig verloopt. Hun rekenwerk draagt ertoe bij dat het grootboek (of de blockchain) bestand is tegen kwaadwillende acties, doordat het wijzigen van de blockchain veel energie kost.

Bitcoin-knooppunten en miners werken samen als een team om een gedecentraliseerd, veilig en robuust systeem in stand te houden — een werkelijk baanbrekend monetair systeem waarop mensen over de hele wereld kunnen vertrouwen. Laten we deze rollen eens nader bekijken om te begrijpen hoe ze bijdragen aan het Bitcoin-protocol.

Bitcoin-knooppunten klinken misschien technisch, maar het is gewoon software die een kopie van de Bitcoin-blockchain op een computer bewaart. De blockchain is een gezamenlijk register van alle Bitcoin-transacties.

Wanneer je je eigen node draait, verifieer je Bitcoin-transacties zelf in plaats van op iemand anders te vertrouwen. Dit geeft je meer onafhankelijkheid en draagt ertoe bij dat het Bitcoin-netwerk gedecentraliseerd blijft.

Je kunt een Bitcoin-node zien als een digitale verkeersagent met een aantal belangrijke taken.

1. Het bewaart een kopie van de blockchain, oftewel de geschiedenis van alle Bitcoin-transacties.
2. Knooppunten staan in verbinding met andere knooppunten over de hele wereld en wisselen informatie uit. Een voorbeeld hiervan is de lijst met nieuwe transacties die wachten op bevestiging, ook wel de mempool genoemd.
3. Knooppunten controleren of elke transactie voldoet aan de regels van Bitcoin. Als een transactie ongeldig is, wijst het knooppunt deze af.

Knooppunten helpen ook nieuwe knooppunten om zich bij het netwerk aan te sluiten door de blockchain met hen te delen. Elk nieuw knooppunt controleert echter nog steeds zelfstandig alle regels.

Iedereen kan een node draaien door software zoals Bitcoin Core te installeren en de blockchain te downloaden. Zodra de node is ingesteld, blijft deze ongeveer elke 10 minuten nieuwe blokken ontvangen en controleert deze voordat ze aan zijn kopie van de blockchain worden toegevoegd.

Door een node te draaien draag je bij aan een veiliger en meer gedecentraliseerd Bitcoin-netwerk, omdat meer mensen het systeem onafhankelijk van elkaar verifiëren.

Wat is een Bitcoin-node?

Het doel van mining is niet het creëren van nieuwe bitcoins; dat is het stimuleringssysteem. Mining is het mechanisme waarmee de beveiliging van Bitcoin gedecentraliseerd wordt.
Andreas M. Antonopoulos

Mijnwerkers verzamelen onbevestigde transacties, vormen daaruit een blok en gebruiken energie om een sleutel te vinden waarmee het blok wordt toegevoegd en beveiligd.

Miners strijden om het volgende blok met transacties aan de blockchain toe te voegen. Hiervoor moeten ze een speciaal getal vinden waarmee een geldige blokhash wordt gevormd. Je kunt het vergelijken met het zoeken naar de juiste sleutel uit miljarden mogelijkheden. De eerste miner die de juiste hash vindt, wint de race en verdient het recht om zijn blok aan de blockchain toe te voegen.

Wanneer een miner een geldige hash vindt, deelt hij zijn blok met het netwerk. Andere miners controleren snel of de oplossing correct is. Als dat het geval is, wordt het blok aan de blockchain toegevoegd, wat bijdraagt aan de beveiliging van het openbare grootboek van Bitcoin.

Mijnwerkers verdienen bitcoin op twee manieren:

• Blokbeloningen: Er worden nieuwe bitcoins gecreëerd en toegekend aan de miner die met succes een blok aan de blockchain toevoegt.
• Transactiekosten: Wanneer mensen bitcoin versturen, voegen ze een kleine vergoeding toe. De miner die het blok toevoegt, ontvangt de vergoedingen van de transacties die in dat blok zijn opgenomen.

Bitcoin-halveringen

De beloning voor miners voor het voltooien van één blok wordt elke 210.000 blokken gehalveerd, wat neerkomt op ongeveer eens in de vier jaar.

Bitcoin heeft een vast maximumaanbod van 21.000.000 bitcoin, maar deze zijn niet allemaal meteen bij de start van Bitcoin in omloop gebracht. In plaats daarvan worden er geleidelijk nieuwe bitcoin in omloop gebracht via mijnbouw.

Wanneer miners erin slagen een nieuw blok met transacties aan het Bitcoin-netwerk toe te voegen, ontvangen ze een blokbeloning in bitcoin. In de beginperiode van Bitcoin bedroeg deze beloning 50 bitcoin per blok. Deze beloning stimuleerde mensen om rekenkracht en elektriciteit in te zetten om het netwerk te beveiligen.

Ongeveer elke 210.000 blokken (ongeveer elke 4 jaar) wordt de blokbeloning gehalveerd. Dit wordt de halvering. Door de halvering wordt de uitgifte van nieuwe bitcoins vertraagd en wordt ervoor gezorgd dat het totale aanbod nooit hoger zal zijn dan 21 miljoen. Hierdoor wordt bitcoin in de loop van de tijd steeds schaarser.

Circulerend aanbod verwijst naar de totale beschikbare hoeveelheid van een valuta. Bij Bitcoin is de totale hoeveelheid in omloop het aantal munten dat is gemined en op een bepaald moment in omloop is.

De Schema voor de uitgifte van bitcoins is het vooraf vastgestelde en openbare plan voor het in omloop brengen van nieuwe bitcoins, dat bedoeld is om de schaarste van Bitcoin op de lange termijn te handhaven.

Na elke halvering wordt de bitcoin-beloning die miners ontvangen voor het toevoegen van een blok gehalveerd. Hierdoor neemt de snelheid waarmee nieuwe bitcoins worden gecreëerd af.

Miners verdienen nog steeds transactiekosten aan de transacties die zijn opgenomen in het blok dat zij minen. Na verloop van tijd zullen deze kosten naar verwachting een groter deel van de inkomsten van miners gaan uitmaken.

Halvings zijn ingebouwd in het Bitcoin-protocol en vinden ongeveer om de vier jaar automatisch plaats. Hierdoor is het aanbodschema van Bitcoin voorspelbaar en transparant.

De tabel toont de komende halveringen, inclusief de geschatte datum, het bloknummer waarop ze plaatsvinden, de nieuwe blokbeloning en het percentage van de totale bitcoinvoorraad dat dan gemined zal zijn.

Naarmate er meer bitcoins worden gemined, blijft het aanbod in omloop toenemen totdat het maximale aanbod van 21.000.000 bitcoins is bereikt, wat naar verwachting rond het jaar 2140 zal gebeuren. Omdat er in de loop van de tijd steeds minder nieuwe bitcoins worden gecreëerd, kan de prijs van Bitcoin stijgen als de vraag toeneemt. Dit stimuleert miners ook om het netwerk te blijven beveiligen door hun rekenkracht in te zetten.

Wat is een geldige blokhash in Bitcoin?

Bij Bitcoin strijden miners om een speciale code te vinden die een blokhash. Deze code identificeert een reeks transacties en zorgt ervoor dat deze aan de blockchain kan worden toegevoegd.

Elk blok bevat informatie over recente transacties en bevat tevens de hash van het voorgaande blok. Hierdoor zijn alle blokken met elkaar verbonden, waardoor een keten ontstaat die loopt van het allereerste blok (het Genesis-blok) tot het meest recente blok.

Een hash werkt als een digitale vingerafdruk voor de gegevens in het blok. Als er informatie in het blok zou worden gewijzigd, zou ook de vingerafdruk veranderen. Hierdoor kan iedereen eenvoudig controleren of de transactiegeschiedenis van de blockchain niet is gewijzigd, wat bijdraagt aan de veiligheid van het netwerk.

Satoshi Nakamoto, de bedenker van Bitcoin, heeft het Genesis-blok gemined, waardoor in totaal 50 bitcoin vrijgekomen zijn.

De race om een blok te minen

Miners strijden om een geldige blokhash te vinden. De eerste miner die er een vindt, mag het nieuwe blok aan de blockchain toevoegen en ontvangt een beloning in bitcoins.

Om geldig te zijn, moet de hash van het blok lager zijn dan een door het netwerk vastgesteld getal, de zogenaamde moeilijkheidsdoelstelling. Omdat hashes willekeurig zijn, moeten miners verschillende invoergegevens blijven proberen totdat ze er een vinden die werkt.

Als er te veel miners met elkaar concurreren, zouden blokken te snel worden gevonden. Als er te weinig miners meedoen, zou het te lang duren om blokken te vinden. Om het systeem soepel te laten draaien, past Bitcoin de moeilijkheidsgraad automatisch aan om de 2.016 blokken (ongeveer om de twee weken).

Deze aanpassing zorgt ervoor dat er gemiddeld ongeveer elke 10 minuten een nieuw blok aan de blockchain wordt toegevoegd.

De moeilijkheidsgraad Bij het minen van Bitcoin wordt gemeten hoe moeilijk het is om een geldige blokhash te vinden. Het netwerk past deze moeilijkheidsgraad om de 2.016 blokken (ongeveer elke twee weken) aan, zodat er ongeveer elke 10 minuten nieuwe blokken aan de blockchain worden toegevoegd. Hoe hoger de moeilijkheidsgraad, hoe moeilijker het voor miners is om een geldig blok te vinden.

Door een geldige blokhash te vinden, bewijst een miner dat hij het werk heeft verricht dat nodig is om een nieuw blok aan de blockchain toe te voegen. Dit proces wordt Proof of Work (PoW). Dit is het beveiligingsmechanisme waarmee Bitcoin transacties kan bevestigen en nieuwe blokken aan de blockchain kan toevoegen. De miner die als eerste de geldige hash vindt, ontvangt een beloning in bitcoin, bestaande uit de blokbeloning en de transactiekosten van de transacties die in dat blok zijn opgenomen.

Proof of Work (PoW) draagt bij aan de veiligheid van Bitcoin door het voor iedereen extreem duur te maken om te proberen te frauderen of de controle over het netwerk over te nemen. Het is daarentegen veel winstgevender om zich aan de regels te houden.

Mijnwerkers vervullen vier belangrijke rollen:

1. Transacties verzamelen: Miners selecteren transacties die naar het netwerk zijn verzonden en voegen deze toe aan een kandidaatblok.
2. Voer een Proof of Work uit: Miners strijden om een moeilijke wiskundige puzzel op te lossen door een geldige blokhash te vinden.
3. Het blok uitzenden: De eerste miner die een geldige oplossing vindt, deelt het nieuwe blok met het netwerk.
4. Verdien beloningen: Als het blok geldig is, wordt het aan de blockchain toegevoegd en ontvangt de miner nieuw gecreëerde bitcoin plus transactiekosten.

Wereldwijd proberen veel miners tegelijkertijd het volgende blok te genereren. Zodra een miner een geldige oplossing vindt, controleert het netwerk het blok. Als alles in orde is, wordt het aan de blockchain toegevoegd. Andere concurrerende blokken worden afgewezen. Dit proces zorgt ervoor dat het netwerk op één lijn blijft en voorkomt dubbele uitgaven.

• Miners zijn computers die helpen bij het onderhouden en bijwerken van het grootboek van Bitcoin.
• Ze verzamelen transacties en bundelen deze in een blok. Vervolgens verwerken ze de gegevens van het blok via een hash-algoritme om een unieke code te genereren, een zogenaamde hash.
• Miners herhalen dit proces vele malen, op zoek naar een hash die voldoet aan de regels van Bitcoin. De eerste miner die een geldige hash vindt, ontvangt nieuw gecreëerde bitcoins als beloning, en zijn blok wordt aan de blockchain toegevoegd.
• De hash van elk blok koppelt het ook aan het voorgaande blok. Als iemand zou proberen een eerdere transactie te wijzigen, zouden de hashes niet meer met elkaar overeenkomen en zou het netwerk de gewijzigde keten afwijzen. Dit is wat het grootboek van Bitcoin veilig houdt.

De mempool, een afkorting van ‘memory pool’, is als het ware een wachtkamer voor Bitcoin-transacties. Wanneer je bitcoin verstuurt, wordt je transactie eerst naar het netwerk verzonden en in de mempool geplaatst.

Je kunt het vergelijken met in de rij staan bij een restaurant. Je naam wordt op een lijst gezet en je wacht tot er een tafel vrijkomt. Op dezelfde manier blijft je transactie in de mempool wachten totdat een miner deze in een blok opneemt.

Bitcoin-knooppunten controleren elke nieuwe transactie om er zeker van te zijn dat deze geldig is en dat de bitcoin die wordt uitgegeven nog niet eerder is gebruikt. Als de transactie geldig is, blijft deze in de mempool staan totdat deze is bevestigd.

Miners selecteren transacties uit de mempool en nemen deze op in nieuwe blokken. Meestal worden transacties met hogere vergoedingen als eerste gekozen.

Zodra een transactie in een blok is opgenomen, wordt deze bevestigd en voorgoed vastgelegd in de Bitcoin-blockchain.

Activiteit: De mempool verkennen

Deze activiteit laat studenten kennismaken met een gratis open-sourceprogramma dat geen technische vaardigheden vereist om te gebruiken. Het is nuttig voor Bitcoin-gebruikers van alle niveaus, van beginners tot gevorderden.

Belangrijkste punten

1. Mempool verwijst naar de lijst met onbevestigde transacties die door elk Bitcoin-knooppunt wordt bijgehouden, en niet naar een specifieke dienst of platform.
2. Dit is geen enkele, universele mempool. Mempool.space is er slechts één van de vele.
3. Mempool.space is open source en staat bekend als een gebruiksvriendelijke visuele blokverkenner. Het biedt realtime gegevens over onbevestigde transacties, transactiekosten en andere netwerkactiviteiten.

Tip voor studenten

Mempool.space doet veel meer dan alleen blokken in beeld brengen. Ontdek ook andere onderdelen van het Bitcoin-ecosysteem: bijvoorbeeld Lightning, mining, de hash-snelheid, pools en de ‘goggles’ voor blokruimte.

Now that you understand public and private keys, as well as the roles of nodes and miners, here’s how a Bitcoin transaction works from start to finish.

1. Adam wants to send bitcoin to Gerardo. He creates a transaction with Gerardo’s address, the amount to send, and a fee.
2. Adam signs the transaction with his private key to prove ownership.
3. He broadcasts the transaction to the Bitcoin network.
4. Nodes receive it and check that it follows the rules, including verifying the signature and that Adam has enough bitcoin.
5. If valid, the transaction is shared across the network and added to the mempool, where pending transactions wait.
6. Miners pick transactions from the mempool and include them in a block they try to mine.
7. When a miner successfully mines a block, it is shared with the network and checked by other nodes.
8. If valid, the block is added to the blockchain. Gerardo receives the bitcoin.
9. As more blocks are added, the transaction gains confirmations, making it more secure.

Once included in a block, the transaction is confirmed. Adam cannot spend that bitcoin again, and Gerardo can spend what he received in a new transaction.

Resources

How To Setup Bitcoin Core

Watch this video on Bitcoin Nodes