The Bitcoin miners’ game: A theoretical and simulation work

Abstract

Die folgende Arbeit beschäftigt sich mit der Fragestellung, warum sich die Bitcoin Mining Leistung langfristig und dauerhaft steigert, warum Mining Unternehmer praktisch dazu gezwungen sind, immer mehr Leistung ins Netzwerk einzubringen, und welche Strategien diese beim Equipmentnachkauf verfolgen koennen. Da dieses Thema, insbesondere der damit verbundene Energieverbrauch, oft in den Medien praesent ist, sich die meisten Leute aber nicht über die Hintergründe bewusst sind, soll diese Arbeit eine Erklärung von Seiten der Miner liefern. Nach dem Lesen der Arbeit ist ersichtlich, dass die Miner sowohl strategisch als auch immer profitabel handeln und jede Chance zur Optimierung ergreifen müssen und somit auch nichts verschwendet werden darf. Zur Veranschaulichung davon wird eine Kombination aus spieltheoretischer Analyse und Modellierung mit anschliessender Simulation am Computer verwendet.

We use a compact model to analyse the important incentives for "proof of work" miners, in the case of bitcoin. In the next step we create a game between the miners where they optimize their cost/profit functions under a given budget constraint by choosing a certain technology level, comparable with the amount of mining computers. Just as in the real bitcoin protocol, after a certain time the difficulty adjusts and a new computational power might be chosen. We make use of different strategies and change the payout from a "winner takes it all" to a shared but smaller constant one. We simulate this game and find that most miners have to quit over time, due to their personal budget constraints and the irregular payout as assumed, in the first version. As a result, we study the benefits of mining pools under a game theoretic aspect and why they are so common. We will also motivate this aspect in our situation game.