Was ist Proof-Of-Stake (PoS)? Wie unterscheidet es sich von Proof-of-Work (PoW)?

Proof-of-Stake (PoS) ist ein Konsensprotokoll, das Kryptowährungen zur Absicherung eines Netzwerks einfriert. Es ist weniger energieintensiv als der Proof-of-Work-Mechanismus, der von Bitcoin eingeführt wurde. Das ist aber noch nicht alles. In diesem Artikel erfahren Sie, wie Proof-of-Stake funktioniert.

Proof-of-Stake (PoS) Einführung

Proof-of-Stake ist ein Konsensmechanismus, der ein Blockchain-Netzwerk sichert. Er stellt sicher, dass nur legitime Transaktionen in die Blockchain aufgenommen werden. Das funktioniert, indem Validierer ihre Kryptowährungen zur Sicherung des Netzwerks einfrieren. Das Mining von Kryptowährungen ist eine sehr energieintensive Methode, aber es gibt neue Lösungen, die zum Umweltschutz entwickelt werden. Die Ethereum-Community möchte die Art und Weise, wie Kryptowährungen erzeugt werden, verbessern, um den CO2-Fußabdruck ihrer Blockchain drastisch zu reduzieren. Die Methode, an der sie arbeiten, heißt "Proof-of-Stake" (abgekürzt "PoS").

Proof-of-Stake (PoS) und Proof-of-Work (PoW) sind beides Beispiele für Konsensmechanismen. Proof-of-Stake ist eine Alternative zum Proof-of-Work, das Bitcoin und Ethereum derzeit verwenden.

Konsensmechanismen

Öffentliche Blockchains sind im Grunde genommen Datenbanken. Die meisten Datenbanken geben Administratoren die Erlaubnis zu wissen, wer auf die Datenbanken zugreifen und sie verändern kann. Diese zentrale Kontrolle ist sehr praktisch, macht sie aber auch anfällig für Hackerangriffe. Bei Blockchains hingegen ist jeder Nutzer für die Aktualisierung der Daten verantwortlich. Aus diesem Grund verwenden Blockchains Konsensmechanismen, auch Konsensalgorithmen genannt. Konsensmechanismen stellen sicher, dass das Netzwerk ordnungsgemäß funktioniert, indem sie dafür sorgen, dass nur rechtmäßige Transaktionen zu den Blöcken hinzugefügt werden. Die Knotenpunkte führen diese Überprüfung gemeinsam durch. Ein Knoten ist ein Computer, auf dem die Software für eine bestimmte Blockchain läuft. Auf diese Weise schützt er das System vor Angriffen und insbesondere vor dem berüchtigten 51 %-Angriff, d. h. der Möglichkeit für jemanden, mehr als die Hälfte der gesamten Rechenleistung eines verteilten Netzes zu erhalten, um das Netz nach Belieben zu kontrollieren.

Proof-of-Work

Um Angriffe und Probleme zu verhindern, die es ermöglichen würden, Gelder doppelt auszugeben - das so genannte Double Spending -, verwendet Bitcoin einen "Proof-of-Work"-Konsensalgorithmus.

Hier finden Sie einen ausführlichen Artikel, der erklärt, wie Proof-Of-Work grundsätzlich funktioniert.

Bei diesem Verfahren müssen die Miner Hardware und Strom einsetzen, um das Netzwerk bei der Verarbeitung von Transaktionen zu unterstützen. Bei Proof-of-Work versuchen die Miner, genauer gesagt ihre Computer, extrem schwierige mathematische Probleme zu lösen, um als erste einen Block von Transaktionen abzuschließen. Durch ihre Arbeit wird die Rechtmäßigkeit der Transaktionen überprüft und eine zuverlässige Historie im Distributed Ledger der Blockchain, aufbewahrt. Als Entschädigung erhalten sie Kryptowährungen und im Fall des Bitcoin-Netzwerks Bitcoins.

Proof-of-Work wurde in das Bitcoin-Konzept integriert und von anderen Kryptowährungen wie Ethereum übernommen. Eine der Einschränkungen dieses Systems ist jedoch, dass es viel Strom und Hardware (insbesondere Maschinen) benötigt, um Transaktionen zu sichern. Schon gewusst? Einigen Forschern zufolge verbraucht allein das Bitcoin-Netzwerk derzeit mehr Strom pro Jahr als der gesamte Verbrauch von Ländern wie Argentinien oder Polen. Das ist eine große Menge an Energie, und deshalb haben Protokolle wie Ethereum daran gearbeitet, energieeffizientere Konsenslösungen zu entwickeln.

Proof-of-Stake Ethereum 2.0

Die Ethereum-Entwickler arbeiten an einer Reihe von Updates, die Ethereum 2.0 genannt werden. Dieses Netzwerk wird mit dem Proof-of-Stake-Konsens arbeiten und schließlich mit dem Hauptnetzwerk von Ethereum zusammengeführt werden.

Proof-of-Stake auf Ethereum 2.0 zielt darauf ab, das gleiche Ergebnis wie Proof-of-Work zu erzielen. Mit Proof-of-Stake werden Transaktionen auf der Blockchain sicher verifiziert. Aber während Miner, die Proof-of-Work verwenden, enorme Hardware-Ressourcen wie Strom und Rechenleistung einsetzen, um das Netzwerk zu sichern, nutzen Validierer, die Proof-of-Stake verwenden, ihre Kryptowährungen.

Um bei Proof-of-Stake eine Chance zu haben, die Transaktionen in einem Block zu verifizieren und somit eine Prämie in Form von Kryptowährungen zu kassieren, müssen Validierer mindestens 32 ETH einfrieren oder "staken", die sie nicht ausgeben können. Die Blockchain verwendet diese gesperrte Kryptowährung, um das Netzwerk zu sichern. Nach Angaben der Ethereum Foundation hat Proof-of-Stake mehrere Vorteile gegenüber Proof-of-Work.

Proof-of-Work vs. Proof-of-Stake

Da das Verdienen von Krypto-Prämien über Proof-of-Stake nicht auf der höchsten Rechenleistung beruht, braucht man keine super leistungsstarke Hardware. Dies gibt mehr Menschen die Möglichkeit, sich an der Verwaltung eines Ethereum-Knotens zu beteiligen, was eine weitere Dezentralisierung und eine größere Widerstandsfähigkeit gegen Angriffe, insbesondere 51%-Angriffe, ermöglicht.

Aufgrund der geringeren Hardwareanforderungen verbraucht Proof-of-Stake viel weniger Energie als Proof-of-Work.

Nachteile von Proof-of-Work (PoW):

• Erfordert sehr leistungsfähige Geräte, die sich nur im Besitz einer Minderheit von Unternehmen befinden, was eine Zentralisierung begünstigt (z. B. Bitmain)

• Enorme Energiekosten

• Hohe Transaktionskosten, wenn das Netzwerk überlastet ist

Nachteile von Proof-of-Stake (PoS):

• Weniger sicher als Proof-of-Work

• Frühe Investoren haben einen großen Vorteil

• Geringe Verwendung von Tokens

Wie wählt das Netzwerk die Blockvalidierer aus?

Die Validierer werden vom Netzwerk nach dem Zufallsprinzip ausgewählt, um neue Blöcke vorzuschlagen. Sie werden ebenfalls nach dem Zufallsprinzip in täglich wechselnde Komitees von 128 Knotenpunkten eingeteilt. Jedes Mal, wenn ein neuer Transaktionsblock erstellt und der Blockchain-Datenbank hinzugefügt wird, wählt der Proof-of-Stake-Konsensmechanismus mehrere Komitees aus, die bezeugen, dass der vorgeschlagene Block korrekt ist. Die Validatoren erhalten Prämien für die Erstellung von Blöcken und die Beglaubigung der Erstellung anderer Blöcke.

Wenn Validatoren offline sind oder nicht korrekt beglaubigen, erhalten sie eine Strafe namens "Slashing". Wenn ein Validator versucht, das Netzwerk anzugreifen, kann er seinen gesamten Stake verlieren. Der Algorithmus ist so konzipiert, dass eine Person selbst bei einem erfolgreichen Angriff auf das Netzwerk mehr Geld verlieren würde, als wenn sie ihre Ressourcen zur Sicherung des Netzwerks einsetzt. Nach Angaben von Consensys ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein Angreifer, der ein Drittel der Validierer des Netzes kontrolliert, zwei Drittel der Validierer eines Komitees kontrollieren könnte, um einen Angriff durchzuführen, geringer als eins zu einer Milliarde.

Top-Projekte mit Proof-of-Stake (PoS)

Cardano: Cardano ist eine dezentrale öffentliche Blockchain und ein Krypto-Projekt, das vollständig Open Source ist. Cardano entwickelt eine Smart-Contract-Plattform, die fortschrittlichere Funktionen als jedes zuvor entwickelte Protokoll bieten soll. Es ist die erste Blockchain-Plattform, die sich aus einer wissenschaftlichen Philosophie und einem forschungsorientierten Ansatz heraus entwickelt. Das Entwicklungsteam besteht aus einem großen globalen Kollektiv von erfahrenen Ingenieuren und Forschern.

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Solana: Solana ist ein Single-Chain, delegiertes Proof-of-Stake-Protokoll, dessen Schwerpunkt auf Skalierbarkeit liegt, ohne die Dezentralisierung oder Sicherheit zu beeinträchtigen.

Das Herzstück der Skalierungslösung von Solana ist eine dezentrale Uhr namens Proof-of-History (PoH), die das Zeitproblem in verteilten Netzwerken lösen soll, in denen es keine einheitliche, vertrauenswürdige Zeitquelle gibt. Durch die Verwendung von verifizierbaren Verzögerungsfunktionen ermöglicht PoH jedem Knoten, lokale Zeitstempel mit SHA256-Berechnungen zu erzeugen. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, Zeitstempel über das Netzwerk zu senden, was die Effizienz des gesamten Netzwerks verbessert.

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Polkadot: Polkadot ist auf dem besten Weg, die robusteste Plattform für Sicherheit, Skalierbarkeit und Innovation zu werden. Derzeit befindet sich Polkadot in der Governance- und Removing Sudo-Phase der Markteinführung.

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Fazit

Ethereum ist nicht die erste Kryptowährung, die Proof-of-Stake verwendet. Algorand, Cardano, Cosmos, EOS, Polkadot und Tezos haben alle eigene Version von Proof-of-Stake implementiert. Das Ethereum-Netzwerk befindet sich derzeit in der Anfangsphase der Umstellung auf Ethereum 2.0. Zwar staken bereits Nutzer ETH im Netzwerk, aber es ist noch nicht einsatzbereit.

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