Was ist Proof of Stake? 1. Teil
Für die dahinterstehenden Projekte ist der Konsensmechanismus einer Blockchain eine der wichtigsten Eigenschaften überhaupt. Vom Verfahren Proof of Work (PoW) haben viele im Zusammenhang mit dem Bitcoin-Mining vermutlich schon einmal gehört. Aber was ist Proof of Stake (PoS)? Wie ist dieser Konsensmechanismus entstanden? Und wieso gab es bei Ethereum einen Wechsel von PoW auf PoS?
In einem zweiteiligen Beitrag schauen wir uns die Idee hinter PoS einmal näher an!:
Inhalt
Was ist ein Konsensmechanismus?
Um die Funktionsweise von Proof of Stake nachvollziehen zu können, muss zunächst einmal klar sein, was eigentlich ein Konsensmechanismus ist.
In einem dezentralen und damit verteilten System wie der Blockchain ist ein Konsens – also Einigkeit – sehr wichtig. Der Konsensmechanismus ist die Methode, auf die das Netzwerk aus Teilnehmern zurückgreift, um sich auf die einzig mögliche Wahrheit zu einigen.
Ein klassisches Unternehmen ist zentral organisiert. Es gibt eine zentrale Instanz, die festlegt, was wahr und richtig ist. Damit werden sowohl die Macht als auch das Geld gebündelt.
Im Unterschied dazu agieren in einem dezentralen System zahlreiche Autoritäten, die jeweils autonom sind. Sie betreiben gemeinsam ein Netzwerk und können aktiv daran mitwirken, wie es sich weiterentwickelt.
Der Konsensmechanismus kann genutzt werden, um Abstimmungen durchzuführen und Transaktionen zu validieren.
Einigkeit in der Blockchain setzt voraus, dass alle Teilnehmer einen identischen, kryptografischen Mechanismus verwenden. Ein komplexes Berechnungsschema sorgt dafür, dass sich die Teilnehmer des Netzwerks auf den aktuellsten und genauesten Datensatz einigen.
Auf diese Weise ist sichergestellt, dass jede Transaktion, die über die Blockchain abläuft, gültig und nachvollziehbar ist.
Was ist Proof of Stake?
Die Idee zu Proof of Stake geht auf Sunny King und Scott Nadal zurück. Im Jahr 2012 entwickelten sie das Verfahren. Ihr Ziel war, eine Lösung für das Problem mit dem enormen Energieverbrauch beim Bitcoin-Mining zu finden.
So entstand eine Alternative, die auch Staking genannt wird. Ein deterministisch programmierter Algorithmus sollte Node-Betreiber auf Basis der Höhe ihrer gehaltenen Coins dazu auswählen, neue Blocks zu erzeugen.
Je mehr Coins jemand in seiner Wallet verwahrt, desto größer sind also seine Chancen, dass er ausgesucht wird, die Kette um einen Block zu erweitern und dafür die entsprechende Belohnung zu bekommen.
King und Nadal setzen darauf, dass PoS den stetig steigenden Energiekosten und den Hashrate-Problemen beim Mining entgegenwirken kann. Allerdings sieht sich der Konsensmechanismus mit einigen Herausforderungen konfrontiert.
Das Proof of Work Verfahren
Um die Notwendigkeit für einen alternativen Konsensmechanismus zu verstehen, müssen wir kurz einen Blick auf das Proof of Work Verfahren werfen.
PoW als Konsens hat sich zusammen mit dem Bitcoin verbreitet. Seine Bekanntheit hängt unmittelbar mit dem großen Erfolg von Bitcoin, der Leitwährung unter den Kryptowährungen, zusammen.
Das Verfahren ist gut erforscht und gilt als sicher. Die Verteilung garantiert höchste Standards für den Bitcoin als dezentrales System.
Allerdings führt die Teilnahme an PoW dazu, dass der Aufwand an Rechenleistung stetig steigt. Der gewaltige Energieaufwand dient einerseits dem Schutz des Netzwerks und andererseits der Belohnung der Miner für ihr Tun.
Der enorme Aufwand an Ressourcen steht aber inzwischen zunehmend in der Kritik und wird immer öfter als Argument dafür angeführt, den Bitcoin zu verbieten. Auch in der EU mehren sich die Stimmen, die ein Verbot von Bitcoin fordern.
Viele Kryptowährungen sind deshalb auf der Suche nach alternativen Konsensmechanismen.
Ein Beispiel für den Energieverbrauch bei PoW
Bereits 2012 gab es die ersten Überlegungen, einen alternativen Konsensmechanismus zu entwickeln, um dem hohen Energieverbrauch von Bitcoin entgegenzuwirken. Das Bitcoin-Netzwerk aufrechtzuerhalten, verursachte seinerzeit Kosten von rund 150.000 US-Dollar.
Heute verbraucht das Bitcoin-Netzwerk grob aufgerundet 230 Millionen Terrahashes (TH) pro Sekunde. Ein TH braucht etwa 0,000012222 kWh. Bei einem Durchschnittspreis von 30 Cent pro kWh kostet ein TH demnach 0,0000036666 Euro.
Bei 230 Millionen Terrahashes kommen somit rund 843 Euro zusammen, und das pro Sekunde. Weil ein Tag 86.400 Sekunden lang dauert, würden also jeden Tag Kosten von rund 73 Millionen Euro entstehen, wenn hierzulande alle Nodes des Bitcoin-Netzwerks in Betrieb wären.
Welche Herausforderungen gibt es bei Proof of Stake?
PoS als Konsensmechanismus ist nicht unproblematisch. Die wesentlichen Herausforderungen, die Lösungen erfordern, sind diese:
- Verteilung der Token: Bei PoS erhalten die Staker, also diejenigen, die die Token halten, die Belohnungen. Damit stellt sich die Frage nach der Verteilung der Coins zu Beginn.
- Monopolisierung: Weil PoS das Staking belohnt, bekommen diejenigen, die die meisten Coins halten, dementsprechend auch die höchsten Belohnungen.
- 51%-Attacke: Eine sogenannte 51%-Attacke kann einen PoS Konsens in der Form angreifen, dass ein einzelner Teilnehmer oder eine Gruppierung des Netzwerks 51% der Rechenleistung übernimmt. Bei PoS würde dieser Fall eintreten, wenn ein Staker 51% aller Token bündelt.
- Nothing at Stake: Verglichen mit PoW, ist PoS für den Validierer weit weniger aufwändig. Das bringt die Gefahr mit sich, dass der Betreiber eines Nodes versucht, Blöcke auf mehreren Ketten gleichzeitig zu erstellen. Aus Sicht des Betreibers ist das durchaus sinnvoll. Denn damit steigen seine Chancen, dass er die Belohnung für das Hinzufügen neuer Blöcke bekommt. Für die Blockchain ist diese Vorgehensweise aber kritisch, weil ein Fork, also ein Entzweien der Kette, die Folge sein kann.
Um diesen Herausforderungen zu begegnen, haben die verschiedenen Projekte, die auf PoS setzen, jeweils eigene Lösungswege etabliert.
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Thema: Was ist Proof of Stake? 1. Teil
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