Was ist Proof of Stake? 2. Teil
Zu den vielleicht wichtigsten Eigenschaften des dazugehörigen Projekts gehört der Konsensmechanismus einer Blockchain. Das Proof of Work Verfahren dürfte vielen durch das Bitcoin-Mining ein Begriff sein. Doch seit einiger Zeit bekommt das Konsensprinzip durch das Proof of Stake Verfahren gehörig Konkurrenz. Grund genug, sich diesen Konsensmechanismus einmal genauer anzuschauen.
Im 1. Teil dieses Beitrags haben wir erklärt, worum es sich bei einem Konsensmechanismus handelt, was Proof of Stake (PoS) ist und mit welchen Herausforderungen das Verfahren zurechtkommen muss.
Hier ist der 2. Teil!:
Inhalt
Welche Vorteile bietet Proof of Stake?
Verglichen mit dem Proof of Work Verfahren, weist PoS in einigen Punkten Verbesserungen auf. Das heißt zwar nicht automatisch, dass PoS unbedingt besser ist als PoW.
Doch die Befürworter des Konsensmechanismus argumentieren insbesondere mit folgenden Pluspunkten und Chancen:
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Bessere Energieeffizienz: PoS kommt ohne große Rechenleistungen aus. Folglich ist auch der Energieaufwand deutlich geringer. Gleichzeitig führt der verringerte Energieaufwand dazu, dass schon kleinere Belohnungen ausreichen, um Anreize für eine Teilnahme am Netzwerk zu schaffen.
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Einfache Hardware ausreichend: Um die Chance zu bekommen, neue Blöcke zu bilden, ist keine leistungsstarke und hochwertige Hardware notwendig. Das senkt die Eintrittshürden.
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Geringere Gefahr einer Zentralisierung: Weil das PoS Prinzip eine wachsende Anzahl an Nodes anlocken dürfte, profitiert die Idee der dezentralisierten Ausrichtung.
Ein weiterer Aspekt betrifft das Risiko einer sogenannten 51 %-Attacke. Bei PoS zieht Fehlverhalten ökonomische Sanktionen nach sich. Für Angreifer wären solche Attacken deshalb (nach Ansicht der Befürworter) mit höheren Kosten und größeren Risiken verbunden als bei PoW.
Falls es trotzdem zu einem 51 %-Angriff kommen sollte, kann sich die Gemeinschaft auf eine seriöse und korrekte Kette einigen und so die Blockchain dennoch beibehalten.
Ethereum und das Proof of Stake Verfahren
Die erste Kryptowährung, die mit dem PoS Verfahren veröffentlicht wurde, war Peercoin. Als Pionier mit diesem Konsensmechanismus ging die Kryptowährung im Jahr 2012 an den Start. Inzwischen nutzen auch andere Kryptowährungen das Verfahren, so zum Beispiel Cardano, Solana, Polkadot und Polygon.
Die größte und bekannteste Kryptowährung, die mit Proof of Stake arbeitet, ist aber Ethereum (ETH). Der lang ersehnte Wechsel von PoW auf PoS erfolgte im September 2022.
Wie funktioniert PoS bei Ethereum?
Damit Transaktionen auf der Ethereum Blockchain bestätigt werden können, sind sogenannte Validatoren notwendig. Ein Validator wiederum muss gewisse Voraussetzungen erfüllen, damit er also solcher im Netzwerk agieren kann.
Dazu gehört, dass der Betreiber eines Nodes 32 Ethereum an den entsprechenden Smart Contract schickt.
Außerdem muss er drei verschiedene Softwareprodukte bereithalten, nämlich einen „Execution Client“, einen „Consensus Client“ und einen Validator.
Dadurch, dass der Nutzer die Kryptowährung hinterlegt, befindet er sich in einer Art Warteschlange für die Aktivierung. Gleichzeitig begrenzt er dadurch die Anzahl an Validatoren, die neu dazukommen können. Ist der Nutzer als Validator aktiviert, bekommt er von den Peers im Netzwerk neue Blöcke.
Die Transaktionen, die in einem Block enthalten sind, werden noch einmal ausgeführt. Außerdem findet eine Überprüfung der Blocksignatur statt, die gewährleistet, dass der jeweilige Block gültig ist.
Wie schnell neue Blöcke im PoW Verfahren produziert werden, hängt davon ab, wie schwierig sich das Mining gestaltet. Im Unterschied dazu ist die Geschwindigkeit bei PoS klar definiert. Ethereum nutzt dafür sogenannte Slots und Epochen. Ein Slot dauert exakt 12 Sekunden, eine Epoche umfasst 32 Slots.
In jedem Slot wird nach dem Zufallsprinzip ein Validator als Begründer eines Blocks ausgesucht. Der Validator hat die Aufgabe, einen neuen Block zu erstellen und an andere Knoten im Netzwerk zu verschicken.
Gleichzeitig wird in jedem Slot, ebenfalls zufällig, ein Gremium aus Validatoren ausgewählt. Die Stimmen der Validatoren in diesem Gremium werden herangezogen, um zu überprüfen, ob der vorgeschlagene Block gültig ist.
Der Validator schickt anschließend eine sogenannte Bescheinigung zugunsten des Blocks an das Netzwerk zurück.
Sind Transaktionen bei Ethereum mit PoS sicher?
Eine Transaktion im Proof of Stake Verfahren von Ethereum kann abgeschlossen werden, wenn zwei Drittel der gestakten ETH bestätigt sind. Haben zwei Drittel der Validatoren zugestimmt, dass es in der jeweiligen Epoche Paare sogenannter Checkpoints gibt, wird ein Checkpoint als abgeschlossen („finalized“) aufgewertet.
Diese Mehrheit von zwei Dritteln könnte ein Angreifer verhindern, indem er die notwendige Einigkeit gezielt unterbindet.
Mit einem Aufwand von knapp über einem Drittel der gestakten ETH wäre der Konsensmechanismus in diesem Block gefährdet und vorübergehend unterbrochen.
Bei Ethereum hat dieser Verteidigungsmechanismus den Namen „inactivity leak“. Er wird immer dann aktiviert, wenn es nicht möglich ist, die Kette über mehr als vier Epochen abzuschließen.
Die Strategie bewirkt, dass die ETH, die die Validatoren eingesetzt haben, die jetzt gegen die Mehrheit stimmen, abfließen. In der Folge wird es wieder möglich, eine Zwei-Drittel-Mehrheit zu erzielen und die Kette abzuschließen.
Fazit zu Proof of Stake
Auch wenn das PoS Verfahren ein vergleichsweise junger Konsensmechanismus ist, steckt er längst nicht mehr in den Kinderschuhen. Mehrere Projekte haben sich bereits mit den kritischen Punkten der Technologie befasst und erfolgreich gute Lösungen gefunden.
Durch den Wechsel von Ethereum auf Proof of Stake hat das Verfahren spürbar an Bedeutung und Zulauf gewonnen.
Vor allem die positiven Auswirkungen auf die Skalierung und die Energieeffizienz sprechen für das Konsensprinzip. Außerdem hat PoS durchaus das Potenzial, sowohl die Dezentralisierung als auch die Möglichkeit zur Teilhabe am Netzwerk zu verbessern.
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Thema: Was ist Proof of Stake? 2. Teil
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