Inhalt

  • Proof of Work (PoW) ist ein Konsensmechanismus, der geschaffen wurde, um doppelte Ausgaben in digitalen Zahlungssystemen zu verhindern.

  • PoW ist ein wichtiger Teil des Mining-Prozesses, der der Blockchain neue Transaktionsblöcke hinzufügt und neue Kryptowährungseinheiten erstellt.

  • Bitcoin und viele andere Kryptowährungen wählen PoW als Methode zur Sicherung ihrer Blockchain-Netzwerke und -Daten.

Einführen

Kurz gesagt, Proof of Work (PoW) ist ein Mechanismus, der geschaffen wurde, um doppelte Ausgaben in digitalen Zahlungssystemen zu verhindern. Bitcoin und viele andere Kryptowährungen wählen PoW als Methode zur Sicherung ihrer Blockchain-Netzwerke und -Daten. Solche Mechanismen werden oft als Konsensalgorithmen oder Konsensmechanismen bezeichnet, da sie erfordern, dass mehrere Parteien einen Konsens erzielen, ohne sich gegenseitig vertrauen zu müssen.

Proof of Work war der erste Konsensalgorithmus, der auf den Markt kam, und er bleibt neben Proof of Stake (PoS) einer der wichtigsten. PoW wurde von Satoshi Nakamoto im Bitcoin-Whitepaper von 2008 eingeführt, die Technologie selbst wurde jedoch schon lange vorher etabliert.

HashCash von Adam Back war ein frühes Beispiel für einen Proof-of-Work-Algorithmus in den Tagen vor der Kryptowährung. Indem der Absender vor dem Versenden der E-Mail einige Rechenarbeiten durchführen muss, kann der Empfänger den Empfang von Spam reduzieren. Dieser Rechenvorgang kostet für legitime Absender fast nichts, ist für Massen-E-Mail-Absender jedoch sehr ressourcenintensiv.

Was sind Doppelausgaben?

Einführen

Wenn Sie eine Tasse Kaffee bar bezahlen, geben Sie dem Kassierer Bargeld, das er in die Kassenschublade legen kann. Aber wenn Sie in das Café auf der anderen Straßenseite gehen und mit diesem Geld weiterhin eine weitere Tasse Kaffee bezahlen möchten, ist das völlig unmöglich. In digitalen Bargeldsystemen ist dies jedoch möglich.

So wie Sie mit Kopieren und Einfügen eine Datei auf Ihrem Computer kopieren. Sie können dieselbe Datei problemlos per E-Mail an Dutzende von Personen senden. Da es sich bei digitaler Währung lediglich um Daten handelt, müssen Sie sicherstellen, dass das Risiko eines Double-Spending-Betrugs, d. h. des Kopierens und Ausgebens derselben Währung an verschiedenen Orten, vermieden wird. Ein digitales Zahlungssystem, das Double-Spending-Betrug nicht verhindert, wird früher oder später zusammenbrechen.

Um den Betrug mit doppelten Ausgaben besser zu verstehen, lesen Sie „Double Spending Explained“.

Warum ist ein Arbeitsnachweis notwendig?

Wenn Sie Artikel über Blockchain-Technologie gelesen haben, wissen Sie, dass Benutzer von Kryptowährungen kontinuierlich Transaktionen an das Netzwerk übertragen. Allerdings werden diese Transaktionen nicht sofort als gültig gewertet. Transaktionen sind gültig, wenn sie bestätigt und zur Blockchain hinzugefügt werden.

Beispielsweise fungiert die Bitcoin-Blockchain als öffentliche Transaktionsdatenbank (Ledger), die jeder Benutzer sehen kann. Um es einfacher vorzustellen: Sie und drei Freunde haben ein Notizbuch, um den Überblick über Ihre Bitcoin-Transaktionen zu behalten. Wann immer jemand in der Gruppe einen Wert übertragen möchte, muss dies aufgezeichnet werden:

Alice zahlt Bob 5 BTC; Bob zahlt Carol 2 BTC,...

Allerdings müssen Sie bei jeder Transaktion die Herkunft der Transaktionsgelder angeben. Wenn Bob Carol also 2 BTC zahlt, wäre der tatsächliche Eintrag wie folgt:

Bob zahlt Carol 2 BTC aus der vorherigen Transaktion mit Alice.

Jetzt haben wir eine Möglichkeit, BTC-Einheiten zu verfolgen. Wenn Bob versucht, eine weitere Transaktion mit den gleichen 2 BTC durchzuführen, die er gerade an Carol gesendet hat, erfährt das jeder sofort und das Team lässt nicht zu, dass diese Transaktion zum Hauptbuch hinzugefügt wird, da diese 2 BTC bereits der ersten Transaktion gutgeschrieben wurden.

Allerdings kann diese Methode nur in einer kleinen Gruppe gut funktionieren. In einer kleinen Gruppe, in der sich alle gut kennen, ist es einfacher, sich darauf zu einigen, wer Transaktionen in die Bücher aufnehmen soll. Was wäre, wenn wir eine Gruppe von 10.000 Teilnehmern wünschen? Die Verwendung eines Notebooks wird schwierig anzuwenden sein, da niemand die Verwaltung des Notebooks nur einem Fremden anvertrauen möchte.

Hier kommt der Proof of Work ins Spiel. Dadurch wird sichergestellt, dass Benutzer kein Geld ausgeben, zu dessen Ausgabe sie nicht berechtigt sind. Mithilfe einer Kombination aus Spieltheorie und Kryptographie ermöglicht der PoW-Algorithmus jedem, die Blockchain gemäß den Systemregeln zu aktualisieren.

Wie funktioniert PoW?

Stellen Sie sich vor, dass das Hauptbuch aus dem obigen Beispiel eine Blockchain ist. Aber anstatt Transaktionen einzeln hinzuzufügen, bündeln wir sie stattdessen in Blöcken. Wir geben Transaktionen im Netzwerk bekannt und Blockgeneratoren fügen sie dann in einen Kandidatenblock ein. Transaktionen gelten erst dann als gültig, wenn der Kandidatenblock zu einem bestätigten Block wird, d. h. er wurde der Blockchain-Datenbank hinzugefügt.

Der Prozess der Validierung von Transaktionen und des Anhängens neuer Blöcke wird Mining genannt. Es ist teuer und schwierig, bringt aber auch viele Vorteile mit sich. Blockbelohnungen werden aus Transaktionsgebühren von Benutzern und brandneuen Bitcoins generiert, die durch das Protokoll erstellt werden.

Der Proof-of-Work-Mechanismus erfordert, dass Miner (Benutzer, die Blöcke erstellen) Ressourcen wie Strom und leistungsstarke Computer investieren, um die Daten ihrer Kandidatenblöcke zu hashen, bis eine Lösung für das Rätsel gefunden ist.

Das Hashing der Daten eines Blocks bedeutet, dass diese durch eine Hash-Funktion geleitet werden, um eine Hash-Kette des Blocks zu erstellen. Der Hash-String des Blocks fungiert wie ein „Fingerabdruck“ – er stellt eine Identität für Ihre Eingabedaten dar und ist für jeden Block einzigartig.

Mit anderen Worten: Miner müssen ausstehende Transaktionen überprüfen und sammeln, sie in einem Kandidatenblock organisieren und die Daten des Blocks in eine Hash-Funktion einspeisen, um eine gültige Hash-Kette zu erstellen. Wenn sie einen gültigen Hash für ihren Kandidatenblock finden, senden sie ihn an das Netzwerk, fügen den Block zur Blockchain hinzu und kassieren Mining-Belohnungen.

Wenn ein Miner seinen Kandidatenblock und seine Hash-Kette an das Netzwerk sendet, wiederholen andere Netzwerkteilnehmer den Hashing-Prozess, um zu überprüfen, ob die Ausgabe tatsächlich gültig ist.

Obwohl unzählige Hash-Versuche erforderlich sind, um einen gültigen Hash-String zu finden, ist es für niemanden schwierig zu bestätigen, dass der generierte Hash-String korrekt ist. Sie senden einfach die gleichen Eingaben (Blockdaten) über die Hash-Funktion und prüfen, ob die Ausgabe dieselben ist.

Beim Proof of Work müssen Sie Daten angeben, deren Hash bestimmte Bedingungen erfüllt. Aber niemand weiß, wie man diese Bedingungen erreicht. Die einzige Möglichkeit besteht darin, Ihre Daten durch eine Hash-Funktion zu leiten und zu prüfen, ob die Daten den Bedingungen entsprechen. Andernfalls müssen Sie Ihre Daten ein wenig ändern, um einen anderen Hash zu erhalten. Die Änderung auch nur eines Zeichens in Ihren Daten führt zu einem völlig anderen Ergebnis, sodass es keine Möglichkeit gibt, vorherzusagen, wie das Ergebnis aussehen wird.

Wenn Sie also einen Block erstellen möchten, stehen Sie vor einem Ratespiel. Normalerweise nehmen Sie Informationen zu allen Transaktionen, die Sie hinzufügen möchten, und einige andere wichtige Daten und hashen sie dann alles zusammen. Da sich Ihr Datensatz jedoch nicht ändert, müssen Sie eine Information hinzufügen, die sich ändern kann. Andernfalls erhalten Sie immer den gleichen Ausgabe-Hash. Diese variablen Daten nennen wir Nonce. Es handelt sich um eine Zahl, die Sie bei jedem Versuch ändern, sodass Sie jedes Mal einen anderen Hash erhalten.

Kurz gesagt ist Mining der Prozess, bei dem Blockchain-Daten gesammelt und zusammen mit einer Nonce gehasht werden, bis Sie eine bestimmte Hash-Zeichenfolge finden. Wenn Sie eine Hash-Kette finden, die die vom Protokoll festgelegten Bedingungen erfüllt, haben Sie das Recht, den neuen Block an das Netzwerk zu senden. Zu diesem Zeitpunkt aktualisieren andere Teilnehmer des Netzwerks ihre Blockchain, um neue Blöcke hinzuzufügen.

Für die heutigen großen Kryptowährungen sind die Bedingungen äußerst schwierig zu erfüllen. Je höher die Hash-Rate im Netzwerk ist, desto schwieriger ist es, einen gültigen Hash-Code zu finden. Dies geschieht, um sicherzustellen, dass Blöcke nicht zu schnell gefunden werden.

Wie man sich vorstellen kann, kann der Versuch, eine große Anzahl von Hashes zu erraten, die Ressourcen Ihres Computers belasten. Sie verschwenden Rechenzyklen und Strom. Aber das Protokoll belohnt Sie mit Kryptowährung, wenn Sie einen gültigen Hash-String finden.

Fassen wir noch einmal zusammen, was wir bisher wissen:

  • Mining ist schwierig und teuer, bietet aber Sicherheit für das Netzwerk.

  • Miner, die einen gültigen Block produzieren, werden mit neu freigegebener Kryptowährung und Transaktionsgebühren belohnt.

  • Das Generieren einer gültigen Hash-Zeichenfolge nimmt Zeit in Anspruch, andere Benutzer können die Gültigkeit jedoch leicht überprüfen, indem sie den Hash-Vorgang wiederholen.

Ganz einfach ist das. Aber was ist, wenn Sie betrügen? Was hindert Sie daran, eine Reihe betrügerischer Transaktionen in den Block einzuschleusen und einen gültigen Hash zu erstellen?

Hier kommt die Public-Key-Kryptographie ins Spiel. Wir werden in diesem Artikel nicht zu sehr ins Detail gehen, aber sehen wir uns an: Was ist Public-Key-Kryptographie? für eine umfassendere Sicht. Kurz gesagt, es gibt einige kryptografische Tricks, mit denen jeder Benutzer überprüfen kann, ob jemand die Berechtigung hat, das Geld, das er ausgeben möchte, zu bewegen.

Wenn Sie eine Transaktion erstellen, unterzeichnen Sie Ihre Unterschrift. Jeder, der online ist, kann Ihre Signatur mit Ihrem öffentlichen Schlüssel vergleichen und prüfen, ob sie übereinstimmen. Sie prüfen auch, ob Sie das Geld tatsächlich ausgeben können und ob Ihre gesamten Eingaben höher sind als Ihre gesamten Ausgaben (d. h. Sie geben nicht mehr aus, als Sie haben).

Jeder Block, der ungültige Transaktionen enthält, wird vom Netzwerk automatisch abgelehnt. Es wird sehr teuer, wenn Sie betrügen wollen. Sie werden Ihre eigenen Ressourcen verschwenden, ohne dafür belohnt zu werden.

Das ist das Gute an Proof of Work: Es kostet Sie Geld, wenn Sie absichtlich betrügen, aber es ist profitabel, wenn Sie ehrlich sind. Daher wird jeder vernünftige Bergmann eine Rendite für seine Investition anstreben und sich daher so verhalten, dass er mit größerer Wahrscheinlichkeit Einnahmen erzielt.

Vergleichen Sie zwei Konsensmechanismen: Proof of Work (PoW) und Proof of Stake (PoS).

Neben PoW gibt es viele Konsensalgorithmen, aber einer der beliebtesten ist Proof of Stake (PoS). Dieses Konzept gibt es seit 2011 und wurde in Ethereum und mehreren anderen Protokollen implementiert.

Im Proof of Stake-System werden Miner durch Validatoren ersetzt. Es gibt kein Mining und keinen Wettlauf um das Erraten der Hashes. Stattdessen werden Benutzer nach dem Zufallsprinzip ausgewählt – wenn sie ausgewählt werden, müssen sie einen Block vorschlagen (oder „fälschen“). Wenn der Block gültig ist, erhalten sie eine Belohnung, die aus Gebühren aus den Transaktionen des Blocks besteht.

Allerdings kann nicht irgendein Benutzer ausgewählt werden – das Protokoll wählt ihn anhand mehrerer Faktoren aus. Um zur Teilnahme berechtigt zu sein, müssen die Teilnehmer einen Anteil sichern, der einem vorher festgelegten Betrag des Kapitals der Blockchain entspricht. Das Abstecken ist wie eine Kaution: So wie Angeklagte hohe Geldsummen hinterlegen, um sicherzustellen, dass sie den Prozess nicht verpassen, sperren Prüfer die Einsätze, um sicherzustellen, dass kein Betrug vorliegt. Wenn sie unehrlich handeln, wird ihnen ihr Anteil (oder ein Teil davon) entzogen.

Der Proof of Stake hat im Vergleich zum Proof of Work mehrere Vorteile. Der bemerkenswerteste Vorteil ist der geringere CO2-Fußabdruck – da in PoS keine leistungsstarken Mining-Farmen erforderlich sind, beträgt der Stromverbrauch nur einen Bruchteil des Stromverbrauchs in PoW.

PoS hat jedoch nicht die gleiche Erfolgsbilanz wie PoW. Obwohl es als verschwenderisch angesehen werden kann, ist Mining der einzige Konsensalgorithmus, der seit über einem Jahrzehnt effektiv funktioniert. Seit seiner Einführung hat Bitcoins PoW Transaktionen im Wert von Billionen Dollar gesichert. Um sicher sagen zu können, ob PoS mit seiner Sicherheit mithalten kann, muss das Abstecken über lange Zeiträume hinweg ordnungsgemäß getestet werden.

Zusammenfassung

Proof of Work ist die originelle Lösung für das Problem der doppelten Ausgaben und hat sich als zuverlässig und sicher erwiesen. Bitcoin hat bewiesen, dass wir keine zentralisierten Einheiten brauchen, um zu verhindern, dass dasselbe Geld zweimal ausgegeben wird. Durch den intelligenten Einsatz von Kryptographie, Hash-Funktionen und Spieltheorie können sich Teilnehmer in einer dezentralen Umgebung auf den Zustand einer Finanzdatenbank einigen.

Mehr lesen:

  • Was ist Kryptowährungs-Mining und wie funktioniert es?

  • Was ist Public-Key-Kryptographie?

  • Was ist der Blockchain-Konsensalgorithmus?

Haftungsausschluss: Dieser Inhalt wird Ihnen „wie besehen“ nur zu allgemeinen Informations- und Bildungszwecken ohne Zusicherung oder Gewährleistung jeglicher Art zur Verfügung gestellt. Sie sind weder als finanzielle, rechtliche oder sonstige professionelle Beratung zu verstehen, noch sind sie als Empfehlung zum Kauf eines bestimmten Produkts oder einer bestimmten Dienstleistung gedacht. Sie sollten sich selbst von entsprechenden Fachberatern beraten lassen. In Fällen, in denen Artikel von Drittautoren beigesteuert werden, beachten Sie bitte, dass die geäußerten Ansichten dem Drittautor gehören und nicht unbedingt die Ansichten der Binance Academy widerspiegeln. Für weitere Einzelheiten lesen Sie bitte hier unseren vollständigen Haftungsausschluss. Die Preise digitaler Vermögenswerte können schwanken. Der Wert Ihrer Investition kann sowohl fallen als auch steigen und Sie erhalten möglicherweise nicht den investierten Betrag zurück. Sie allein sind für Ihre Anlageentscheidungen verantwortlich und Binance Academy ist nicht verantwortlich für etwaige Verluste, die Ihnen entstehen. Dieses Material sollte nicht als finanzielle, rechtliche oder sonstige professionelle Beratung ausgelegt werden. Weitere Informationen finden Sie in unseren Nutzungsbedingungen und Risikohinweisen.