Zusammenfassung
Proof of Work (PoW) und Proof of Stake (PoS) sind die beiden gängigsten Konsensmechanismen, und gängige Kryptowährungen nutzen sie, um ihre eigene Netzwerksicherheit zu gewährleisten.
Bitcoin verwendet einen Arbeitsnachweis, um Transaktionen zu verifizieren und die Netzwerksicherheit zu gewährleisten. Darüber hinaus können Arbeitsnachweise Probleme mit doppelten Ausgaben verhindern. Die Sicherheit der Blockchain wird durch Teilnehmer, sogenannte „Miner“, gewährleistet, die miteinander konkurrieren und Rechenleistung einsetzen, um das Recht zu erlangen, neue Blöcke zu bestätigen und die Blockchain zu aktualisieren. Erfolgreiche Miner werden vom Netzwerk mit Bitcoins belohnt. Ab Dezember 2021 erhalten Miner eine Blockbelohnung von 6,25 Bitcoins für jeden erfolgreich geschürften Bitcoin-Block, zuzüglich Transaktionsgebühren.
Der Hauptunterschied zwischen Proof of Work und Proof of Stake besteht in der Art und Weise, wie Blocktransaktionsvalidatoren ausgewählt werden. Proof-of-Stake ist die beliebteste Alternative zu Proof-of-Work und ein Konsensmechanismus, der darauf abzielt, die Einschränkungen von Proof-of-Work, wie z. B. Skalierbarkeit und Energieverbrauchsprobleme, zu beseitigen. Teilnehmer am Proof-of-Stake, sogenannte „Validatoren“, müssen keine leistungsstarken Hardwaregeräte verwenden, um um die Möglichkeit zur Blockverifizierung zu konkurrieren, sondern lediglich die native Kryptowährung der Blockchain einsetzen (sperren). Das Netzwerk wählt dann einen Gewinner basierend auf der Menge der zugesagten Kryptowährung aus und belohnt den Gewinner mit einem Prozentsatz der Transaktionsgebühren aus den von ihm überprüften Blöcken. Je mehr Token eingesetzt werden, desto größer ist die Chance, Validator zu werden.
Einführung
Um den Austausch von Datensätzen in der Blockchain sicherzustellen. Unter diesen ist der Proof of Work (PoW)-Mechanismus am frühesten aufgetaucht. Dieser Mechanismus wurde von Satoshi Nakamoto entwickelt und gilt als eine der sichersten Alternativen. Es folgte der Proof of Stake (PoS), der mittlerweile vor allem bei Altcoin-Projekten weit verbreitet ist.
Neben Bitcoin wird Proof of Work auch in großen Kryptowährungen wie Ethereum (ETH) und Litecoin (LTC) verwendet. Im Gegensatz dazu wird Proof-of-Stake für Binance Coin (BNB), Solana (SOL), Cardano (ADA) und andere Altcoins verwendet. Es ist erwähnenswert, dass Ethereum im Jahr 2022 vom Proof of Work zum Proof of Stake wechseln wird.
Was ist Proof of Work (PoW) und wie funktioniert es?
Proof of Work (PoW) ist ein Konsensalgorithmus, der vom Bitcoin-Netzwerk und vielen anderen Kryptowährungen verwendet wird, um das Problem der doppelten Ausgaben zu verhindern. Satoshi Nakamoto schlug dieses Konzept im 2008 veröffentlichten Bitcoin-Whitepaper vor.
Der Proof-of-Work bestimmt im Wesentlichen die Art und Weise, wie die Bitcoin-Blockchain einen verteilten Konsens erreicht. Es verifiziert Peer-to-Peer-Transaktionen auf vertrauenswürdige Weise ohne die Einbeziehung von Drittvermittlern.
In einem Proof-of-Work-Netzwerk wie Bitcoin werden Transaktionen von Minern verifiziert. Sie sind Teilnehmer des Netzwerks und nutzen erhebliche Ressourcen, um den weiterhin sicheren und normalen Betrieb des Netzwerks zu gewährleisten. Miner sind auch für Aufgaben wie das Erstellen und Verifizieren von Blocktransaktionen zuständig. Um das Recht zu erlangen, den nächsten Block zu verifizieren, nutzen Miner hochspezialisierte Mining-Hardware, um komplexe mathematische Rätsel zu lösen.
Der erste Miner, der diese mathematischen Probleme erfolgreich löst, erhält das Recht, den Block zur Blockchain hinzuzufügen, und erhält die sogenannte Blockbelohnung. Blockbelohnungen setzen sich aus neu generierter Kryptowährung und Transaktionsgebühren zusammen. Abhängig von den Netzwerkbedingungen variiert auch die Menge der Kryptowährung in der Blockbelohnung. Beispielsweise erhält ein Miner, der erfolgreich einen Block aus der Bitcoin-Blockchain schürft, eine Belohnung von 6,25 Bitcoins und Transaktionsgebühren für jeden Block (Stand Dezember 2021). Aufgrund des Halbierungsmechanismus wird jedoch alle 210.000 Blöcke (ungefähr vier Jahre) die Anzahl der pro Block generierten neuen Bitcoins um 50 % reduziert.
Um mehr über das Proof-of-Work-Modell zu erfahren, lesen Sie bitte „Was ist Proof-of-Work (PoW)?“ 》.
Was ist Proof of Stake (PoS) und wie funktioniert es?
Proof of Stake (PoS) ist ein 2011 eingeführter Konsensalgorithmus. Er ist eine Alternative zu Proof of Work und zielt darauf ab, die Skalierbarkeitsbeschränkungen von Proof of Work zu lösen. Proof-of-Stake ist der zweitbeliebteste Algorithmus, der von Kryptowährungen wie Binance Coin (BNB), Solana (SOL) und Cardano (ADA) verwendet wird.
Während Proof-of-Work und Proof-of-Stake das gleiche Ziel haben, einen Konsens in der Blockchain zu erreichen, verwendet Proof-of-Stake unterschiedliche Methoden, um die Validatoren von Blocktransaktionen zu ermitteln. In einer Proof-of-Stake-Blockchain gibt es keine Miner. Proof-of-Stake-Validatoren konkurrieren um Blockvalidierungsrechte basierend auf ihren individuellen Kryptowährungsbeständen, anstatt sich auf die Computerleistung zu verlassen.
Teilnehmer können Blockverifizierungsrechte erhalten, indem sie eine bestimmte Anzahl von Token in einem bestimmten Blockchain-Smart-Vertrag sperren. Dieser Vorgang wird als „Abstecken“ bezeichnet. Das Proof-of-Stake-Protokoll weist dann Validatoren zu, um den nächsten Block zu validieren. Je nach Netzwerk erfolgt die Auswahl zufällig oder wird durch die Beteiligungen (Einsatzhöhe) bestimmt. Ausgewählte Validatoren werden mit Transaktionsgebühren aus den von ihnen validierten Blöcken belohnt. Generell gilt: Je mehr Token eingesetzt werden, desto größer ist die Chance, als Validator ausgewählt zu werden.
Für Einzelheiten lesen Sie bitte „Detaillierte Erläuterung des Proof of Stake (PoS)“.
Der Unterschied zwischen Proof of Work (PoW) und Proof of Stake (PoS)
Obwohl beide zum Konsensmechanismus gehören, der die Sicherheit des Blockchain-Netzwerks gewährleistet, gibt es gewisse Unterschiede zwischen den beiden. Offensichtlich besteht der Hauptunterschied zwischen Proof-of-Work und Proof-of-Stake in der Art und Weise, wie neue Transaktionsteilnehmer überprüft werden. Zum besseren Verständnis werfen wir einen Blick auf die folgende Tabelle:
Ist Proof of Stake besser als Proof of Work?
Befürworter von Proof-of-Stake glauben, dass Proof-of-Stake Vorteile gegenüber Proof-of-Work hat, insbesondere im Hinblick auf Skalierbarkeit und Transaktionsgeschwindigkeit. Einige argumentieren, dass Proof-of-Stake-Tokens weniger schädlich für die Umwelt seien als Proof-of-Work. Im Gegensatz dazu glauben viele Proof-of-Work-Befürworter, dass Proof-of-Stake als neuere Technologie noch nicht über ihr Potenzial für die Netzwerksicherheit geklärt ist. Das Proof-of-Work-Netzwerk erfordert die Unterstützung einer großen Anzahl von Ressourcen wie Mining-Hardware und Strom. Daher sind die Angriffskosten höher. Dies gilt insbesondere für Bitcoin, die größte Proof-of-Work-Blockchain.
Wie bereits erwähnt, wird Ethereum (ETH) beim Upgrade auf Ethereum 2.0 von Proof-of-Work auf Proof-of-Stake umstellen. Ethereum 2.0 ist das lang erwartete Upgrade des Ethereum-Netzwerks, das darauf ausgelegt ist, die Netzwerkleistung zu verbessern und Skalierbarkeitsprobleme zu lösen. Nachdem Ethereum den Proof of Stake implementiert hat, können alle Benutzer, die 32 Ether-Münzen besitzen, am Staking teilnehmen, um Validator zu werden und Belohnungen zu erhalten.
Ist Proof of Stake besser als Proof of Work? Was ist der Grund dafür, dass die nach Marktkapitalisierung zweitgrößte Kryptowährung diesen neuen Konsensmechanismus übernimmt?
Zentralisierungsrisiko
Das Mining in einer Proof-of-Work-Blockchain erfordert den Einsatz von Rechenleistung, um Blockdaten wiederholt zu prüfen, bis eine effektive Lösung gefunden ist. Für aktuelle Mainstream-Kryptowährungen wird es immer schwieriger, Lösungen zu finden. Der Prozess der umfassenden Berechnung von Hashes erfordert teure Hardware und Strom.
Daher ziehen es einige Miner vor, Mining-Ressourcen in Mining-Pools zu konzentrieren, um ihre Chancen auf Blockbelohnungen zu erhöhen. Einige große Mining-Pools investieren Millionen von Dollar und kontrollieren Zehntausende anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreise (ASIC)-Mining-Hardware, um so viel Hash-Leistung wie möglich zu erzeugen.
Im Dezember 2021 kontrollieren die vier größten Mining-Pools zusammen fast 50 % der gesamten Hash-Leistung von Bitcoin. Wenn Mining-Pools monopolisiert sind, ist es für Kryptowährungsbegeisterte äußerst schwierig, Blöcke selbst zu schürfen.
Wie dezentral ist der Bergbau? Zum einen hat keine einzelne Instanz die vollständige Kontrolle über die Netzwerkvalidierung. In diesem Fall kann es zu einem 51-Prozent-Angriff kommen und das Netzwerk verliert an Wert. Einige würden argumentieren, dass der Bergbau zwar immer noch dezentralisiert sei, dies jedoch nicht mehr im gleichen Maße der Fall sei. In gewisser Weise kontrollieren Bergbaumaschinen und Energieproduzenten immer noch das Lebenselixier des Bergbaus, was den Gesamtgrad der Dezentralisierung der arbeitslastsicheren Blockchain verringert.
Der Proof-of-Stake-Konsensmechanismus verwendet einen anderen Ansatz und ersetzt die Mining-Leistung durch Staking. Dieser Mechanismus senkt die Eintrittsbarrieren für Einzelpersonen zur Bestätigung von Transaktionen und verringert die Abhängigkeit von Standort, Gerät und anderen Faktoren. Der Einsatz wird einfach durch die Anzahl der gehaltenen Token bestimmt.
Die meisten Proof-of-Stake-Netzwerke erfordern jedoch Validierungsknoten, um mit der Validierung von Transaktionen zu beginnen. Der Betrieb mag teuer sein, aber die Kosten für mehrere Mining-Maschinen sind es nicht wert. Benutzer vertrauen Token bestimmten Prüfern an und bilden so ein Modell ähnlich einem Mining-Pool. Obwohl es für normale Benutzer einfacher ist, am Proof of Stake teilzunehmen, ist es dennoch anfällig für Zentralisierungsprobleme wie Mining-Pools.
Sicherheitsrisiko
Zusätzlich zum Zentralisierungsrisiko kontrollieren die vier größten Mining-Pools den größten Teil der Hash-Leistung des Bitcoin-Netzwerks, was das Risiko eines Angriffs um 51 % erhöht. Ein 51-Prozent-Angriff bedeutet, dass eine böswillige Person oder Organisation einen Sicherheitsangriff auf das Blockchain-System starten kann, nachdem sie mehr als 50 Prozent der gesamten Hash-Leistung des gesamten Netzwerks kontrolliert hat. Angreifer werden den Blockchain-Konsensalgorithmus vollständig kontrollieren und böswillige Aktionen zum persönlichen Vorteil durchführen, z. B. Probleme mit doppelten Ausgaben verursachen, Transaktionsdatensätze ablehnen oder ändern oder andere am Mining hindern. Angesichts der Größe des Bitcoin-Netzwerks ist die Wahrscheinlichkeit eines solchen Angriffs jedoch äußerst gering.
Wenn jemand im Vergleich dazu eine Proof-of-Stake-Blockchain angreift, müsste er mehr als 50 % der Token im Netzwerk besitzen. Dies würde zu einer erhöhten Marktnachfrage und höheren Token-Preisen führen und Dutzende Milliarden Dollar kosten. Selbst wenn ein 51-Prozent-Angriff erfolgreich durchgeführt wird, wird der Wert der vom Angreifer eingesetzten Token aufgrund der Kompromittierung des Netzwerks stark sinken. Daher sind Kryptowährungen, die einen Proof-of-Stake-Konsens verwenden, insbesondere wenn sie eine große Marktkapitalisierung haben, nahezu immun gegen 51 %-Angriffe.
Nachteile des Proof of Stake
Viele Menschen glauben, dass Proof of Stake die optimale Alternative zu Proof of Work ist, es ist jedoch erwähnenswert, dass der Proof of Stake-Algorithmus auch Mängel aufweist. Beeinflusst durch den Belohnungsverteilungsmechanismus gilt: Je mehr Vermögenswerte ein Validator einsetzt, desto wahrscheinlicher ist es, dass er die Möglichkeit erhält, den nächsten Block zu verifizieren. Je mehr Token ein Validator ansammelt, desto mehr Token kann er einsetzen und verdienen, daher werfen ihm viele Leute vor, dass „die Reichen reich werden“. Da Proof-of-Stake-Blockchains in der Regel den Validatoren Governance-Rechte zuweisen, beeinflussen diese „reicheren“ Validatoren auch die Stimmmacht des Netzwerks.
Ein weiteres Problem sind die Sicherheitsrisiken, denen Kryptowährungen mit kleinerer Marktkapitalisierung ausgesetzt sind, die einen Einsatznachweis verwenden. Wie oben erwähnt, sind beliebtere Kryptowährungen wie Ethereum oder Binance Coin nahezu immun gegen 51 %-Angriffe. Allerdings sind kleinere digitale Vermögenswerte mit geringerem Wert anfälliger für Angriffe. Ein Angreifer, der genügend Token erwirbt, kann im Wettbewerb mit anderen Validatoren die Oberhand gewinnen. Solange sie häufig als Validatoren ausgewählt werden, können sie das Proof-of-Stake-System nutzen. Anschließend setzen sie ihre verdienten Belohnungen erneut ein, um ihre Chancen auf die Auswahl in der nächsten Runde zu erhöhen.
Zusammenfassen
Proof-of-Work und Proof-of-Stake haben beide ihren Platz im Kryptowährungs-Ökosystem, und es kann schwierig sein zu sagen, welches Konsensprotokoll effektiver ist. Aufgrund der hohen Kohlenstoffemissionen während des Mining-Prozesses steht Workload Proof in der Kritik, es handelt sich jedoch immer noch um einen anerkannten Sicherheitsalgorithmus zum Schutz von Blockchain-Netzwerken. Dennoch wird das Proof-of-Stake-System mit der Umstellung von Ethereum vom Proof-of-Work zum Proof-of-Stake in Zukunft bei weiteren neuen Projekten an Bedeutung gewinnen.