Hauptideen

  • Proof of Work (PoW) ist ein Konsensmechanismus, der Doppelausgaben in digitalen Zahlungssystemen verhindern soll.

  • Proof of Work (PoW) ist ein wichtiger Teil des Mining-Prozesses, bei dem neue Transaktionsblöcke zur Blockchain hinzugefügt und neue Einheiten der Kryptowährung erstellt werden.

  • Bitcoin und viele andere Kryptowährungen nutzen Proof of Work (PoW), um ihr Blockchain-Netzwerk und ihre Daten zu sichern.

die Einleitung

Kurz gesagt, Proof of Work (PoW) ist ein Mechanismus, der Doppelausgaben in digitalen Zahlungssystemen verhindern soll. Bitcoin und viele andere Kryptowährungen nutzen Proof of Work (PoW), um ihr Blockchain-Netzwerk und seine Daten zu sichern. Diese Mechanismen werden oft als Konsensalgorithmen oder Konsensmechanismen bezeichnet, da sie darin bestehen, dass mehrere Parteien einen Konsens erzielen, ohne einander vertrauen zu müssen.

Proof of Work war der erste Konsensalgorithmus, der auftauchte, und bleibt neben Proof of Stake (PoS), wie er 2008 von Satoshi Nakamoto in seinem Bitcoin Technical Manual eingeführt wurde, einer der wichtigsten, aber die Technologie selbst wurde schon lange vorher erfunden dieses Datum.

Der HashCash-Algorithmus von Adam Back ist ein frühes Beispiel für einen PoW-Algorithmus (Proof of Work) aus der Zeit vor der Einführung der Kryptowährung, bei dem der Empfänger Spam eindämmen konnte, indem er vom Absender einen kleinen Rechenaufwand verlangte, bevor er eine E-Mail verschickte. Für diejenigen, die Massen-E-Mails versenden, sind die Kosten jedoch höher.

Was sind Doppelausgaben?

Doppelausgaben liegen vor, wenn dasselbe Geld mehr als einmal ausgegeben wird. Dieser Begriff wird oft ausschließlich im Zusammenhang mit digitalem Geld verwendet – schließlich wäre es schwierig, dasselbe physische Bargeld zweimal auszugeben. 

Wenn Sie für eine Tasse Kaffee bezahlen, geben Sie das Geld an den Kassierer, der es in die Kassenschublade legt, sodass Sie nicht in ein anderes Café am Straßenrand gehen und denselben Schein bezahlen müssen, um eine Tasse Kaffee zu bekommen Kaffee. Aber in digitalen Geldsystemen besteht die Möglichkeit dazu. 

Sie haben wahrscheinlich eine Datei auf Ihren Computer kopiert, bevor Sie die Befehle zum Kopieren und Einfügen verwendet haben, und es ist einfach, dieselbe Datei per E-Mail an Dutzende von Personen zu senden. Da es sich bei digitalem Geld lediglich um Daten handelt, müssen Sie verhindern, dass Menschen doppelt ausgeben, d. h. dieselben Einheiten kopieren und an verschiedenen Orten ausgeben, und ein digitales Zahlungssystem, das Doppelausgaben nicht verhindert, wird in kurzer Zeit zusammenbrechen.

Ausführlichere Informationen zu doppelten Ausgaben finden Sie in der Erklärung zu doppelten Ausgaben.

Warum ist Proof of Work (PoW) wichtig?

Wenn Sie unseren Artikel über die Blockchain-Technologie gelesen haben, wissen Sie, dass Benutzer digitaler Währungen ständig Transaktionen im Netzwerk übertragen. Diese Transaktionen gelten jedoch nicht sofort als gültig, sondern erst, nachdem sie bestätigt und zur Blockchain hinzugefügt wurden.

Die Bitcoin-Blockchain beispielsweise fungiert als öffentliche Datenbank (öffentliche Aufzeichnung) von Transaktionen, die jeder Benutzer sehen kann. Stellen Sie sich das so vor: Sie und drei Ihrer Freunde haben ein Notizbuch, um den Überblick über Ihre Bitcoin-Transaktionen zu behalten, und jedes Mal, wenn einer von Ihnen einen Wert überweisen möchte, schreiben Sie es folgendermaßen auf:

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

Allerdings müssen Sie jedes Mal, wenn Sie eine Transaktion durchführen, auf die Transaktion verweisen, aus der hervorgeht, woher das Geld stammt. Wenn Bob also Carol 2 BTC bezahlt hätte, wäre die Eingabe tatsächlich: 

Bob zahlt Carol 2 BTC aus der zuvor mit Alice getätigten Transaktion.

Wir haben also eine Möglichkeit, die Quelle der BTC-Einheiten zu verfolgen. Wenn Bob also versucht, eine weitere Transaktion mit denselben 2 BTC durchzuführen, die er Carol geschickt hat, wird jeder sofort davon erfahren und die Gruppe wird nicht zulassen, dass diese Transaktion hinzugefügt wird das Notizbuch, da dieser Betrag bereits ausgegeben wurde.

Dies kann in kleinen Gruppen, in denen jeder jeden kennt, gut funktionieren, da man sich darauf einigt, welche Freunde Transaktionen zum Notizbuch hinzufügen sollen. Doch wie wäre es mit einer Gruppe von 10.000 Abonnenten? Die Sache mit dem Tagebuch wird nicht funktionieren, denn niemand traut Fremden zu, das zu tun.

Hier kommt der Proof of Work (PoW)-Mechanismus ins Spiel. Er stellt sicher, dass Benutzer kein Geld ausgeben, zu dessen Ausgabe sie nicht berechtigt sind. Durch die Verwendung der Spieltheorie mit Kryptografie ermöglicht der Proof of Work (PoW) jedem um die Blockchain gemäß den Regeln des Systems zu aktualisieren.

Wie funktioniert Proof of Work (PoW)?

Stellen Sie sich vor, dass unser Notebook aus dem obigen Beispiel eine Blockchain ist, aber wir fügen Transaktionen nicht einzeln hinzu – wir sammeln sie alle auf einmal in Blöcken, geben die Transaktionen im Netzwerk bekannt und dann führen die Benutzer, die die Blöcke erstellen, sie zu einem Kandidaten zusammen Block, und die Transaktionen werden erst gültig, wenn sie konvertiert werden. Der nominierte Block wird in einen bestätigten Block umgewandelt, was bedeutet, dass er der Blockchain hinzugefügt wurde.

Der Prozess der Prüfung von Transaktionen und des Anhängens neuer Blöcke wird Mining genannt und ist ein teurer und schwieriger, aber auch lohnender Prozess. Blockbelohnungen werden aus von Benutzern gezahlten Transaktionsgebühren und neuen, durch das Protokoll generierten Bitcoins vergeben. 

Der Proof of Work (PoW)-Mechanismus erfordert, dass der Miner (der Benutzer, der den Block erstellt) einige seiner eigenen Ressourcen wie Strom und Rechenleistung nutzt, um die Daten des Kandidatenblocks zu hashen, bis eine Lösung für das Rätsel gefunden ist.

Blockdaten-Hashing bezieht sich auf die Weiterleitung durch eine Hash-Funktion, um den Block-Hash-Wert zu generieren. Der Block-Hash fungiert wie ein „Fingerabdruck“ – er stellt die Identität Ihrer Eingabedaten dar und jeder Block hat einen eindeutigen Hash-Wert.

Mit anderen Worten: Der Miner muss die ausstehenden Transaktionen prüfen und sammeln, sie in einem Kandidatenblock organisieren und die Blockdaten durch die Hash-Funktion leiten, um einen korrekten Hash-Wert zu generieren. Wenn er einen korrekten Hash-Wert für den Kandidatenblock finden kann, Es sendet es an das Netzwerk, fügt den Block der Blockchain hinzu und sammelt Mining-Belohnungen.

Wenn der Miner den angegebenen Block und Hash an das Netzwerk sendet, wiederholen andere Netzwerkteilnehmer den Hash, um zu überprüfen, ob die Ausgabe tatsächlich gültig ist. 

Obwohl unzählige Hash-Versuche erforderlich sind, um einen korrekten Hash-Wert zu finden, kann jeder leicht überprüfen, ob der generierte Hash-Wert korrekt ist. Er muss lediglich die gleichen Eingaben (Blockdaten) über die Hash-Funktion bereitstellen und auf eine Übereinstimmung mit der Ausgabe prüfen .

Für ein Arbeitsverzeichnis müssen Sie Daten bereitstellen, deren Hashes bestimmte Bedingungen erfüllen. Aber Sie wissen nicht, wie es geht. Die einzige Möglichkeit, die Ihnen bleibt, besteht darin, Ihre Daten durch eine Hash-Funktion zu leiten und zu prüfen, ob sie den Bedingungen entsprechen. Wenn sie nicht übereinstimmen, müssen Sie Ihre Daten proportional ändern, um einen anderen Hash-Wert zu erhalten. Das Ändern eines Buchstabens in Ihren Daten führt zu einem anderen Ergebnis, daher gibt es keine Möglichkeit, die Ausgabe vorherzusagen.

Wenn Sie also einen Block erstellen möchten, spielen Sie normalerweise ein Ratespiel, indem Sie alle Informationen zu den Transaktionen, die Sie hinzufügen möchten, und einige andere wichtige Daten zusammenfassen und sie dann zusammenfassen Der Datensatz ändert sich nicht. Sie müssen eine Variable hinzufügen. Andernfalls erhalten Sie denselben Hashwert wie in der Ausgabe. Wir nennen diese variablen Informationen den privaten Code, eine Zahl, die Sie bei jedem Versuch ändern, um jedes Mal einen anderen Hash-Wert zu erhalten.

Kurz gesagt ist Mining der Prozess, bei dem Blockchain-Daten gesammelt und mit dem privaten Code gehasht werden, bis Sie einen bestimmten Hash-Wert finden. Wenn Sie einen Hashwert finden, der die im Protokoll festgelegten Bedingungen erfüllt, erhalten Sie das Recht, den neuen Block im Netzwerk zu verbreiten. Zu diesem Zeitpunkt aktualisieren andere Netzwerkteilnehmer ihre Blockchains, um den neuen Block hinzuzufügen.

Für große Kryptowährungen sind die Bedingungen derzeit unglaublich schwierig zu erfüllen. Je höher die Hash-Rate im Netzwerk ist, desto schwieriger ist es, einen korrekten Hash-Wert zu finden. Dies geschieht, um sicherzustellen, dass Blöcke nicht schnell gefunden werden.

Wie Sie sich vorstellen können, kann das Erraten einer großen Anzahl von Hashwerten für Ihren Computer sehr kostspielig sein. Denn Sie verschwenden Rechenzyklen und Strom. Aber das Protokoll belohnt Sie mit einer digitalen Währung, wenn Sie einen korrekten Hash-Wert finden.

Wir fassen zusammen, was wir bisher wissen:

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

  • Bergleute, denen es gelingt, einen gesunden Block zu produzieren, erhalten Belohnungen in Form neu ausgegebener Kryptowährungen und Transaktionsgebühren.

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

Bisher sieht es gut aus. Aber was ist, wenn Sie betrügen wollen? Was hindert Sie daran, eine Reihe betrügerischer Transaktionen in einen Block zu packen und einen gültigen Hash-Wert zu erzeugen?

Hier kommt die Rolle der Public-Key-Verschlüsselung ins Spiel. Wir werden dieses Thema in diesem Artikel nicht im Detail besprechen, aber Sie können sich auf Was ist Public-Key-Verschlüsselung beziehen? Für einen umfassenden Blick. Kurz gesagt, es gibt einige großartige Krypto-Tricks, mit denen jeder Benutzer überprüfen kann, ob eine Person das Recht hat, das Geld, das sie ausgeben möchte, zu überweisen.

Wenn Sie eine Transaktion erstellen, signieren Sie sie, und jeder im Netzwerk kann Ihre Signatur mit Ihrem öffentlichen Schlüssel vergleichen, überprüfen, ob sie übereinstimmen, und außerdem Ihre Fähigkeit prüfen, Ihr Geld auszugeben, und sicherstellen, dass Ihr Gesamteinsatz höher ist als Ihr Gesamtleistung (d. h. dass Sie nicht mehr ausgeben, als Sie haben).

Das Netzwerk lehnt automatisch jeden Block ab, der eine ungültige Transaktion enthält. Der Versuch zu betrügen wird für Sie kostspielig sein. Sie werden Ihre Ressourcen verschwenden, ohne dafür eine Belohnung zu erhalten.

Hier liegt der Reiz von Proof of Work (PoW): Es macht Betrug kostspielig und integres Handeln profitabel. Jeder gewissenhafte Bergmann strebt eine Rendite seiner Investition an, daher wird von ihm erwartet, dass er so handelt, dass er höchstwahrscheinlich Einnahmen sichert.

Proof of Work (PoW) vs. Proof of Stake (PoS)

Neben Proof of Work (PoW) gibt es viele Konsensalgorithmen, der bekannteste davon ist Proof of Stake (PoS). Das Konzept stammt aus dem Jahr 2011 und wurde in Ethereum und vielen anderen Protokollen implementiert.

In Proof-of-Stake-Systemen werden Miner durch Validatoren ersetzt. Es gibt kein Mining und keinen Wettbewerb um das Erraten von Hash-Werten. Stattdessen werden Benutzer nach dem Zufallsprinzip ausgewählt – wenn sie ausgewählt werden, müssen sie einen Block vorschlagen (oder „bilden“). Wenn der Block korrekt ist, erhalten sie eine Belohnung, die aus Gebühren aus den Transaktionen des Blocks besteht.

Allerdings kann kein Benutzer ausgewählt werden – vielmehr wählt das Protokoll Benutzer basierend auf mehreren Faktoren aus. Um sich zu qualifizieren, müssen die Teilnehmer einen Einsatz reservieren, bei dem es sich um einen vorher festgelegten Betrag der nativen Währung der Blockchain handelt. Eine Quote dient als Sicherheit: So wie Angeklagte einen hohen Geldbetrag zahlen, um zu verhindern, dass sie einen Prozess schwänzen, reservieren Wirtschaftsprüfer eine Quote, um Betrug zu verhindern. Wenn sie versuchen zu betrügen, verfällt ihr Einsatz (oder ein Teil davon wird abgezogen).

Ein Stake-Link-Verzeichnis bietet mehr Vorteile als ein Arbeitsverzeichnis. Der bemerkenswerteste dieser Vorteile ist der geringe CO2-Fußabdruck – da im PSI keine Hochenergie-Mining-Farmen erforderlich sind, da der verbrauchte Strom nur einen kleinen Bruchteil des vom PSI-Mechanismus verbrauchten Stroms ausmacht. 

Proof of Stake (PoS) genießt jedoch nicht den gleichen Ruf und das gleiche Prestige wie Proof of Work (PoW), und obwohl es als verschwenderisch angesehen werden kann, ist Mining der einzige Konsensalgorithmus, der sich seit über einem Jahrzehnt in der Praxis bewährt hat Der Proof of Stake-Mechanismus, der zum PoW von Bitcoin beiträgt, hat seit seiner Einführung Transaktionen im Wert von Billionen Dollar gesichert, und die Speicherung muss ordnungsgemäßen Langzeittests unterzogen werden, um sicherzustellen, dass Proof of Stake (PoS) mit Proof of Work (PoS) konkurrieren kann. Bezüglich Sicherheitsfunktionen.

Abschließende Gedanken

Proof of Action war die ursprüngliche Lösung für das Problem der doppelten Ausgaben und hat sich als zuverlässig und sicher erwiesen. Bitcoin hat bewiesen, dass wir keine zentralen Behörden brauchen, um zu verhindern, dass Geld doppelt ausgegeben wird. Durch den geschickten Einsatz von Kryptographie, Hash-Funktionen und Spieltheorie können sich Benutzer in einer dezentralen Umgebung über den Zustand einer Finanzdatenbank einigen.

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