TL;DR

Proof of Work (PoW) und Proof of Stake (PoS) sind die häufigsten Konsensmechanismen. Sie werden von den wichtigsten Kryptowährungen übernommen, um das Funktionieren ihres Netzwerks zu schützen und zu gewährleisten.

Bitcoin verwendet Proof of Work, um Transaktionen zu validieren und das Netzwerk zu sichern. Neben anderen Funktionen verhindert PoW Doppelausgaben. Die Blockchain wird durch Teilnehmer, sogenannte Miner, gesichert, die mit Rechenleistung um das Recht konkurrieren, neue Blöcke zu bestätigen und die Blockchain zu aktualisieren. Wenn ein Miner einen neuen Block erfolgreich bestätigt, erhält er BTC-Belohnungen vom Netzwerk. Ab Dezember 2021 kann ein Miner durch erfolgreiches Mining eines Bitcoin-Blocks eine Blockbelohnung von 6,25 BTC zuzüglich Transaktionsgebühren erhalten.

Der Hauptunterschied zwischen PoW und PoS besteht in der Art und Weise, wie sie bestimmen, wer einen Transaktionsblock validieren kann. Der Proof of Stake ist die beliebteste Alternative zum Proof of Work. Es handelt sich um einen Konsensmechanismus, der darauf abzielt, einige der Einschränkungen von PoW zu verbessern, wie z. B. Skalierbarkeitsprobleme und hoher Energieverbrauch. Im PoS werden Teilnehmer als Validatoren bezeichnet. Sie müssen keine Hardware mit hoher Rechenleistung verwenden, um um die Chance zur Validierung eines Blocks zu konkurrieren. Stattdessen müssen sie Blockchain-native Kryptowährungen einsetzen. Das Netzwerk wählt dann einen Gewinner basierend auf der Menge der eingesetzten Kryptowährungen aus. Der als Validator ausgewählte Benutzer erhält einen Teil der Transaktionsgebühren für den von ihm validierten Block. Je mehr Münzen eingesetzt werden, desto größer ist die Chance, als Prüfer ausgewählt zu werden.

Einführung

Um sicherzustellen, dass auf einer Blockchain aufgezeichnete Transaktionen gültig sind, wenden Netzwerke unterschiedliche Konsensmechanismen an. Proof of Work (PoW) ist der älteste Mechanismus. Es wurde von Satoshi Nakamoto entwickelt und wird von vielen als eine der sichersten Alternativen angesehen. Proof of Stake (PoS) wurde später erstellt, wird aber heute in den meisten Altcoin-Projekten verwendet.

Neben Bitcoin nutzen auch andere große Kryptowährungen PoW, wie etwa Ethereum (ETH) und Litecoin (LTC). PoS wird von Binance Coin (BNB), Solana (SOL), Cardano (ADA) und anderen Altcoins verwendet. Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass Ethereum beabsichtigt, seinen Mechanismus im Jahr 2022 von PoW auf PoS umzustellen.

Was ist Proof of Work (PoW) und wie funktioniert es?

Proof of Work (PoW) ist der Konsensalgorithmus, der vom Bitcoin-Netzwerk und vielen anderen Kryptowährungen verwendet wird, um Doppelausgaben zu verhindern. Es wurde von Satoshi Nakamoto im 2008 veröffentlichten Bitcoin-Whitepaper vorgestellt.

Grundsätzlich bestimmt PoW, wie die Bitcoin-Blockchain einen verteilten Konsens erreicht. Es wird verwendet, um vertrauenswürdige Peer-to-Peer-Transaktionen zu validieren, ohne dass Drittvermittler erforderlich sind.

In einem PoW-Netzwerk wie Bitcoin werden Transaktionen von Minern überprüft. Dabei handelt es sich um Teilnehmer, die mit großem Ressourcenaufwand dafür sorgen, dass das Netzwerk weiterhin korrekt und sicher funktioniert. Unter anderem erstellen und validieren Miner Transaktionsblöcke. Doch um um das Recht zu konkurrieren, den nächsten Block zu validieren, nutzen sie hochspezialisierte Mining-Hardware, um komplexe mathematische Probleme zu lösen.

Der erste Miner, der es schafft, eine gültige Lösung für diese mathematischen Probleme zu finden, erhält das Recht, seinen Block zur Blockchain hinzuzufügen und eine sogenannte Blockbelohnung zu erhalten. Blockbelohnungen bestehen aus neu generierten Kryptowährungen plus Transaktionsgebühren. Die Menge an Blockbelohnungs-Kryptowährungen variiert je nach Netzwerk. Auf der Bitcoin-Blockchain erhält beispielsweise ein erfolgreicher Miner als Blockbelohnung 6,25 BTC plus Transaktionsgebühren (Stand Dezember 2021). Allerdings wird die Anzahl der pro Block generierten neuen BTCs aufgrund eines als Halbierung bekannten Mechanismus alle 210.000 Blöcke (ungefähr alle vier Jahre) um 50 % reduziert.

Wenn Sie mehr über das Proof of Work-Modell erfahren möchten, lesen Sie den Artikel Was ist Proof of Work (PoW)?.

Was ist Proof of Stake (PoS) und wie funktioniert es?

Proof of Stake (PoS) ist ein Konsensalgorithmus, der 2011 als Alternative zu Proof of Work eingeführt wurde. Sein Ziel ist es, die Skalierbarkeitsprobleme von PoW-Netzwerken zu lösen. PoS ist der zweitbeliebteste Algorithmus, der von Kryptowährungen wie Binance Coin (BNB), Solana (SOL) und Cardano (ADA) übernommen wird.

PoW und PoS haben das gleiche Ziel, einen Konsens über die Blockchain zu erzielen, PoS verwendet jedoch eine andere Methode, um zu bestimmen, wer einen Transaktionsblock validiert. Auf PoS-Blockchains gibt es keine Miner. Anstatt sich auf leistungsstarke Computer zu verlassen, um um Blockvalidierungsrechte zu konkurrieren, verlassen sich PoS-Validatoren auf ihre Kryptowährungsbestände.

Um zur Validierung eines Blocks berechtigt zu sein, müssen Teilnehmer eine bestimmte Menge an Münzen in einem bestimmten Smart Contract auf der Blockchain sperren. Dieser Vorgang wird als Abstecken bezeichnet. Das PoS-Protokoll weist dann einen Teilnehmer zu, den nächsten Block zu validieren. Je nach Netzwerk kann diese Auswahl zufällig oder nach dem Wert der Einsätze (Stakeholdings) erfolgen. Der ausgewählte Validator kann die Transaktionsgebühren des von ihm validierten Blocks als Belohnung erhalten. Normalerweise ist die Chance, ausgewählt zu werden, umso größer, je mehr Münzen im Einsatz sind.

Weitere Informationen finden Sie im Artikel Proof of Stake (PoS).

Unterschiede zwischen Proof of Work und Proof of Stake

Bei beiden handelt es sich um Konsensmechanismen, die die Sicherheit und Funktionsfähigkeit des Blockchain-Netzwerks gewährleisten, es gibt jedoch Unterschiede zwischen ihnen. Der Hauptunterschied besteht natürlich in der Art und Weise, wie PoW und PoS bestimmen, welcher Teilnehmer neue Transaktionen validiert. Um es besser zu verstehen, werfen wir einen Blick auf die folgende Tabelle:

Ist Proof of Stake besser als Proof of Work?

Befürworter von Proof of Stake argumentieren, dass PoS gegenüber PoW einige Vorteile hat, insbesondere im Hinblick auf Skalierbarkeit und Geschwindigkeit von Transaktionen. Sie behaupten außerdem, dass der PoS-Mechanismus weniger schädlich für die Umwelt sei als PoW. Andererseits argumentieren viele PoW-Befürworter, dass PoS als neuere Technologie ihr Potenzial in Bezug auf die Netzwerksicherheit noch nicht unter Beweis gestellt hat. Die Tatsache, dass PoW-Netzwerke eine erhebliche Menge an Ressourcen (Mining-Hardware, Strom usw.) benötigen, macht die Durchführung von Angriffen teuer und schwierig. Dies gilt insbesondere für Bitcoin, die größte PoW-Blockchain.

Wie bereits erwähnt, beabsichtigt Ethereum (ETH), sein PoW-System mit dem Ethereum 2.0-Update auf PoS umzustellen. ETH 2.0 ist ein lang erwartetes Upgrade des Ethereum-Netzwerks, das seine Leistung verbessern und Skalierbarkeitsprobleme lösen soll. Nach der Implementierung von PoS auf Ethereum kann jeder mit mindestens 32 ETH am Einsatz teilnehmen, um Validator zu werden und Belohnungen zu erhalten.

Ist PoS besser als PoW? Was hat die nach Marktkapitalisierung zweitgrößte Kryptowährung dazu bewogen, einen neuen Konsensmechanismus einzuführen?

Zentralisierungsrisiko

In Proof-of-Work-Blockchains geht es beim Mining darum, Rechenleistung zu nutzen, um Blockdaten zu hashen, bis eine gültige Lösung gefunden wird. Für die heutigen Top-Kryptowährungen werden Mining-Lösungen immer schwieriger und der Prozess zur Erlangung großer Mengen an Hashes kann in Bezug auf Hardware und Strom sehr teuer sein.

Daher ziehen es einige Miner vor, ihre Ressourcen in Mining-Pools anzusammeln, um die Chancen auf Blockbelohnungen zu erhöhen. Einige große Mining-Pools investieren Millionen von Dollar und kontrollieren Tausende von ASIC-Mining-Hardware, um so viel Hashing-Leistung wie möglich zu erzeugen.

Derzeit, Stand Dezember 2021, kontrollieren die vier größten Mining-Pools rund 50 % der gesamten Hashing-Leistung von Bitcoin. Die Dominanz von Mining-Pools macht es für einzelne Krypto-Enthusiasten sehr schwierig, Mining durchzuführen.

Aber wie dezentral ist das Mining dann? Einerseits gibt es immer noch keine einzelne Instanz, die in der Lage wäre, Bestätigungen im Netzwerk zu kontrollieren. Sollte dies geschehen, wäre ein 51-Prozent-Angriff möglich und das Netzwerk würde seinen Wert verlieren. Einige argumentieren, dass der Bergbau zwar immer noch dezentralisiert ist, aber keinen hohen Grad an Dezentralisierung mehr aufweist. Bestimmte Bereiche wie Hersteller von Bergbauausrüstung und Energieproduzenten dominieren immer noch den Bergbau und verringern die allgemeine Dezentralisierung von Proof-of-Work-Blockchains.

Der Konsensmechanismus „Proof of Stake“ verfolgt einen anderen Ansatz und ersetzt die Schürfkraft durch den Absteckprozess. Dieser Mechanismus senkt die Eintrittsbarrieren und ermöglicht es jeder Person, Transaktionen zu bestätigen, wodurch der Schwerpunkt auf Standort, Ausrüstung und andere Faktoren verringert wird. Ihr Einsatz wird einfach durch die Anzahl Ihrer Token bestimmt.

Bei den meisten PoS-Netzwerken müssen Sie jedoch einen Validierungsknoten starten, um mit der Bestätigung von Transaktionen zu beginnen. Es kann ein teurer Prozess sein, aber nicht so teuer wie die Wartung mehrerer Mining-Rigs. Anschließend bieten die Benutzer ihre abgesteckten Token bestimmten Validatoren an, ähnlich wie bei Mining-Pools. Obwohl Proof of Stake die Teilnahme einzelner Benutzer erleichtert, ist es dennoch anfällig für das gleiche Zentralisierungsproblem wie Mining-Pools.

Sicherheits Risikos

Zusätzlich zum Risiko einer Zentralisierung könnte die Tatsache, dass die vier größten Mining-Pools über den Großteil der Hashing-Leistung des Bitcoin-Netzwerks verfügen, möglicherweise das Risiko eines 51-prozentigen Angriffs erhöhen. Ein 51 %-Angriff bezieht sich auf einen potenziellen Angriff auf die Sicherheit eines Blockchain-Systems durch einen böswilligen Akteur oder eine böswillige Organisation, der in der Lage ist, mehr als 50 % der gesamten Hash-Leistung des Netzwerks zu kontrollieren. In diesem Fall könnte der Angreifer den Konsensalgorithmus der Blockchain ändern und von doppelten Ausgaben profitieren, Transaktionsdatensätze ablehnen oder ändern oder sogar den Mining-Prozess anderer Miner blockieren. Aufgrund der Größe seines Netzwerks ist dies jedoch bei Bitcoin unwahrscheinlich.

Andererseits wäre es bei einem Angriff auf eine PoS-Blockchain notwendig, mehr als 50 % der Coins im Netzwerk zu besitzen. Dies würde zu einem Anstieg der Marktnachfrage und des Währungspreises führen, was Milliarden von Dollar kosten könnte. Selbst wenn es zu einem 51-prozentigen Angriff kommen würde, würde der Wert der eingesetzten Münzen dramatisch sinken, da das Netzwerk kompromittiert würde. Daher ist es unwahrscheinlich, dass es bei einer Kryptowährung, die den PoS-Konsens verwendet, zu einem 51-Prozent-Angriff kommt, insbesondere wenn es sich um eine Münze mit großer Marktkapitalisierung handelt.

Negative Aspekte des Proof of Stake

Viele sehen im Proof of Stake die beste Alternative zum Proof of Work, es ist jedoch wichtig zu beachten, dass der PoS-Algorithmus auch Mängel aufweist. Aufgrund des Belohnungsverteilungsmechanismus haben Validatoren mit mehr eingesetzten Vermögenswerten eine größere Chance, den nächsten Block zu validieren. Je mehr Münzen ein Prüfer ansammelt, desto mehr Münzen kann er einsetzen und Belohnungen erhalten. Viele kritisieren es mit der Aussage, dass dieses System „die Reichen reicher macht“. Diese „reicheren“ Validatoren können auch die Abstimmung im Netzwerk beeinflussen, da PoS-Blockchains den Validatoren häufig Governance-Rechte gewähren.

Ein weiteres Problem sind die Sicherheitsrisiken für Kryptowährungen mit geringerer Marktkapitalisierung, die den PoS-Mechanismus nutzen. Wie bereits erwähnt, ist ein 51-Prozent-Angriff bei populäreren Kryptowährungen wie ETH oder BNB unwahrscheinlich. Allerdings sind digitale Vermögenswerte mit einem geringeren Wert anfälliger für Angriffe. Hacker können genügend Münzen erwerben, um sich einen Vorteil gegenüber anderen Prüfern zu verschaffen. Dadurch können sie das PoS-System missbrauchen und werden oft als Validatoren eingesetzt. Die erhaltenen Belohnungen können im Stake-Prozess verwendet werden, wodurch sich die Chancen erhöhen, in der nächsten Runde erneut ausgewählt zu werden.

Schlussbetrachtungen

Proof of Work und Proof of Stake sind konsolidierte Mechanismen im Krypto-Ökosystem. Es ist schwer zu sagen, welches der Konsensprotokolle am besten funktioniert. PoW mag dafür kritisiert werden, dass es beim Mining hohe CO2-Emissionen verursacht, es hat sich jedoch als effizienter Algorithmus zur Gewährleistung der Sicherheit von Blockchain-Netzwerken erwiesen. Mit dem Upgrade von Ethereum von PoW auf PoS könnte der Proof of Stake jedoch in Zukunft zum am häufigsten verwendeten Mechanismus für neue Projekte werden.