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Proof of Stake ist eine beliebte Alternative zum Proof of Work-Konsensalgorithmus. Dieser Mechanismus nutzt zur Bestätigung von Transaktionen keine Rechenleistung, sondern eingesetzte Münzen, die von Validatoren bereitgestellt werden. Proof of Stake kann den Energieverbrauch erheblich senken sowie die Dezentralisierung, Sicherheit und Skalierbarkeit erhöhen.
Allerdings ist Proof of Stake für Benutzer, die keinen Zugang zu Kryptowährungen haben, möglicherweise nicht so praktisch und birgt möglicherweise auch das Risiko eines 51-prozentigen Angriffs auf Blockchains mit niedriger Marktkapitalisierung. Da Proof of Stake äußerst vielseitig ist, gibt es eine große Bandbreite an Variationen für unterschiedliche Blockchains und Aufgaben.
Einführung
Proof of Stake ist heute der beliebteste Konsensalgorithmus für viele Blockchain-Netzwerke, kann jedoch aufgrund der großen Anzahl an Variationen schwer zu verstehen sein. Darüber hinaus ist es nahezu unmöglich, diesen Mechanismus in seiner ursprünglichen Form zu finden. Allerdings basieren alle Arten von Proof of Stake auf denselben Konzepten, deren Verständnis Ihnen dabei hilft, die beste Entscheidung bei der Auswahl einer Blockchain zu treffen.
Was bedeutet „Proof of Stake“?
Der Proof of Stake-Konsensalgorithmus wurde 2011 im Bitcointalk-Forum mit dem Ziel eingeführt, die Probleme des Proof of Work zu lösen. Obwohl beide Mechanismen darauf abzielen, einen Konsens über die Blockchain zu erzielen, tun sie dies auf unterschiedliche Weise. Wenn Proof-of-Work-Benutzer Rechenarbeit leisten, müssen Proof-of-Stake-Teilnehmer nur Münzen einsetzen.
Wie funktioniert der Proof of Stake?
Der Proof of Stake-Mechanismus basiert auf einem zufälligen Auswahlprozess, der einen Validator aus einer Gruppe von Knoten bestimmt. Dazu nutzt das System eine Kombination von Faktoren, darunter die Dauer des Münzeinsatzes, die Randomisierung und die finanzielle Sicherheit des Knotens.
In Proof-of-Stake-Systemen wird im Zusammenhang mit der Erstellung von Blöcken der Begriff „Forging“ statt „Mining“ verwendet, es sind jedoch beide Optionen zu finden. Die meisten Proof-of-Stake-Kryptowährungen werden mit einem Vorrat an vorgefertigten Münzen gestartet, sodass die Knoten sofort mit der Arbeit beginnen können.
Um am Blockerstellungsprozess teilzunehmen, sperren Benutzer eine Reihe von Münzen im Netzwerk und fügen sie dem Staking hinzu. Die Anzahl der eingesetzten Münzen erhöht die Chancen, dass jeder Knoten als nächster Prüfer ausgewählt wird: Je höher der eingesetzte Betrag, desto höher die Chancen. Um eine faire Auswahl der Knoten zu gewährleisten, ohne die reichsten zu bevorzugen, verwendet der Auswahlprozess einzigartige Methoden wie zufällige Blockauswahl und Auswahl der Einsatzdauer.
Zufällige Blockauswahl
Bei der zufälligen Blockauswahl werden Validatoren bestimmt, indem nach Knoten mit dem kleinsten Hashwert und dem größten Einsatzbetrag gesucht wird. In diesem Fall ist es in der Regel möglich, im Voraus vorherzusagen, wer der nächste Prüfer wird, da die Menge der von jedem Teilnehmer eingesetzten Münzen öffentlich einsehbar ist.
Auswahl nach Absteckdauer
Bei der Auswahl nach Einsatzdauer werden Validatoren anhand der Dauer bestimmt, wie lange ihre Token eingesetzt wurden. Die Dauer wird berechnet, indem die Anzahl der Tage, an denen eine Münze eingesetzt wurde, mit der Anzahl der eingesetzten Münzen multipliziert wird.
Sobald ein Block erstellt wurde, wird die Dauer auf Null zurückgesetzt, sodass es einige Zeit dauern wird, bis derselbe Knoten zum Erstellen des nächsten Blocks ausgewählt wird, wodurch verhindert wird, dass Rich-Knoten die Blockchain dominieren.
Transaktionsüberprüfung
Jede Kryptowährung mit einem Proof-of-Stake-Konsensalgorithmus verfügt über eigene Regeln und Methoden, die die Effizienz des Netzwerks sicherstellen.
Der zum Erstellen eines neuen Blocks ausgewählte Knoten überprüft die Gültigkeit der Transaktionen, signiert den Block und fügt ihn der Blockchain hinzu. Als Belohnung erhält der Validator einen Teil der Transaktionsgebühren aus dem hinzugefügten Block, bei manchen Blockchains auch eine Belohnung in Form von Coins.
Wenn ein Teilnehmer nicht länger Initiator sein möchte, werden seine verdienten Belohnungen und Stake-Coins für einige Zeit gesperrt. Dies gibt dem System die Möglichkeit zu überprüfen, ob der Initiator betrügerische Blöcke zur Blockchain hinzugefügt hat.
Welche Blockchains verwenden Proof of Stake?
Die meisten Blockchains, die nach Ethereum entstanden sind, verwenden Proof-of-Stake-Konsensmechanismen. Normalerweise wird jeder Mechanismus an die Anforderungen des Netzwerks angepasst. Als nächstes werden wir sie genauer betrachten. Ethereum selbst befindet sich derzeit im Prozess der Umstellung auf Proof of Stake durch das Ethereum 2.0-Update.
Zu den Blockchain-Netzwerken, die Proof of Stake oder Variationen davon verwenden, gehören:
1. BNB-Kette
2. BNB Smart Chain
3. Solana
4. Lawine
5. Polkadot
Vorteile des Proof of Stake
Da Proof of Stake dem Proof of Work in vielen Aspekten überlegen ist, wird es in fast allen neuen Blockchains verwendet. Zu seinen Vorteilen gehören:
Anpassungsfähigkeit
Proof of Stake ist bestrebt, den sich ändernden Bedürfnissen der Benutzer und der sich weiterentwickelnden Blockchain gerecht zu werden, was sich in der Entstehung neuer und vielfältiger Variationen des Algorithmus widerspiegelt. Dieser Mechanismus ist multifunktional und für die meisten Blockchain-Aufgaben geeignet.
Dezentralisierung
Laufende Knoten sind zugänglicher geworden und das Netzwerk möchte Benutzer dazu ermutigen, sie zu betreiben. Das Anreizsystem und der Randomisierungsprozess machen das Netzwerk außerdem dezentraler. Trotz der Existenz von Absteckpools ist die Wahrscheinlichkeit, dass eine Person erfolgreich einen Block unter Proof of Stake erstellt, viel höher. Dies verringert die Notwendigkeit, Absteckpools zu erstellen.
Energieeffizienz
Im Vergleich zu Proof of Work ist Proof of Stake unglaublich energieeffizient. Bei einem solchen Mechanismus hängen die Teilnahmekosten von den wirtschaftlichen Kosten des Einsatzes und nicht vom Rechenaufwand für die Lösung der Rätsel ab. Der Betrieb dieses Konsensmechanismus erfordert daher viel weniger Energiekosten.
Skalierbarkeit
Da Proof of Stake nicht auf physischen Maschinen beruht, um einen Konsens zu erzielen, handelt es sich um einen skalierbareren Mechanismus. Es ist nicht erforderlich, riesige Mining-Farmen zu kaufen und viel Energie aufzuwenden. Die Verwendung mehrerer Validatoren im Netzwerk ist viel kostengünstiger, einfacher und zugänglicher.
Sicherheit
Der Absteckmechanismus bietet dem Initiator einen Anreiz, nur verifizierte Blöcke zu erstellen. Wenn das Netzwerk eine betrügerische Transaktion erkennt, verliert der Validator einen Teil seines Einsatzes und das Recht, in Zukunft Blöcke zu erstellen. Wenn also der Einsatzanteil größer ist als die Belohnung, verliert der unehrliche Prüfer mehr Münzen, als er erhält.
Um die Kontrolle über das Netzwerk zu übernehmen und betrügerische Transaktionen durchzuführen, muss ein Knoten einen größeren Anteil des Netzwerks besitzen – dies wird als 51-Prozent-Angriff bezeichnet. Dies ist jedoch nur möglich, wenn Sie 51 % der im Umlauf befindlichen Münzen erwerben, was praktisch unmöglich ist.
Dennoch kann dies in manchen Fällen ein Nachteil sein – wir werden uns das als Nächstes ansehen.
Nachteile des Proof of Stake
Obwohl Proof of Stake viele Vorteile gegenüber Proof of Work hat, hat es dennoch einige Nachteile:
Forky
Mit dem Standard-Proof-of-Stake-Mechanismus gibt es auf beiden Seiten der Gabelung keine Hindernisse für den Bergbau. Bei Proof of Work führt das Mining auf beiden Seiten jedoch zu hohen Energiekosten. Durch den Einsatz von Proof of Stake können die Kosten erheblich gesenkt werden, da Benutzer auf beiden Seiten des Forks „staken“ können.
Verfügbarkeit
Zum Abstecken benötigen Benutzer native Blockchain-Token – diese können über eine Börse oder auf andere Weise erworben werden. Manchmal kann ein effektiver Einsatz erhebliche Investitionen erfordern.
Mit dem Proof-of-Work-Mechanismus können Sie an günstigen Bergbaugeräten arbeiten oder diese sogar mieten. Dadurch können Benutzer dem Pool beitreten und schnell mit der Überprüfung von Transaktionen und dem Geldverdienen beginnen.
Angriff 51 %
Obwohl Proof of Work ebenfalls zu 51 % anfällig für Angriffe ist, sind Blockchains mit einem Proof of Stake-Mechanismus dafür anfälliger. Wenn der Preis eines Tokens einbricht oder die Blockchain eine geringe Marktkapitalisierung aufweist, könnten Angreifer theoretisch zu einem niedrigen Preis mehr als 50 % der Token erwerben und die Kontrolle über das Netzwerk übernehmen.
Arbeitsnachweis und Nachweis des Einsatzes
Beim Vergleich dieser beiden Konsensmechanismen fallen mehrere wesentliche Unterschiede auf.
Es gibt jedoch eine Vielzahl von Versionen des Proof of Stake auf Blockchains. Viele Unterschiede hängen von den spezifischen Zielen des Mechanismus ab.
Variationen des Proof-of-Stake-Mechanismus
Proof of Stake ist sehr anpassungsfähig. Entwickler können den Mechanismus entsprechend den Besonderheiten der Blockchain ändern. Im Folgenden sind einige der häufigsten Variationen aufgeführt.
Delegierter Proof of Stake (DPoS)
Der delegierte Einsatznachweis ermöglicht es Benutzern, Münzen zu setzen, ohne ein Prüfer zu werden. In diesem Fall fungieren sie als Delegierte: Sie spenden über den Validator Mittel zum Einsatz und erhalten einen Teil der Belohnungen für den Block. Je mehr Delegierte einen möglichen Validator unterstützen, desto höher sind die Chancen seiner Auswahl. In der Regel orientieren sich die Delegierten an der Höhe der Anreize, die Validatoren bieten, sowie an ihrem Ruf.
Nominierter Proof of Stake (NPoS)
Nominated Proof of Stake ist ein von Polkadot entwickeltes Konsensmodell. Es ähnelt in vielerlei Hinsicht dem delegierten Nachweis des Einsatzes, weist jedoch einen wesentlichen Unterschied auf: Wenn ein Nominierter (Delegierter) Gelder über einen böswilligen Prüfer einsetzt, riskiert er auch, sein Geld zu verlieren.
Die Nominierten können bis zu 16 Validatoren auswählen, über die sie Mittel zum Einsatz bereitstellen. Das Netzwerk verteilt die Münzen dann gleichmäßig auf die ausgewählten Prüfer. Polkadot verwendet außerdem mehrere spieltheoretische und wahltheoretische Ansätze, um zu bestimmen, wer einen neuen Block schmieden wird.
Nachweis der eingesetzten Autorität (PoSA)
BNB Smart Chain nutzt Proof of Staked Authority, um einen Netzwerkkonsens zu erreichen. Dieser Konsensmechanismus kombiniert Proof of Authority und Proof of Stake und ermöglicht es Validatoren, abwechselnd Blöcke zu fälschen. Eine Gruppe von 21 aktiven Validatoren darf teilnehmen, ausgewählt nach der Menge an BNB, die sie in ihrem Namen eingesetzt oder delegiert haben. Diese Gruppe wird täglich ausgewählt und BNB Chain speichert Informationen zu dieser Auswahl.
Abschluss
Die Methoden zum Hinzufügen von Blöcken zum Netzwerk haben sich seit der Einführung von Bitcoin erheblich verändert. Jetzt müssen sich Benutzer nicht mehr auf Rechenleistung verlassen, um einen Krypto-Konsens zu erzielen. Stattdessen können sie den Proof of Stake-Algorithmus verwenden, der viele Vorteile bietet und sich als effektiv erwiesen hat. Vielleicht wird seine Alternative, der Proof-of-Work-Mechanismus, im Laufe der Zeit nur noch von Bitcoin und einer kleinen Anzahl anderer Netzwerke genutzt. Unabhängig davon wird der Proof of Stake auf jeden Fall Bestand haben.
