Proof of Work, Stake, Burn, Capacity, View… in der Blockchain-Welt gibt es zahlreiche unterschiedliche Methoden, um Transaktionen auf der Blockchain zu validieren. Doch wie funktionieren die verschiedenen – teils kuriosen – Validierungsmethoden und wo liegen die Vor- und Nachteile?
Damit Kryptonetzwerke dezentral funktionieren, braucht es möglichst viele Akteurinnen und Akteure, die über unterschiedliche Rechner an verschiedenen Orten der Welt sämtliche Transaktionen im Netzwerk überprüfen, validieren und protokollieren – also in das Blockchain-Protokoll einfügen. Diese User werden je nach Validierungsmethode Miner oder Validatoren genannt. Da der Prozess aufwendig ist, sind Anreize nötig, damit ausreichend viele User am Validierungsvorgang teilnehmen. Da die dafür notwendigen Rechenprozesse dezentral über viele unterschiedliche Rechner ausgeführt werden, müssen diese synchronisiert werden – sowohl zur Vorbeugung gegen zufällige Fehler als auch zum Schutz gegen gezielte Manipulation. Für die Synchronisierung wurden in der Blockchain-Welt zahlreiche Methoden – sogenannte Konsensmethoden – entwickelt. Einige von ihnen sind sehr bekannt – beispielsweise das auf der Bitcoin-Blockchain angewandte Verfahren Proof of Work oder Proof of Stake, das unter anderem für Blockchain-Projekte wie Cardano, Polkadot oder Ethereums ETH 2.0 genutzt wird.
Proof of Work und Proof of Stake sind die bekanntesten Beispiele für Konsensalgorithmen aus der Kryptowelt. Beide Verfahren bieten jedoch nicht nur Vor- sondern auch Nachteile, deshalb gibt es zahlreiche weitere Ansätze für Konsensverfahren, die Lösungen für die jeweiligen Probleme bieten sollen. Im Folgenden werden einige der bekannteren Verfahren vorgestellt.
Proof of Work
Proof of Work (PoW) ist ein Konsensmechanismus, der in vielen dezentralen Netzwerken verwendet wird, um die Konsensbildung zu ermöglichen. Dieser Mechanismus erfordert von den Netzwerkknoten einen erheblichen Rechenaufwand, um neue Blöcke zu validieren. Die Knoten, die die mathematischen Rätsel zuerst lösen, können neue Blöcke hinzufügen und erhalten als Belohnung neue Einheiten der Kryptowährung.
Der Hauptvorteil von PoW besteht darin, dass es sehr sicher ist. Um das Netzwerk zu übernehmen, müsste ein Angreifer mehr als 51% der Rechenleistung des Netzwerks kontrollieren, was in der Regel extrem schwierig und teuer ist. Dies hat dazu beigetragen, dass PoW-basierte Netzwerke wie Bitcoin in den letzten Jahren sehr sicher geblieben sind.
Allerdings hat PoW auch einige Nachteile. Einer der größten Nachteile ist der hohe Energieverbrauch. Da die Knoten im Netzwerk kontinuierlich mit hoher Rechenleistung arbeiten müssen, um neue Blöcke zu erstellen, ist der Energieverbrauch von PoW-Netzwerken sehr hoch. Dies ist ein ökologisches Problem und hat auch höhere Betriebskosten zur Folge.
Ein weiteres Problem von PoW ist die Skalierbarkeit. Da jeder Knoten im Netzwerk alle Transaktionen verarbeiten und validieren muss, kann dies zu einer Verlangsamung des Netzwerks führen. Dies kann dazu führen, dass Transaktionen langsamer bestätigt werden und höhere Gebühren anfallen.
Trotz dieser Herausforderungen bleibt PoW ein wichtiger Konsensmechanismus in der Kryptowelt. Bitcoin ist einer von vielen Kryptowährungen, der PoW nutzt. Es gibt jedoch auch alternative Mechanismen wie Proof of Stake (PoS), die eine geringere Energiebilanz und eine höhere Skalierbarkeit aufweisen. Einige Kryptowährungen wie Ethereum planen einen Übergang von PoW zu PoS, um diese Herausforderungen zu lösen und die Effizienz des Netzwerks zu erhöhen.
Proof of Stake
Proof of Stake (PoS) ist ebenfalls ein Konsensmechanismus. Auch das PoS ist dezentral. Im Gegensatz zu Proof of Work (PoW) erfordert PoS keine umfangreiche Rechenleistung, um neue Blöcke zu erstellen. Stattdessen wird die Teilnahme am Netzwerk durch den Einsatz von Kryptowährung belohnt. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Knoten ausgewählt wird, um einen Block zu validieren und hinzuzufügen, hängt von der Größe und des Zeitraumes seines Einsatzes ab.
Einer der Hauptvorteile von PoS ist der geringere Energieverbrauch im Vergleich zu PoW. Dies bedeutet auch, dass die Transaktionsgeschwindigkeit im PoS-System schneller sein kann, da weniger Zeit benötigt wird, um neue Blöcke zu validieren. PoS ist auch weniger anfällig für Angriffe durch 51% der Angreifer als PoW. Um das Netzwerk zu übernehmen, müsste ein Angreifer mehr als 51% aller Kryptowährungen im Umlauf besitzen, was wesentlich schwieriger und teurer ist als die Kontrolle über die Rechenleistung.
Es gibt jedoch auch Herausforderungen bei PoS. Ein Problem besteht darin, dass es Anreize gibt, zu betrügen. Wenn ein Knoten einen ungültigen Block validiert, verliert er seinen Einsatz. Um dieses Problem zu lösen, gibt es in PoS-Netzwerken oft Mechanismen wie Slashing, die die Einsätze von betrügerischen Knoten reduzieren.
Ein weiteres Problem ist, dass PoS-Netzwerke tendenziell weniger dezentralisiert sind als PoW-Netzwerke. Da der Einsatz von Kryptowährung erforderlich ist, um am Netzwerk teilzunehmen, können nur Personen mit ausreichendem Kapital als Knoten fungieren. Dies kann zu einer Konzentration der Netzwerkknoten bei einer kleinen Anzahl von Akteuren führen, was die Dezentralisierung des Netzwerks verringert.
Trotz dieser Herausforderungen wird PoS immer beliebter, da es viele Vorteile gegenüber PoW bietet. Ethereum, die zweitgrößte Kryptowährung nach Marktkapitalisierung, plant einen Übergang von PoW zu PoS mit der Einführung von Ethereum 2.0. Andere Kryptowährungen wie Cardano und Tezos verwenden bereits PoS als Konsensmechanismus.
Proof of Burn
Eine Variante von Proof of Stake ist Proof of Burn. Proof of Burn funktioniert vom Prinzip her ähnlich, mit einem zentralen Unterschied: Anstatt, dass nur „schlechte“ User Token verlieren, verlieren alle, die am Staking teilnehmen, Token. Die Miner senden einen Bruchteil ihres Stakes an eine sogenannte Burner-Adresse. Die Token werden dort „verbrannt“, das heißt dem Krypto-Kreislauf entzogen. Das klingt erstmal kontraproduktiv. Doch beweisen die Miner so, dass sie bereit sind, kurzfristig einen Verlust in Kauf zu nehmen, um langfristig einen Gewinn zu machen. Denn wer die meisten Token „verbrennt“, erhöht langfristig seine Chancen, den nächsten Block zur Validierung zugewiesen zu bekommen. Für jeden validierten Block gibt es eine Belohnung in Form von Token. Im Gegensatz zu Proof of Work ist dieses Konsensverfahren energiesparsam, denn statt viel Rechenleistung braucht das System die Bereitschaft der Akteurinnen und Akteure, einen Teil ihres Vermögens zu verbrennen, um so die Chancen auf Gewinne zu erhöhen. Proof of Burn ist ein recht neuer Konsensmechanismus – er kommt daher noch nicht großflächig in Netzwerken zum Einsatz.
Proof of Capacity
Proof of Capacity ist ebenfalls als energieeffizientere Variante von Proof of Work gedacht. Anstatt ihre Rechenleistung zur Verfügung zu stellen, stellen die Miner freien Speicherplatz auf ihre Festplatte zur Verfügung, worauf dann Lösungen zu Hashing-Aufgaben gespeichert werden. Das Prinzip funktioniert also in gewisser Weise umgekehrt wie Proof of Work: Anstatt wiederholt Rechnungen in unterschiedlichen Variationen durchzuführen, um so den richtigen Rechenweg zum gesuchten Hash zu finden, wird eine Liste möglicher Lösungen auf dem Gerät des Miners gespeichert, bevor dieser überhaupt mit dem Mining beginnt. Je größer der Speicherplatz ist, den der Miner zur Verfügung stellt, desto mehr mögliche Lösungen können darauf gespeichert werden und desto höher auch die Chance, dass richtige Lösungen dabei sind.
Der Miner muss also nur noch die auf seiner Festplatte gespeicherten möglichen Lösungen in die Hash-Funktion einspeisen, anstatt im Wettbewerb mit den anderen Minern durch möglichst viele Rechenversuche in möglichst kurzer Zeit die richtigen Werte zu raten. Auf diese Weise spart Proof of Capacity im Vergleich zu Proof of Work viel Energie. Gegenüber Proof of Stake hat die Methode den Vorteil, dass es keinen Grund gibt, Kryptos für das Staking zu „bunkern“. Zu den Blockchains, die auf Kapazitätsnachweisen basieren, gehören unter anderem der dezentrale Cloudspeicher-Anbieter Storj und Burst – das erste aller Proof of Capacity-Projekte.
Proof of View
Proof of View (PoV) ist ein relativ neues Konsensmodell, das auf der Blockchain-Technologie basiert. Im Gegensatz zu den weit verbreiteten Konsensmechanismen wie Proof of Work (PoW) und Proof of Stake (PoS) ist PoV noch nicht so weit verbreitet und wird in der Regel nur von wenigen dezentralen Netzwerken eingesetzt.
Das PoV-Modell verwendet eine spezielle Technologie namens “Stratified Consensus”. In diesem Modell werden mehrere Schichten oder “Schichten” von Knoten im Netzwerk erstellt, um eine höhere Genauigkeit und Sicherheit des Konsenses zu erreichen. Im Wesentlichen werden die Transaktionen im Netzwerk von mehreren Schichten von Knoten validiert, bevor sie in den endgültigen Konsens integriert werden.
Ein wichtiger Vorteil von PoV ist, dass es sehr energieeffizient ist. Im Gegensatz zu PoW, das eine hohe Rechenleistung erfordert, um neue Blöcke zu validieren, und PoS, das den Einsatz von Kryptowährung erfordert, um am Netzwerk teilzunehmen, erfordert PoV keine derartigen Ressourcen. Dadurch wird der Energieverbrauch deutlich reduziert und das Netzwerk wird ökologischer.
Ein weiterer Vorteil von PoV ist die erhöhte Skalierbarkeit. Da PoV auf mehrere Schichten von Knoten im Netzwerk angewiesen ist, um die Validierung von Transaktionen durchzuführen, kann das Netzwerk mehr Transaktionen gleichzeitig verarbeiten, was zu schnelleren Bestätigungszeiten und einer höheren Skalierbarkeit führt.
Einige der Nachteile von PoV umfassen jedoch die Notwendigkeit, einen hohen Grad an Sicherheit und Genauigkeit zu erreichen. Da das Modell auf mehrere Schichten von Knoten angewiesen ist, um die Validierung durchzuführen, kann eine fehlerhafte Schicht den gesamten Konsensprozess beeinträchtigen. Ein weiteres Problem ist die begrenzte Verbreitung von PoV, da es derzeit nur von wenigen dezentralen Netzwerken eingesetzt wird.
Insgesamt ist Proof of View ein vielversprechender Konsensmechanismus, der aufgrund seiner hohen Energieeffizienz und Skalierbarkeit viel Potenzial bietet. Obwohl es derzeit nicht so weit verbreitet ist wie PoW und PoS, könnte es in Zukunft an Bedeutung gewinnen, insbesondere wenn seine Leistung und Sicherheit weiter verbessert werden.
