TL;DR
Proof of Work (PoW) und Proof of Stake (PoS) sind die gängigsten Konsensmechanismen. Sie werden von den wichtigsten Kryptowährungen eingesetzt, um ihr Netzwerk zu sichern.
Proof of Work wird in Bitcoin verwendet, um Transaktionen zu validieren und das Netzwerk zu sichern. PoW verhindert unter anderem Doppelausgaben. Die Blockchain wird durch Teilnehmer, sogenannte Miner, gesichert, die mit ihrer Rechenleistung um das Recht konkurrieren, neue Blöcke zu bestätigen und die Blockchain zu aktualisieren. Ein erfolgreicher Miner wird vom Netzwerk in BTC belohnt. Ab Dezember 2021 kann ein Miner durch das erfolgreiche 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 darf. Proof of Stake ist die beliebteste Alternative zu Proof of Work. Es handelt sich dabei um einen Konsensmechanismus, der einige der Einschränkungen von PoW, wie Skalierbarkeitsprobleme und Energieverbrauch, beheben soll. Bei PoS werden die Teilnehmer Validierer genannt. Sie müssen keine leistungsstarke Hardware verwenden, um um die Chance zu konkurrieren, einen Block zu validieren. Stattdessen müssen sie die native Kryptowährung der Blockchain einsetzen (sperren). Das Netzwerk wählt dann einen Gewinner basierend auf der Menge der eingesetzten Kryptowährung aus, der mit einem Teil der Transaktionsgebühren aus dem von ihm validierten Block belohnt wird. Je mehr Münzen eingesetzt werden, desto höher ist die Chance, als Validierer ausgewählt zu werden.
Einführung
Um sicherzustellen, dass die in einer Blockchain aufgezeichneten Transaktionen gültig sind, verwenden diese Netzwerke unterschiedliche Konsensmechanismen. Proof of Work (PoW) ist der älteste. Er wurde von Satoshi Nakamoto entwickelt und wird von vielen als eine der sichersten Alternativen angesehen. Proof of Stake (PoS) wurde später entwickelt, ist aber mittlerweile in den meisten Altcoin-Projekten zu finden.
Abgesehen von Bitcoin wird PoW auch in anderen wichtigen Kryptowährungen wie Ethereum (ETH) und Litecoin (LTC) verwendet. Im Gegensatz dazu wird PoS von Binance Coin (BNB), Solana (SOL), Cardano (ADA) und anderen Altcoins verwendet. Es ist erwähnenswert, dass Ethereum plant, im Jahr 2022 von PoW auf PoS umzusteigen.
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 übernommen wurde, um Doppelausgaben zu verhindern. Er wurde von Satoshi Nakamoto im Bitcoin-Whitepaper vorgestellt, das 2008 veröffentlicht wurde.
Im Wesentlichen bestimmt PoW, wie die Bitcoin-Blockchain einen verteilten Konsens erreicht. Es wird verwendet, um Peer-to-Peer-Transaktionen auf vertrauenslose Weise zu validieren, ohne dass Dritte als Vermittler erforderlich sind.
In einem PoW-Netzwerk wie dem von Bitcoin werden Transaktionen von Minern verifiziert. Sie sind Teilnehmer, die eine große Menge an Ressourcen einsetzen, um sicherzustellen, dass das Netzwerk weiterhin sicher und korrekt läuft. Unter anderem erstellen und validieren Miner Transaktionsblöcke. Aber um um das Recht zu konkurrieren, den nächsten Block zu validieren, müssen sie hochspezialisierte Mining-Hardware verwenden, um komplexe mathematische Rätsel zu lösen.
Der erste Miner, der eine gültige Lösung für diese mathematischen Probleme findet, erhält das Recht, seinen Block zur Blockchain hinzuzufügen und eine sogenannte Blockbelohnung zu erhalten. Blockbelohnungen bestehen aus neu generierten Kryptowährungen zuzüglich Transaktionsgebühren. Die Menge an Kryptowährung in einer Blockbelohnung variiert je nach Netzwerk. Auf der Bitcoin-Blockchain kann ein erfolgreicher Miner beispielsweise 6,25 BTC zuzüglich Gebühren aus jeder Blockbelohnung erhalten (Stand: Dezember 2021). Die Anzahl der pro Block generierten neuen BTCs wird jedoch alle 210.000 Blöcke (ungefähr alle vier Jahre) aufgrund eines als Halbierung bekannten Mechanismus um 50 % reduziert.
Wenn Sie mehr über das Proof of Work-Modell erfahren möchten, lesen Sie „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. Ziel ist es, die Skalierbarkeitsbeschränkungen von PoW-Netzwerken zu überwinden. PoS ist der zweitbeliebteste Algorithmus, der von Kryptowährungen wie Binance Coin (BNB), Solana (SOL) und Cardano (ADA) übernommen wurde.
Während PoW und PoS dasselbe Ziel verfolgen, nämlich einen Konsens in der Blockchain zu erreichen, bestimmt PoS auf andere Weise, wer einen Transaktionsblock validiert. Auf PoS-Blockchains gibt es keine Miner. Anstatt sich auf leistungsstarke Computer zu verlassen, die um Blockvalidierungsrechte konkurrieren, verlassen sich PoS-Validatoren auf ihre Kryptobestände.
Um einen Block validieren zu können, müssen die Teilnehmer eine bestimmte Anzahl von Coins in einem bestimmten Smart Contract auf der Blockchain sperren. Dieser Vorgang wird als Staking bezeichnet. Das PoS-Protokoll weist dann einen Teilnehmer zu, der den nächsten Block validieren soll. Je nach Netzwerk kann diese Auswahl zufällig oder entsprechend der Bestände (Einsatz) erfolgen. Der ausgewählte Validierer kann als Belohnung Transaktionsgebühren aus dem von ihm validierten Block erhalten. Normalerweise gilt: Je mehr Coins er sperrt, desto höher ist die Chance, ausgewählt zu werden.
Weitere Einzelheiten finden Sie unter „Proof of Stake (PoS) erklärt“.
Unterschiede zwischen Proof of Work und Proof of Stake
Obwohl es sich bei beiden um Konsensmechanismen handelt, die die Sicherheit des Blockchain-Netzwerks gewährleisten, gibt es gewisse Unterschiede zwischen beiden. Der größte Unterschied besteht natürlich darin, wie PoW und PoS bestimmen, welcher Teilnehmer neue Transaktionen validiert. 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 argumentieren, dass PoS gegenüber PoW einige Vorteile hat, insbesondere in Bezug auf Skalierbarkeit und Transaktionsgeschwindigkeit. Es wird auch gesagt, dass PoS-Münzen im Vergleich zu PoW weniger umweltschädlich sind. Im Gegensatz dazu argumentieren viele PoW-Befürworter, dass PoS als neuere Technologie sein Potenzial in Bezug auf die Netzwerksicherheit noch unter Beweis stellen muss. Die Tatsache, dass PoW-Netzwerke erhebliche Mengen an Ressourcen (Mining-Hardware, Strom usw.) erfordern, macht sie teurer anzugreifen. Dies gilt insbesondere für Bitcoin als größte PoW-Blockchain.
Wie erwähnt wird erwartet, dass Ethereum (ETH) im Rahmen des Ethereum 2.0-Upgrades von PoW auf PoS umstellt. ETH 2.0 ist ein lang erwartetes Upgrade des Ethereum-Netzwerks, um dessen Leistung zu verbessern und das Skalierbarkeitsproblem zu lösen. Nach der Implementierung von PoS auf Ethereum kann jeder mit mindestens 32 ETH am Staking teilnehmen, um Validator zu werden und Belohnungen zu erhalten.
Ist PoS besser als PoW? Was veranlasst die nach Marktkapitalisierung zweitgrößte Kryptowährung dazu, einen neuen Konsensmechanismus einzuführen?
Zentralisierungsrisiko
Beim Mining von Proof-of-Work-Blockchains werden die Daten des Blocks mithilfe von Rechenleistung gehasht, bis eine gültige Lösung gefunden ist. Bei den wichtigsten Kryptowährungen wird es heute immer schwieriger, Lösungen zu finden, und das Erraten riesiger Mengen an Hashes kann in Bezug auf Hardware und Strom teuer sein.
Daher ziehen es manche Miner vor, ihre Mining-Ressourcen in Mining-Pools anzusammeln, um eine größere Chance auf Blockbelohnungen zu haben. Einige große Mining-Pools investieren Millionen von Dollar und kontrollieren Tausende von ASIC-Mining-Hardware, um so viel Hashing-Leistung wie möglich zu generieren.
Stand Dezember 2021 kontrollieren die vier größten Mining-Pools zusammen rund 50 % der gesamten Bitcoin-Hashing-Leistung. Die Dominanz der Mining-Pools macht es für einzelne Krypto-Enthusiasten schwieriger, einen Block selbst zu minen.
Aber wie dezentralisiert ist das Mining dann wirklich? Einerseits gibt es immer noch keine einzelne Instanz, die die Bestätigungen im Netzwerk kontrollieren kann. Wenn dies der Fall wäre, wäre ein 51%-Angriff möglich und das Netzwerk würde seinen Wert verlieren. Manche könnten argumentieren, dass das Mining zwar immer noch dezentralisiert ist, aber nicht mehr stark dezentralisiert. Bestimmte Bereiche, Hersteller von Bergbauausrüstung und Energieerzeuger dominieren das Mining immer noch und verringern die allgemeine Dezentralisierung für Proof-of-Work-Blockchains.
Der Proof of Stake-Konsensmechanismus verfolgt einen anderen Ansatz und ersetzt die Mining-Leistung durch Staking. Dieser Mechanismus senkt die Eintrittsbarrieren für eine Einzelperson zur Bestätigung von Transaktionen und verringert die Bedeutung von Standort, Ausrüstung und anderen Faktoren. Ihr Einsatz wird einfach durch die Anzahl der Token bestimmt, die Sie haben.
Die meisten PoS-Netzwerke erfordern jedoch, dass Sie einen Validierungsknoten ausführen, um mit der Bestätigung von Transaktionen zu beginnen. Dies kann teuer sein, aber nicht so teuer wie mehrere Mining-Rigs. Benutzer setzen dann ihre Token hinter bestimmten Validatoren ein, wodurch wir ein ähnliches Modell wie bei Mining-Pools erhalten. Obwohl es für einen durchschnittlichen Benutzer einfacher ist, an Proof of Stake teilzunehmen, ist es dennoch anfällig für das gleiche Zentralisierungsproblem wie Mining-Pools.
Sicherheits Risikos
Neben dem Zentralisierungsrisiko könnte die Tatsache, dass die vier größten Mining-Pools über die Mehrheit der Hashing-Leistung des Bitcoin-Netzwerks verfügen, das Risiko eines 51%-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, die über 50 % der gesamten Hashing-Leistung des Netzwerks kontrolliert. Der Angreifer könnte den Blockchain-Konsensalgorithmus außer Kraft setzen und böswillige Handlungen zu seinem eigenen Vorteil begehen, wie z. B. Doppelausgaben, Ablehnung oder Änderung von Transaktionsdatensätzen oder Verhinderung des Minings anderer. Aufgrund der Größe des Bitcoin-Netzwerks ist dies jedoch unwahrscheinlich.
Wenn dagegen jemand eine PoS-Blockchain angreifen würde, müsste er mehr als 50 % der Coins im Netzwerk besitzen. Dies würde die Nachfrage auf dem Markt und den Coin-Preis steigen lassen, was zig Milliarden Dollar kosten könnte. Selbst wenn sie einen 51 %-Angriff begehen würden, würde der Wert ihrer eingesetzten Coins drastisch sinken, da das Netzwerk kompromittiert wird. Daher ist es nicht sehr wahrscheinlich, dass ein 51 %-Angriff auf eine Kryptowährung erfolgt, die den PoS-Konsens verwendet, insbesondere wenn es sich um eine Kryptowährung mit großer Marktkapitalisierung handelt.
Nachteile von Proof of Stake
Viele sehen Proof of Stake als bessere Alternative zu Proof of Work, aber es ist erwähnenswert, dass der PoS-Algorithmus auch Mängel aufweist. Aufgrund des Belohnungsverteilungsmechanismus können Validierer mit mehr eingesetzten Vermögenswerten ihre Chancen erhöhen, den nächsten Block zu validieren. Je mehr Münzen ein Validierer ansammelt, desto mehr Münzen kann er einsetzen und verdienen, was manche Leute als „die Reichen reicher machen“ kritisieren. Diese „reicheren“ Validierer können auch die Abstimmung im Netzwerk beeinflussen, da PoS-Blockchains Validierern häufig Governance-Rechte gewähren.
Ein weiteres Problem sind Sicherheitsrisiken für Kryptowährungen mit geringerer Marktkapitalisierung, die PoS übernehmen. Wie bereits erwähnt, ist es nicht sehr wahrscheinlich, dass ein 51%-Angriff auf die beliebteren Kryptowährungen wie ETH oder BNB stattfinden würde. Kleinere digitale Vermögenswerte mit einem geringeren Wert sind jedoch anfälliger für Angriffe. Die Angreifer könnten möglicherweise genügend Münzen erwerben, um sich einen Vorteil gegenüber anderen Validierern zu verschaffen. Sie könnten das PoS-System ausnutzen, indem sie häufig als Validierer ausgewählt werden. Die Belohnungen, die sie verdient haben, können dann für weiteres Staking verwendet werden und erhöhen ihre Chance, in der nächsten Runde ausgewählt zu werden.
Abschließende Gedanken
Proof of Work und Proof of Stake haben beide ihren Platz im Krypto-Ökosystem und es ist schwer mit Sicherheit zu sagen, welches Konsensprotokoll besser funktioniert. PoW wird möglicherweise dafür kritisiert, dass es beim Mining hohe Kohlenstoffemissionen verursacht, aber es hat sich als sicherer Algorithmus zum Schutz von Blockchain-Netzwerken bewährt. Da Ethereum jedoch von PoW zu PoS wechselt, könnte das Proof of Stake-System in Zukunft bei neuen Projekten stärker bevorzugt werden.
