Was ist das Proof-of-Work (PoW) Konsensmodell?

Das Proof-of-Work (PoW) Konsensmodell ist der dominierende Algorithmus unter den großen Kryptowährungen. Es wird von Bitcoin, Ethereum, Litecoin, Dogecoin, Bitcoin Cash und Monero verwendet. Aber wie funktioniert das?

Die Hardware des Miners löst das kryptografische Problem, das die Blockchain für sie darstellt. Auf diese Weise entstehen neue Blöcke in der Kette. Das Programm muss die Aufgabe „enträtseln“, um den nächsten Block zu erzeugen. Das Enträtseln ist eine einfache Aufzählung von Millionen von Codekombinationen, die jedoch enorme Rechenleistung erfordert und den Nachweis von Arbeit erbringt. Der Nachweis von der Arbeit ist dagegen ein eindeutiger Wert (Hash).

Sobald der Miner ihn gefunden hat, sendet er den Hash zur Überprüfung an andere Computer im Netzwerk. Andere Teilnehmer können den Hash mit der aktuellen Aufgabe abgleichen, ihn aber nicht zur Erstellung eines Blocks verwenden. Der Schlüssel zum Entsperren des Hashs gehört dem Miner, der ihn erstellt hat.

Die Besonderheit eines Hashes ist seine Asymmetrie – er ist für einen Miner schwer genug zu finden, aber für den Rest des Netzwerks einfach genug, um die Ãœbereinstimmung zu überprüfen. Dabei trägt jeder Hash Informationen von früheren Blöcken im Netz. Dadurch wird bestätigt, dass alle Aktionen innerhalb derselben Blockchain durchgeführt wurden.

Angenommen, Sie kennen die Nummer des Lottogewinns: 351. Es wäre schön, zur Kasse zu gehen und einen Schein mit diesen Nummern zu verlangen. Das geht aber nicht, denn die Tickets werden nach dem Zufallsprinzip vergeben. Sie können nur das Los bezahlen und hoffen, dass Sie die Glückszahl bekommen. Wenn nicht, haben Sie Pech gehabt. Kaufen Sie ein anderes Ticket und versuchen Sie es erneut. Die gute Nachricht ist, dass Sie es so oft versuchen können, wie Sie möchten. Die schlechte Nachricht ist, dass Sie für jedes neue Ticket bezahlen müssen.

Bei der Lotterie hofft jeder Spieler, dass er die Gewinnzahl vor allen anderen bekommt. Ebenso hofft jeder Schürfer, dass er den „Gewinner“-Hash vor den anderen Schürfern erstellen kann. Findet ein Miner zuerst die richtige „Antwort“, erhält er eine Belohnung in Form von Blockchain-Kryptowährung. Mit dieser Kryptowährung kann er dann auf Tesla Coin handeln und Gewinne erzielen.

Aber PoW hat auch bestimmte Nachteile. Der erste Nachteil ist die Umweltbelastung. Der Bergbau verbraucht eine ungeheure Menge an Strom. Computer verschleißen schnell, neue ersetzen sie, und die alten werden weggeworfen – es gibt also ganze Halden von Teilen.

Der zweite Nachteil ist der Schutz. Proof of Work bietet nur dann ein ausreichendes Maß an Sicherheit, wenn eine große Gruppe von Minern um die Belohnung für einen Block konkurriert. Wenn das Netz klein ist, besteht die Möglichkeit, dass ein Hacker eine einfache Mehrheit der Rechenleistung erhält und die Blöcke nach seinem Gutdünken umorganisiert. Dies wird auch als 51%-Angriff bezeichnet.

Der alternative Konsensalgorithmus PoS (Proof-of-Stake)

Proof-of-Stake weist diese beiden Nachteile nicht auf und scheint ein gerechteres Modell zu sein. Die PoS-Blockchain wird von Validatoren, den Eigentümern der Kryptowährung, verwaltet. Sie prüfen die Transaktionen der Nutzer, und wenn mindestens 2/3 der Validatoren zustimmen, dass die Transaktion gültig ist, wird sie in die neue Blockchain aufgenommen.Validatoren leisten nur nützliche Arbeit (Überprüfung), nicht aber Brute-Forcing der Zahlen, so dass sie nicht wie Miner in ein Leistungsrennen verwickelt sind.

Damit das Netz jedoch gut und schnell funktioniert, müssen die Prüfer die Software auf sehr leistungsfähiger Hardware betreiben, die rund um die Uhr mit dem Netz verbunden ist und über eine große Internet-Bandbreite verfügt. Auf einem Laptop funktioniert das nicht.

Der Validierer verpfändet seine Münzen an das Netzwerk, um am Validierungsprozess teilzunehmen. Es braucht die Blöcke nicht zu schürfen. Er muss nur Blöcke erstellen und die Blöcke anderer Prüfer überprüfen.

Der Validierer erhält für jede Transaktion eine Belohnung. Wenn sich herausstellt, dass er das Netz betrogen hat, wird er bestraft und ein Teil der Kaution wird einbehalten.

Bei einer großen Anzahl von Transaktionen werden die Prüfer mit größeren Sicherheiten vom Netz zugewiesen, um mehr Blöcke zu prüfen. Und die Belohnung wird im Verhältnis zur Anzahl der validierten Blöcke verteilt.