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 doppelte Zahlungen. Die Blockchain wird von Teilnehmern, den sogenannten Minern, 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. Seit Dezember 2021 beträgt die Höhe der Belohnung 6,25 BTC pro Block plus Transaktionsgebühren.
Der Hauptunterschied zwischen PoW und PoS liegt in der Art und Weise, wie festgelegt wird, wer einen Block von Transaktionen validieren darf. Proof of Stake ist die beliebteste Alternative zu Proof of Work. Es handelt sich um einen Konsensmechanismus, der darauf abzielt, einige der Einschränkungen von PoW, wie z.B. Skalierbarkeitsprobleme und Energieverbrauch, zu verbessern. Bei PoS werden die Teilnehmer als Validierer bezeichnet. Sie müssen keine leistungsstarke Hardware verwenden, um die Chance zu nutzen, einen Block zu validieren. Stattdessen müssen sie die native Kryptowährung der Blockchain staken (sperren). Das Netzwerk wählt dann auf der Grundlage der gestaketen Kryptowährung einen Gewinner aus, der mit einem Teil der Transaktionsgebühren des von ihm validierten Blocks belohnt wird. Je mehr Coins gestaket werden, desto größer ist die Chance, als Validierer ausgewählt zu werden.
Einführung
Um sicherzustellen, dass die in einer Blockchain aufgezeichneten Transaktionen gültig sind, verwenden diese Netzwerke verschiedene Konsensmechanismen. Proof of Work (PoW) ist das älteste Verfahren. Es wurde von Satoshi Nakamoto entwickelt und gilt als eines der sichersten. Proof of Stake (PoS) wurde erst später entwickelt, ist aber heute 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 zu PoS zu wechseln.
Was ist Proof of Work (PoW) und wie funktioniert es?
Proof of Work (PoW) ist der Konsensalgorithmus, den das Bitcoin-Netzwerk und viele andere Kryptowährungen verwenden, um doppelte Zahlungen zu verhindern. Er wurde von Satoshi Nakamoto in dem 2008 veröffentlichten Bitcoin-Whitepaper eingeführt.
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 dazwischengeschaltet werden müssen.
In einem PoW-Netzwerk wie dem von Bitcoin werden die Transaktionen von Minern überprüft. Dabei handelt es sich um Teilnehmer, die eine große Menge an Ressourcen einsetzen, um sicherzustellen, dass das Netzwerk weiterhin sicher und korrekt funktioniert. Neben anderen Aufgaben erstellen und validieren die Miner Transaktionsblöcke. Um jedoch 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, dem es gelingt, eine gültige Lösung für diese mathematischen Probleme zu finden, erhält das Recht, seinen Block zur Blockchain hinzuzufügen und eine so genannte Blockbelohnung zu erhalten. Blockbelohnungen bestehen aus neu generierten Kryptowährungen plus Transaktionsgebühren. Die Menge der Kryptowährungen in einer Blockbelohnung variiert je nach Netzwerk. Auf der Bitcoin-Blockchain kann ein erfolgreicher Miner beispielsweise 6,25 BTC plus Gebühren aus jeder Blockbelohnung erhalten (Stand: Dezember 2021). Allerdings wird die Anzahl der pro Block erzeugten neuen BTC alle 210.000 Blöcke (etwa alle vier Jahre) durch einen als „Halbierung“ bekannten Mechanismus um 50% reduziert.
Wenn du mehr über das Modell „Proof of Work“ erfahren möchtest, sieh dir den Artikel Was ist Proof of Work (PoW)? an.
Was ist Proof of Stake (PoS) und wie funktioniert es?
Proof of Stake (PoS) ist ein Konsensalgorithmus, der 2011 als Alternative zum Proof of Work eingeführt wurde. Er zielt darauf ab, die Einschränkungen der Skalierbarkeit von PoW-Netzwerken zu überwinden. PoS ist der zweitbeliebteste Algorithmus, der von Kryptowährungen wie Binance Coin (BNB), Solana (SOL) und Cardano (ADA) verwendet wird.
Während PoW und PoS das gleiche Ziel verfolgen, nämlich einen Konsens in der Blockchain zu erreichen, hat PoS eine andere Methode, um zu bestimmen, wer einen Block von Transaktionen validiert. Bei PoS-Blockchains gibt es keine Miner. Anstatt sich auf leistungsstarke Computer zu verlassen, die um die Rechte zur Blockvalidierung konkurrieren, verlassen sich PoS-Validierer auf ihren Krypto-Bestand.
Um zur Validierung eines Blocks berechtigt zu sein, müssen die Teilnehmer eine bestimmte Menge an Coins in einem bestimmten Smart Contract auf der Blockchain sperren. Dieser Vorgang wird als Staking bezeichnet. Das PoS-Protokoll weist dann einen Teilnehmer für die Validierung des nächsten Blocks zu. Je nach Netzwerk kann diese Auswahl nach dem Zufallsprinzip oder nach dem Anteil (Stake) der Teilnehmer erfolgen. Der ausgewählte Validierer kann Transaktionsgebühren von dem Block, den er validiert hat, als Belohnung erhalten. In der Regel ist die Chance, ausgewählt zu werden, umso größer, je mehr Coins sie halten.
Weitere Einzelheiten findest du unter Proof of Stake (PoS) erklärt.
Unterschiede zwischen Proof of Work vs. 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 ist natürlich, wie PoW und PoS bestimmen, welcher Teilnehmer neue Transaktionen validiert. Für ein besseres 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 einige Vorteile gegenüber PoW hat, insbesondere in Bezug auf Skalierbarkeit und Transaktionsgeschwindigkeit. Es wird auch gesagt, dass PoS-Coins im Vergleich zu PoW weniger schädlich für die Umwelt sind. Im Gegensatz dazu argumentieren viele PoW-Befürworter, dass PoS als neuere Technologie sein Potenzial in Bezug auf die Netzwerksicherheit erst noch unter Beweis stellen muss. Die Tatsache, dass PoW-Netzwerke erhebliche Mengen an Ressourcen (Mining-Hardware, Strom usw.) benötigen, macht sie teurer für Angriffe. Dies gilt insbesondere für Bitcoin, die größte PoW-Blockchain.
Wie bereits erwähnt, wird Ethereum (ETH) voraussichtlich mit dem Ethereum 2.0-Upgrade von PoW auf PoS umgestellt. ETH 2.0 ist ein lang erwartetes Upgrade des Ethereum-Netzwerks, um dessen Leistung zu verbessern und das Problem der Skalierbarkeit zu lösen. Nach der Einführung von PoS auf Ethereum wird jeder mit mindestens 32 ETH in der Lage sein, am Staking teilzunehmen, um ein Validierer zu werden und Belohnungen zu erhalten.
Ist PoS besser als PoW? Was bringt die zweitgrößte Kryptowährung nach Marktkapitalisierung dazu, einen neuen Konsensmechanismus einzuführen?
Zentralisierungsrisiko
Bei den Proof of Work-Blockchains beinhaltet das Mining den Einsatz von Rechenleistung, um die Daten des Blocks zu hashen, bis eine gültige Lösung gefunden wird. Bei den großen Kryptowährungen von heute wird es immer schwieriger, Lösungen zu finden, und der Prozess des Berechnens großer Mengen von Hashes kann in Bezug auf Hardware und Energie teuer sein.
Daher ziehen es einige Miner vor, ihre Mining-Ressourcen in Mining-Pools zu bündeln, um eine größere Chance auf die Blockbelohnungen zu haben. Einige große Mining-Pools investieren Millionen von US-Dollar und kontrollieren Tausende von ASIC-Mining-Hardware, um so viel Hashing-Leistung wie möglich zu erzeugen.
Im Dezember 2021 kontrollierten die 4 größten Mining-Pools zusammen etwa 50% der gesamten Bitcoin-Hashing-Leistung. Die Vorherrschaft der Mining-Pools macht es für einzelne Krypto-Enthusiasten schwieriger, einen Block auf eigene Faust zu minen.
Aber wie dezentralisiert ist das Mining denn nun? Auf der einen Seite gibt es immer noch keine einzelne Entität, die Bestätigungen im Netzwerk kontrollieren kann. In diesem Fall wäre ein 51%-Angriff möglich, und das Netzwerk würde seinen Wert verlieren. Einige könnten argumentieren, dass das Mining zwar immer noch dezentralisiert ist, aber nicht mehr stark dezentralisiert. Bestimmte Bereiche, Hersteller von Mining-Ausrüstung und Energieproduzenten dominieren nach wie vor das Mining und reduzieren die Gesamtdezentralisierung 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 Einstiegshürden für eine Einzelperson, um Transaktionen zu bestätigen, und reduziert die Bedeutung von Standort, Ausrüstung und anderen Faktoren. Dein Stake wird einfach durch die Menge der Tokens bestimmt, die du besitzt.
Bei den meisten PoS-Netzwerken musst du jedoch einen Validierungsknoten betreiben, um mit der Bestätigung von Transaktionen zu beginnen. Der Betrieb dieses Knotens kann teuer sein, aber nicht so teuer wie mehrere Mining-Rigs. Die Nutzer staken dann ihre Tokens hinter bestimmten Validierern, sodass wir ein ähnliches Modell wie bei Mining-Pools haben. Auch wenn ein durchschnittlicher Nutzer leichter an Proof of Stake teilnehmen kann, ist es immer noch anfällig für das gleiche Zentralisierungsproblem wie bei Mining-Pools.
Sicherheitsrisiken
Zusätzlich zum Zentralisierungsrisiko könnte die Tatsache, dass die vier größten Mining-Pools die Mehrheit der Hashing-Leistung des Bitcoin-Netzwerks besitzen, das Risiko eines 51%-Angriffs potenziell 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/die es schafft, mehr als 50% der gesamten Hashing-Leistung des Netzwerks zu kontrollieren. Der Angreifer könnte den Blockchain-Konsensalgorithmus außer Kraft setzen und böswillige Handlungen zum eigenen Vorteil begehen, z.B. doppelte Zahlungen tätigen, Transaktionsdatensätze ablehnen oder ändern oder andere am Mining hindern. Aufgrund der Größe des Bitcoin-Netzwerks ist es jedoch unwahrscheinlich, dass dies bei Bitcoin passiert.
Im Gegensatz dazu müsste jemand, der eine PoS-Blockchain angreifen will, mehr als 50% der Coins im Netzwerk besitzen. Dies würde die Nachfrage auf dem Markt und den Coin-Preis in die Höhe treiben, was Dutzende von Milliarden US-Dollar kosten könnte. Selbst wenn sie einen 51%-Angriff durchführen, würde der Wert ihrer gestaketen 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 hoher 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 Mechanismus zur Verteilung der Belohnungen können Validierer, die mehr Assets staken, ihre Chancen erhöhen, den nächsten Block zu validieren. Je mehr Coins ein Validierer anhäuft, desto mehr Coins kann er staken und verdienen, was von manchen als „die Reichen reicher machen“ kritisiert wird. Diese „reicheren“ Validierer können auch die Abstimmung im Netzwerk beeinflussen, da PoS-Blockchains den Validierern oft Governance-Rechte einräumen.
Ein weiteres Problem sind die Sicherheitsrisiken für Kryptowährungen mit geringerer Marktkapitalisierung, die PoS einsetzen. Wie bereits erwähnt, ist es nicht sehr wahrscheinlich, dass ein 51%-Angriff auf die populäreren Kryptowährungen wie ETH oder BNB erfolgen würde. Kleinere digitale Assets mit einem geringeren Wert sind jedoch anfälliger für Angriffe. Die Angreifer könnten möglicherweise genügend Coins erwerben, um sich einen Vorteil gegenüber anderen Validierern zu verschaffen. Sie könnten das PoS-System ausnutzen, indem sie häufig als Validierer ausgewählt werden. Die verdienten Belohnungen können dann für weitere Einsätze verwendet werden und erhöhen ihre Chance, in der nächsten Runde ausgewählt zu werden.
Zusammenfassung
Proof of Work und Proof of Stake haben beide ihren Platz im Krypto-Ökosystem, und lässt sich kaum beurteilen, welches Konsensprotokoll besser funktioniert. PoW wird vielleicht 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 Proof of Stake in Zukunft von neuen Projekten stärker bevorzugt werden.