Proof of Work (PoW) vs. Proof of Stake (PoS)
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Proof of Work (PoW) vs. Proof of Stake (PoS)

Proof of Work (PoW) vs. Proof of Stake (PoS)

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Veröffentlicht Dec 12, 2018Aktualisiert Aug 17, 2023
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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 Bl√∂cke zu best√§tigen und die Blockchain zu aktualisieren. Ein erfolgreicher Miner wird vom Netzwerk in BTC belohnt. Seit Dezember 2021 betr√§gt die H√∂he der Belohnung 6,25 BTC pro Block plus Transaktionsgeb√ľhren.

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 Einschr√§nkungen von PoW, wie z.B. Skalierbarkeitsprobleme und Energieverbrauch, zu verbessern. Bei PoS werden die Teilnehmer als Validierer bezeichnet. Sie m√ľssen keine leistungsstarke Hardware verwenden, um die Chance zu nutzen, einen Block zu validieren. Stattdessen m√ľssen sie die native Kryptow√§hrung der Blockchain staken (sperren). Das Netzwerk w√§hlt dann auf der Grundlage der gestaketen Kryptow√§hrung einen Gewinner aus, der mit einem Teil der Transaktionsgeb√ľhren des von ihm validierten Blocks belohnt wird. Je mehr Coins gestaket werden, desto gr√∂√üer ist die Chance, als Validierer ausgew√§hlt zu werden.


Einf√ľhrung

Um sicherzustellen, dass die in einer Blockchain aufgezeichneten Transaktionen g√ľltig sind, verwenden diese Netzwerke verschiedene Konsensmechanismen. Proof of Work (PoW) ist das √§lteste Verfahren. Es wurde von Satoshi Nakamoto entwickelt und gilt als eines der sichersten. Proof of Stake (PoS) wurde erst sp√§ter 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 Kryptow√§hrungen verwenden, um doppelte Zahlungen zu verhindern. Er wurde von Satoshi Nakamoto in dem 2008 ver√∂ffentlichten Bitcoin-Whitepaper eingef√ľhrt.

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 m√ľssen.

In einem PoW-Netzwerk wie dem von Bitcoin werden die Transaktionen von Minern √ľberpr√ľft. Dabei handelt es sich um Teilnehmer, die eine gro√üe Menge an Ressourcen einsetzen, um sicherzustellen, dass das Netzwerk weiterhin sicher und korrekt funktioniert. Neben anderen Aufgaben erstellen und validieren die Miner Transaktionsbl√∂cke. Um jedoch um das Recht zu konkurrieren, den n√§chsten Block zu validieren, m√ľssen sie hochspezialisierte Mining-Hardware verwenden, um komplexe mathematische R√§tsel zu l√∂sen.¬†

Der erste Miner, dem es gelingt, eine g√ľltige L√∂sung f√ľr diese mathematischen Probleme zu finden, erh√§lt das Recht, seinen Block zur Blockchain hinzuzuf√ľgen und eine so genannte Blockbelohnung zu erhalten. Blockbelohnungen bestehen aus neu generierten Kryptow√§hrungen plus Transaktionsgeb√ľhren. Die Menge der Kryptow√§hrungen in einer Blockbelohnung variiert je nach Netzwerk. Auf der Bitcoin-Blockchain kann ein erfolgreicher Miner beispielsweise 6,25 BTC plus Geb√ľhren aus jeder Blockbelohnung erhalten (Stand: Dezember 2021). Allerdings wird die Anzahl der pro Block erzeugten neuen BTC alle 210.000 Bl√∂cke (etwa alle vier Jahre) durch einen als ‚ÄěHalbierung‚Äú bekannten Mechanismus um 50% reduziert.

Wenn du mehr √ľber das Modell ‚ÄěProof of Work‚Äú erfahren m√∂chtest, 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 eingef√ľhrt wurde. Er zielt darauf ab, die Einschr√§nkungen der Skalierbarkeit von PoW-Netzwerken zu √ľberwinden. PoS ist der zweitbeliebteste Algorithmus, der von Kryptow√§hrungen 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, m√ľssen 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 f√ľr die Validierung des n√§chsten Blocks zu. Je nach Netzwerk kann diese Auswahl nach dem Zufallsprinzip oder nach dem Anteil (Stake) der Teilnehmer erfolgen. Der ausgew√§hlte Validierer kann Transaktionsgeb√ľhren von dem Block, den er validiert hat, als Belohnung erhalten. In der Regel ist die Chance, ausgew√§hlt zu werden, umso gr√∂√üer, 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 gew√§hrleisten, gibt es gewisse Unterschiede zwischen beiden. Der gr√∂√üte Unterschied ist nat√ľrlich, wie PoW und PoS bestimmen, welcher Teilnehmer neue Transaktionen validiert. F√ľr ein besseres Verst√§ndnis werfen wir einen Blick auf die folgende Tabelle:


Proof of Work (PoW)

Proof of Stake (PoS)

Wer kann Blöcke minen/validieren?

Je höher die Rechenleistung, desto höher die Wahrscheinlichkeit, einen Block zu minen.

Je mehr Coins du stakest, desto wahrscheinlicher wird es, dass du einen neuen Block validierst.

Wie wird ein Block gemint/validiert?

Die Miner konkurrieren um komplexe mathematische Puzzles mit ihren Rechenressourcen.

Normalerweise bestimmt der Algorithmus den Gewinner zuf√§llig und ber√ľcksichtigt die Menge der gestaketen Coins.

Mining-Equipment 

Professionelle Mining-Hardware wie ASIC, CPU und GPU

Alle Computer oder Mobilgeräte mit Internetverbindung

Wie werden Belohnungen verteilt?

Die erste Person, die den Block erzeugt, erhält eine Blockbelohnung

Validierer k√∂nnen einen Anteil an den Transaktionsgeb√ľhren erhalten, die f√ľr den von ihnen validierten Block eingenommen werden.

Wie ist das Netzwerk gesichert?

Je größer der Hash, desto sicherer ist das Netzwerk.

Staking sperrt Kryptos auf der Blockchain, um das Netzwerk zu sichern


Ist Proof of Stake besser als Proof of Work?

Bef√ľrworter von Proof of Stake argumentieren, dass PoS einige Vorteile gegen√ľber PoW hat, insbesondere in Bezug auf Skalierbarkeit und Transaktionsgeschwindigkeit. Es wird auch gesagt, dass PoS-Coins im Vergleich zu PoW weniger sch√§dlich f√ľr die Umwelt sind. Im Gegensatz dazu argumentieren viele PoW-Bef√ľrworter, 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.) ben√∂tigen, macht sie teurer f√ľr Angriffe. Dies gilt insbesondere f√ľr Bitcoin, die gr√∂√üte PoW-Blockchain.

Wie bereits erw√§hnt, 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 l√∂sen. Nach der Einf√ľhrung 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 zweitgr√∂√üte Kryptow√§hrung nach Marktkapitalisierung dazu, einen neuen Konsensmechanismus einzuf√ľhren?


Zentralisierungsrisiko

Bei den Proof of Work-Blockchains beinhaltet das Mining den Einsatz von Rechenleistung, um die Daten des Blocks zu hashen, bis eine g√ľltige L√∂sung gefunden wird. Bei den gro√üen Kryptow√§hrungen von heute wird es immer schwieriger, L√∂sungen zu finden, und der Prozess des Berechnens gro√üer 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 b√ľndeln, um eine gr√∂√üere Chance auf die Blockbelohnungen zu haben. Einige gro√üe Mining-Pools investieren Millionen von US-Dollar und kontrollieren Tausende von ASIC-Mining-Hardware, um so viel Hashing-Leistung wie m√∂glich zu erzeugen.

Im Dezember 2021 kontrollierten die 4 gr√∂√üten Mining-Pools zusammen etwa 50% der gesamten Bitcoin-Hashing-Leistung. Die Vorherrschaft der Mining-Pools macht es f√ľr 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 Entit√§t, die Best√§tigungen im Netzwerk kontrollieren kann. In diesem Fall w√§re ein 51%-Angriff m√∂glich, und das Netzwerk w√ľrde seinen Wert verlieren. Einige k√∂nnten argumentieren, dass das Mining zwar immer noch dezentralisiert ist, aber nicht mehr stark dezentralisiert. Bestimmte Bereiche, Hersteller von Mining-Ausr√ľstung und Energieproduzenten dominieren nach wie vor das Mining und reduzieren die Gesamtdezentralisierung f√ľr Proof of Work-Blockchains.

Der Proof of Stake-Konsensmechanismus verfolgt einen anderen Ansatz und ersetzt die Mining-Leistung durch Staking. Dieser Mechanismus senkt die Einstiegsh√ľrden f√ľr eine Einzelperson, um Transaktionen zu best√§tigen, und reduziert die Bedeutung von Standort, Ausr√ľstung 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 Best√§tigung 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 √§hnliches Modell wie bei Mining-Pools haben. Auch wenn ein durchschnittlicher Nutzer leichter an Proof of Stake teilnehmen kann, ist es immer noch anf√§llig f√ľr 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 m√ľsste jemand, der eine PoS-Blockchain angreifen will, mehr als 50% der Coins im Netzwerk besitzen. Dies w√ľrde die Nachfrage auf dem Markt und den Coin-Preis in die H√∂he treiben, was Dutzende von Milliarden US-Dollar kosten k√∂nnte. Selbst wenn sie einen 51%-Angriff durchf√ľhren, w√ľrde der Wert ihrer gestaketen Coins drastisch sinken, da das Netzwerk kompromittiert wird. Daher ist es nicht sehr wahrscheinlich, dass ein 51%-Angriff auf eine Kryptow√§hrung erfolgt, die den PoS-Konsens verwendet, insbesondere wenn es sich um eine Kryptow√§hrung mit hoher Marktkapitalisierung handelt.


Nachteile von Proof of Stake

Viele sehen Proof of Stake als bessere Alternative zu Proof of Work, aber es ist erw√§hnenswert, dass der PoS-Algorithmus auch M√§ngel aufweist. Aufgrund des Mechanismus zur Verteilung der Belohnungen k√∂nnen Validierer, die mehr Assets staken, ihre Chancen erh√∂hen, den n√§chsten Block zu validieren. Je mehr Coins ein Validierer anh√§uft, desto mehr Coins kann er staken und verdienen, was von manchen als ‚Äědie Reichen reicher machen‚Äú kritisiert wird. Diese ‚Äěreicheren‚Äú Validierer k√∂nnen auch die Abstimmung im Netzwerk beeinflussen, da PoS-Blockchains den Validierern oft Governance-Rechte einr√§umen.

Ein weiteres Problem sind die Sicherheitsrisiken f√ľr Kryptow√§hrungen mit geringerer Marktkapitalisierung, die PoS einsetzen. Wie bereits erw√§hnt, ist es nicht sehr wahrscheinlich, dass ein 51%-Angriff auf die popul√§reren Kryptow√§hrungen wie ETH oder BNB erfolgen w√ľrde. Kleinere digitale Assets mit einem geringeren Wert sind jedoch anf√§lliger f√ľr Angriffe. Die Angreifer k√∂nnten m√∂glicherweise gen√ľgend Coins erwerben, um sich einen Vorteil gegen√ľber anderen Validierern zu verschaffen. Sie k√∂nnten das PoS-System ausnutzen, indem sie h√§ufig als Validierer ausgew√§hlt werden. Die verdienten Belohnungen k√∂nnen dann f√ľr weitere Eins√§tze verwendet werden und erh√∂hen ihre Chance, in der n√§chsten Runde ausgew√§hlt zu werden.


Zusammenfassung

Proof of Work und Proof of Stake haben beide ihren Platz im Krypto-√Ėkosystem, und l√§sst sich kaum beurteilen, welches Konsensprotokoll besser funktioniert. PoW wird vielleicht daf√ľr kritisiert, dass es beim Mining hohe Kohlenstoffemissionen verursacht, aber es hat sich als sicherer Algorithmus zum Schutz von Blockchain-Netzwerken bew√§hrt. Da Ethereum jedoch von PoW zu PoS wechselt, k√∂nnte Proof of Stake in Zukunft von neuen Projekten st√§rker bevorzugt werden.