Was ist Proof of Stake

Was ist Proof of Stake und wie funktioniert der Konsens-Mechanismus?

Konsensprotokolle sind eine der wichtigsten und revolutionärsten Aspekte der Blockchain-Technologie. Proof of Stake (dt. Anteilsnachweis) ist eines der am häufigsten verwendeten Konsensprotokolle innerhalb der Blockchain-Technologie. In diesem Handbuch werden wir genau untersuchen, was ein Stake ist und wie der Algorithmus erfolgreich einen Konsens zwischen Nodes erzielt. 

Inhaltsverzeichnis

Konsensprotokolle

Konsensprotokolle sind eine der wichtigsten und revolutionärsten Aspekte der Blockchain-Technologie. Diese Protokolle schaffen einen Konsens zwischen den verschiedenen in einem System verteilten Geräten, und gleichzeitig verhindern sie auch die Ausnutzung des Systems. Hier werden wir versuchen zu erklären, wie diese Systeme funktionieren und sich die verschiedenen Protokolle voneinander unterscheiden. 

Konsensprotokolle sorgen dafür, dass alle Nodes in einem Netzwerk miteinander synchronisiert sind. Gleichzeitig wird auch die Frage beantwortet ‚Wie stellen wir sicher, dass wir uns darauf einigen was die Wahrheit ist?‘ Schließlich kann jeder Informationen übermitteln, die in einer Blockchain gespeichert werden sollen. Daher ist es wichtig, sich im Vorhinein durch einen Konsens zu einigen ob diese Information nach der Überprüfung auch bestätigt und hinzugefügt werden soll oder nicht. 

Der Begriff ‚Konsens‘ bedeutet, dass sich die Knoten im Netzwerk auf den gleichen Status einer Blockchain einigen. Dies macht sie in gewisser Weise zu einem selbstregulierendem System. Dies ist ein absolut entscheidender Aspekt der Technologie, welcher zwei Schlüsselfunktionen hat: 

  1. Konsensprotokolle ermöglichen die Aktualisierung einer Blockchain, während gleichzeitig sichergestellt wird, dass jeder Block in der Kette der Wahrheit entspricht. 
  2. Es wird verhindert, dass ein einziger Block das gesamte Blockchain-System kontrolliert.

Ziel der Konsensregeln ist es, sicherzustellen, dass eine einzige Kette verwendet und ihr gefolgt wird.

Regeln des Konsensprotokolls
Mit den Konsensregeln stellen die Knoten im Netzwerk sicher, dass ein Block folgt nachdem er und die darin enthaltenen Transaktionen überprüft wurden. Um einen Konsens zu erzielen, ist die einstimmige Annahme eines einzelnen Datenwerts zwischen den Knoten im Netzwerk nötig, selbst wenn einige der Knoten ausfallen oder in irgendeiner Weise unzuverlässig sind.

Jede Kryptowährung muss ihre Blockchain vor Angriffen schützen können. Beispielsweise kann ein Angreifer eine Transaktion durchführen und sie dann rückgängig machen, indem er seine eigene Version dieser Blockchain überträgt, allerdings ohne die Transaktion. Dies wird als doppelte Transaktion bezeichnet. Da für die Blockchain-Technologie keine zentrale Sicherheitsbehörde besteht, wissen Nutzer der Blockchain schlussendlich nicht, welche Version des Datensatzes gültig ist. 

Konsensprotokoll

Konsensprotokolle bieten Teilnehmern im Netzwerk, die eine Blockchain verwalten, auch Belohnungen und Anreize, um dies fortzusetzen. Die Belohnungen werden in Form von Kryptowährungen oder Token ausbezahlt und können äußerst lukrativ sein, so dass der Wettbewerb um die Bestätigung des nächsten Blocks in der Kette sehr hoch ist. 

Konsensprotokolle sind so konzipiert, dass sie sich nur schwer imitieren oder nachmachen lassen. Sie sind außerdem sehr kostenintensiv, da sie sehr viele Rechenressourcen benötigen, um den Bestand einer bestimmten Kryptowährung zeitlich zu erfassen. Die Konsensmethoden variieren in Abhängigkeit der Blockchain, in der sie die Blöcke bestätigen. Es gibt eine Vielzahl an Konsensformen, bei denen ständig diskutiert wird, welche Methode die effektivste und effizienteste ist. 

Konsensprotokolle sind ein wichtiger Aspekt damit eine Blockchain funktionieren und existieren kann. Im Grunde genommen ist eine Blockchain im Kern ein Hauptbuch (Anm. Ledger) mit Informationen. Hierbei muss absolute Sicherheit bestehen, dass die gespeicherten Informationen absolut genau ist und der Wahrheit entsprechen. 

Was bedeutet ‘Proof of Stake’? 

Proof of Stake (PoS) ist ein Konsensalgorithmus der von Kryptowährungen genützt wird um ihre Blöcke zu validieren. Das System wurde 2011 vorgeschlagen, und 2012 von der Kryptowährung Peercoin erstmals verwendet. Die beiden größten Vorteile sind Sicherheit und Energieeffizienz. 

Bei einem Proof of Stake-Verfahren, wird der Ersteller des nächsten Blocks durch ein zufälliges System ausgewählt. Die Wahl hängt zum Teil davon ab, wie viele Anteile der Nutzer von dieser Kryptowährung hält oder, in einigen Fällen, wie lange er den Block einer bestimmten Währung gehalten hat. Proof of Work basiert auf Rechenleistung und wird von Kryptowährungen wie Bitcoin, Bitcoin Cash, Bitcoin SV, Decred, Digibyte, Dogecoin, Ethereum, Ethereum Classic, Groestlcoin, Litecoin, Monero, Ravencoin, Verge, Vertcoin, Zcash und vielen weiteren verwendet. Unter anderem ist die Wahrscheinlichkeit einen Block zu erstellen und die damit verbundenen Belohnungen zu erhalten, proportional zum Besitz von Token und Kryptowährungen im Netzwerk. 

Die Randomisierung in einem Proof of Stake-Verfahren verhindert eine Zentralisierung, da sonst immer die reichste Person im System den nächsten Block erstellen und somit ihren Wohlstand und die Kontrolle über das System konsequent ausbauen würde. Der größte Vorteil eines Proof of Stake-Verfahrens gegenüber einem Proof of Work-Verfahren besteht darin, dass es erheblich weniger Energie benötigt und dadurch kostengünstiger ist. Es ist bewiesen das jede Bitcoin-Transaktion eines Proof of Work-Verfahrens mehr verbraucht als ein durchschnittlicher europäischer Haushalt in zwei Wochen. Das ist weder effektiv noch nachhaltig.

In dieser Hinsicht kann Proof of Stake als ein besseres Konsensprotokoll als Proof of Work angesehen werden, da für den Betrieb weitaus weniger Strom benötigt wird. Da das Proof of Stake-Verfahren so viel kostengünstiger ist, besteht eine geringere Notwendigkeit, zu viele neue Münzen freizugeben, um Anreize für Miners zu schaffen, um das Netzwerk aufrecht zu erhalten. Dies hilft, den Preis einer Münze stabil zu halten. 

Proof of Stake

Das Proof of Stake ist nicht nur eine effektive Methode, um Einzelpersonen zur Teilnahme zu ermutigen, sondern es verhindert auch, dass Einzelpersonen das Netzwerk kontrollieren. Um einen 51%-Angriff durchführen zu können, müssten Einzelpersonen oder Gruppen den Großteil der Münzen im Netzwerk besitzen.

Erstens wäre es sehr teuer als Einzelperson so viele Münzen zu beschaffen und zweitens würden viele Nutzer das Netzwerk verlassen, wenn ein Einziger das Netzwerk dominieren würde beziehungsweise den Preis erhöhen, um eine feindliche Übernahme zu verhindern. Darüber hinaus wäre es völlig kontraproduktiv das Netzwerk anzugreifen, da dies den Wert der Münzen, die der Angreifer erhalten, erheblich verringern würde. Im Wesentlichen haben die Nutzer mit dem höchsten Anteil einer Kryptowährung das größte Interesse an der Aufrechterhaltung und Sicherung des Networks, da jeder Angriff die Reputation und den Preis der von ihnen gehaltenen Kryptowährung mindern würde.

Proof of Stake hat jedoch auch seine Nachteile. Eines davon ist das „Nothing at Stake“ Problem. Dieses Problem tritt im Falle eines Konsensfehlers auf, wenn Block-Generatoren unterschiedliche Blockchain Verläufe unterstützen und dadurch eine Lösung des Konflikts verhindern.

Insgesamt ist das Proof of Stake-Konsensprotokoll ein robustes Verfahren, das seinen Zweck erfüllt indem es effektiv und effizient arbeitet. Kryptowährungen wie Cosmos, Dash, ICON, Komodo, Nano, NEO, Ontology, Pivx, Pundi X, Reddecoin, Qtum, Stellar, Stratis, Waltonchain, Waves und viele mehr vertrauen deswegen darauf. Dies hat Unternehmen jedoch nicht davon abgehalten, das Protokoll zu verändern und zu verbessern. Ein Beispiel hierfür ist der Delegate Proof of Stake, der auch als DPoS bezeichnet wird. 

Was bedeutet ‘Delegated Proof of Stake’?

Delegated Proof of Stake verwendet Echtzeit-Voting in Kombination mit einem Reputationssystem, um einen Konsens zu erzielen. Es ist das am wenigsten zentralisierte und umfassendste Konsensprotokoll im Vergleich zu allen anderen, da jeder Nutzer von Token einen gewissen Einfluss darauf hat, was im Netzwerk passiert.

‚Aktive Delegierte‘ werden von Nutzern in ihre Rollen gewählt. Die Stimmberechtigung des Nutzers, auch Stimmgewicht genannt, wird dadurch bestimmt, wie viele Basis-Token das Konto besitzt. Es ist wichtig, dass die Delegierten mit dem besten Interesse des Netzwerks ausgewählt werden, da sie den reibungslosen und sicheren Betrieb des Netzwerks gewährleisten. In einigen DPoS Versionen müssen Delegierte ihr Engagement unter Beweis stellen, indem sie ihr Geld auf ein gesperrtes Sicherheitskonto hinterlegen müssen. Bei böswilligem Verhalten wird, das hinterlegt Geld einbehalten. Diese Version von DPoS wird oft als ‚Deposit-Based Proof of Stake‘ bezeichnet.

Die Rolle der Delegierten umfasst:

  1. Sicherstellung das ihr Node immer aktiv ist.
  2. Sammlung der Transaktionen im Netzwerk und Sortierung in Blöcken.
  3. Signieren und Senden der Blöcke und Validierung der Transaktionen.
  4. Lösen von Konsensproblemen mittels DPoS auf faire und demokratische Weise.

Delegierte sind nicht dazu befugt, Transaktionsdetail zu ändern. Da sie jedoch Validierer sind, können sie theoretisch bestimmte Transaktionen in einem Block ausschließen. Dies hat jedoch nur sehr geringe Auswirkungen, da der nächste erstellte Block diese Transaktion enthält und dem nächsten Delegierten die mit der Validierung verbundenen Gebühren zur Verfügung stellt. Insofern verzögern sich die Transaktionen nur geringfügig. Darüber hinaus würde dies dazu führen, dass der unehrliche Delegierte vom Rest des Netzwerks abgewählt wird. Im Wesentlichen wird ein DPos-Netzwerk von allen Teilnehmern selbst verwaltet und überwacht, um sicherzustellen, dass die Interessen des Netzwerks weiterhin Vorrang haben.

Delegated Proof of Stake

Vorteile von Delgated Proof of Stake
DPoS ist nicht nur demokratischer, sondern auch effizienter und effektiver. Die Auswahl der Blockhersteller ermöglicht die Validierung der Transaktionen in Sekundenschnelle und nicht wie beim von Bitcoin verwendeten Proof of Work Verfahren zehn Minuten. Im Fall von Lisk dauert es beispielsweise aktuell nur 10 Sekunden, um einen Transaktionsblock zu validieren. 

Den Delegierten wird ein Anreiz geboten die Nodes im Netzwerk zu bearbeiten, welche die Transaktionen verarbeiten und validieren. Anreize sind etwa Transaktionsgebühren, sowie weitere monatliche Belohnungen für die Wartung des Netzwerks, die sich mit der Zeit allmählich verringern. Es kann immer nur eine bestimmte Anzahl an Delegierten gleichzeitig geben. Diese werden durch ein wettbewerbsorientiertes Wahlsystem bestimmt, bei dem jeder Lisk-Inhaber seine Stimme für den präferierten Kandidaten abgeben kann.

Während wie bei dem von Bitcoin verwendeten Proof of Work-Verfahren, die Validierung von Blöcken als ‚Mining‘ bekannt ist, wird dieser Prozess im Falle eines DPoS als ‚Forging‘ bezeichnet. Daher wird ‚Delegated Proof of Work‘ bei Kryptowährungen wie Ark, BitShares, EOS, Lisk, Steem und vielen anderen verwendet.

Im Blockchain-Bereich sind Debatten über das effektivste, effizienteste und sicherste Konsensprotokoll heutzutage weit verbreitet und fördern die Innovation und Weiterentwicklung dieser Verfahren. Das perfekte Konsensprotokoll muss noch erstellt werden. Die Blockchain-Technologie ändert sich ständig, entwickelt sich weiter und verbessert sich. Wir haben bereits in kürzester Zeit große Fortschritte bei der Blockchain erzielt, beginnend mit dem ersten in Blockchain-Technologie verwendeten Protokoll, dem Proof of Work Konsensprotokoll.

Letzte Gedanken

Konsensprotokolle sind einer der wichtigsten und revolutionärsten Aspekte der Blockchain-Technologie. Diese Protokolle schaffen einen Konsens zwischen den verschiedenen in einem System verteilten Geräten, und gleichzeitig verhindern sie auch die Ausnutzung des Systems.

Proof of Stake ist eine der am häufigsten verwendeten Konsensprotokolle innerhalb der Blockchain-Technologie. Proof of Stake ist der Konsensalgorithmus der von Kryptowährungen genützt wird um ihre Blöcke zu validieren. Eine Alternative dazu ist der Delegated Proof of Stake. Delegated Proof of Stake ist ein Konsensalgorithmus, der die unwiderlegbare Übereinstimmung über die Wahrheit im gesamten Netzwerk aufrechterhält, Transaktionen validiert und als eine Form der digitalen Demokratie fungiert. 

Es gibt jedoch viele Diskussionen darüber welches Konsensprotokoll das effektivste, effizienteste und sicherste ist, dass heutzutage im Blockchain-Bereich verbreitet ist. Diese Diskussion ist sehr belebend für die Innovation und Weiterentwicklung, da das perfekte Konsensprotokoll erst noch erstellt werden muss.