Was bedeutet Proof of Work?

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

Konsensprotokolle sind eine der wichtigsten und revolutionärsten Aspekte der Blockchain-Technologie. Proof of Work ist das am häufigsten verwendete Konsensprotokoll. 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 Work?

Die Erstellung des Proof of Work-Protokolls zur Erzielung eines Konsens zwischen den in einem Netzwerk verteilten Geräten ist wohl die Krönung des Erfolges für den Bitcoin-Gründer Satoshi Nakamoto. Damit hat er den Grundstein für die revolutionäre Technologie Blockchain, gelegt.

Proof of Work (PoW) ist ein Konsensprotokoll, welches von Bitcoin eingeführt wurde und von vielen anderen Kryptowährungen verwendet wird. Dieser Prozess ist bekannt als ‚Mining‘ und die ‚Nodes‘ (dt. Knoten) im Netzwerk sind die ‚Miners‘. ‚Proof of Work‘ ist als Antwort auf ein mathematisches Problem zu verstehen, zu dessen Beantwortung ein erheblicher Arbeitsaufwand erforderlich ist. Sobald die Antwort jedoch vorliegt, kann die Richtigkeit leicht überprüft werden. 

Die einzige Möglichkeit dieses mathematische Rätsel zu lösen ist mittels der Nodes im Netzwerk. Dabei wird ein intensiver Prozess durchgeführt, bei dem die Antworten nach dem Trial-and-Error Prinzip präsentiert werden. Technisch bedeutet dies, dass die Probleme beim ersten Versuch gelöst werden können, praktisch ist das aber unmöglich. Die Antwort muss eine niedrigere Zahl als der Hash des Blocks sein, damit sie akzeptiert wird. Dies wird als ‚Zielhash‘ bezeichnet.

Ein Zielhash ist eine Zahl, bei der der Header eines Hash-Blocks, zusammen mit der Belohnung für den Miner, gleich oder niedriger sein muss als ein neuer Block. Desto niedriger das Ziel ist, desto schwieriger ist es einen neuen Block zu generieren. Ein Miner testet weiterhin einmalige Werte (sogenannte ‚Nonces‘) bis ein geeigneter Wert produziert wird. Der Miner der es schafft das Rätsel zu lösen, schürft den nächsten Block, fügt in zu der Kette hinzu, validiert die darin enthaltenen Transaktionen und erhält die mit dem Block verbundene Belohnung. 

Proof of Work

Der Prozess stellt sicher, dass jeder bestätigte Block in der Kette den Miner mit einer festgelegten Entlohnung sowie der Kryptowährung belohnt, die im Mining-Prozess durch die im Netzwerk erhobenen Transaktionsgebühren anfallen. Durch dieses Belohnungssystem wird sichergestellt, dass die Miner einen Anreiz haben eine Blockchain aufrecht zu erhalten. 

Diese Belohnungen sind aufgrund der Komplexität der Rätsel besonders wichtig, da der Prozess sehr kostenintensiv ist. Man benötigt nicht nur viel Zeit, sondern auch eine hohe Rechenleistung des Computers. Eine der zentralen Rollen des Protokolls ist es die Miner mittels Anreizen zu motivieren. Miner sind in gewisser Weise die Basis, die das System am Laufen halten und daher sehr wichtig. Verfahren wie Proof of Work werden eingesetzt, damit Transaktionen nicht gefälscht werden können, da die dafür erforderlichen Daten zwar äußerst schwer zu erstellen aber dennoch leicht zu überprüfen sind.

Das Proof of Work-Verfahren ist speziell dafür konzipiert schwierig zu sein und erfordert eine hohe Rechenleistung, um sicherzustellen das nicht zu viele Bitcoins zu schnell abgebaut werden. Auf diese Weise kann ein/e konstante/s Angebot und Nachfrage für die Miner im Netzwerk gewährleistet werden. Daher wird das Proof of Work-Verfahren 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. Die Sicherheit des Netzwerks wird jedoch physisch durch spezielle Hardware sichergestellt. Aus diesem Grund kann Proof of Work nicht als unendlich skalierbares Protokoll angesehen werden, da die Hardware und die dafür benötigte Energie limitiert sind.

Das Proof of Work-Protokoll befasst sich mit dem Problem des byzantinischen Knotens durch Nonces und dem kombinieren von Nachrichten zu Blocks. Jeder Block hat seine eigene Nonce. Nonces werden nur ein Mal verwendet, um die Generierung gültiger Hashes noch schwieriger zu gestalten, um Vorberechnungen zu verhindern und Fairness zu gewährleisten. Trotz einiger Vorzüge wird Proof of Work als mangelhaftes Protokoll angesehen, besonders beim hohen Energieverbrauch, um das Verfahren durchzuführen. Beispielsweise verbraucht eine einzige Bitcoin Transaktion so viel Strom wie ein durchschnittlicher europäischer Haushalt in zwei Wochen. 

Infolgedessen gab es eine Verlagerung zu anderen Konsensprotokollen, wie Proof of Stake, das von Cosmos, Dash, ICON, Komodo, Nano, NEO, Ontology, Pivx, Pundi X, Reddcoin, Qtum, Stellar, Stratis, Waltonchain, Waves und vielen weiteren verwendet wird. Ein weiteres Konsensprotokoll ist Delegated Proof of Stake welches von Ark, BitShares, EOS, Lisk, Steem und einigen anderen verwendet wird.

PoW vs PoS

Letzte Gedanken

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.

Proof of Work ist eines der am häufigsten verwendeten Konsensprotokolle in der Blockchain-Technologie. Proof of Work ist der Konsensalgorithmus der von Kryptowährungen verwendet wird um Block zu validieren. Dieser Prozess ist bekannt als Mining und als solches sind die Nodes (Anm. Knoten) des Netzwerks als ‚Miners‘ bekannt. Eine Alternative zu Proof of Work ist Proof of Stake oder Delegated Proof of Stake. Es gibt jedoch viele Debatten darüber welches das effektivste, effizienteste und sicherste Konsensprotokoll ist, das in der Blockchain-Technologie verwendet wird. Gleichzeitig sind diese Debatten darüber auch ein guter Motor für Innovation und Weiterentwicklung da das perfekte Konsensprotokoll erst noch entwickelt werden muss.