Der Unterschied zwischen Proof of Work und Proof of Stake

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Der Unterschied zwischen Proof of Work und Proof of Stake

Veröffentlicht von Johannes Magar  /  am 11. Juli 2021

Proof of Work (PoW) und Proof of Stake (PoS) sind Konsensmechanismen in Blockchains. Da es bei Blockchains keine zentrale Instanz gibt, sondern alle Daten dezentral auf den einzelnen Knoten gespeichert sind, muss sichergestellt sein, dass die Daten auch korrekt sind. Die einzelnen Knoten müssen kooperieren und einen Konsens erreichen, den bei anderen Technologien ein zentraler Server vorgibt.

Konsensmechanismen haben die Aufgabe neue Blöcke in einer Blockchain zu validieren. Mit Hilfe des Mechanismus prüfen die einzelnen Knoten in der Blockchain regelmäßig die Integrität der neuen Blöcke. Ein neuer Block ist nur dann gültig, wenn die durch den Konsensmechanismus definierten Knoten die Erstellung erfolgreich validieren. Das gilt generell für alle Transaktionen, die in einer Blockchain stattfinden.

Bei PoW und PoS handelt es sich also um zwei verschiedene Varianten einer wichtigen Blockchain-Funktion. Der Proof of Work-Konsensmechanismus ist zum Beispiel bei der Bitcoin-Blockchain im Einsatz, aber auch bei Ethereum, Litecoin oder Monero. Mit Ethereum 2.0 soll die Blockchain aber auf PoS wechseln. Auch Cardano, Alogrand und Tezos setzen auf PoS. Eine Liste der PoS-Kryptowährungen ist hier (https://coinmarketcap.com/de/view/pos/) zu finden. Die bekanntesten PoW-Kryptowährungen zeigt diese Seite (https://coinmarketcap.com/de/view/pow/).

Proof of Work hat einen großen CO2-Fußabdruck

Grundlage bei der Verwendung von Proof of Work (PoW) sind komplexe kryptografische Berechnungen, welche die an die Blockchain angeschlossenen Computer erledigen müssen. Einfach ausgedrückt, erhält der Blockchain-Knoten das Recht einen neuen Block an die Blockchain anzuhängen, der die Aufgabe als erster löst. Dieser Prozess trägt die Bezeichnung „Mining“.

Die an die Blockchain angeschlossenen Computer validieren neue Transaktionen mit dem Konsensmechanismus PoW und erhalten dafür Belohnungen in Form von Tokens oder Kryptowährungen. Das Lösen der Rechenaufgabe in der Bitcoin-Blockchain erzeugt neue Bitcoins und als Belohnung erhält der jeweilige Computer eine gewisse Menge an Bitcoins. So funktioniert das auch bei anderen Blockchains, die auf PoW setzen.

Hat ein Computer, in diesem Zusammenhang auch „Miner“ genannt, die Rechenaufgabe des nächsten Blocks gelöst generiert er einen Hashwert. Die anderen Knoten im Netzwerk validieren diesen Wert auf Basis von PoW. Erfüllt der Wert des Hashes die Bedingungen der Blockchain für einen neuen Block, fügen die Knoten diesen der Blockchain hinzu. Der neue Block ist durch die anderen Knoten validiert.

PoW hat mittlerweile keinen guten Ruf, da die Rechenaufgaben immer komplexer werden, die ein Knoten lösen muss, um einen neuen Block erstellen zu dürfen. Um einen neuen Bitcoin zu erzeugen, ist daher massive Rechenpower nötigt. Das kostet nicht nur viel Energie, sondern ist auch teuer, da die Hardware natürlich entsprechend ausgelegt sein muss. Durch die höhere Komplexität steigt die Belastung der Computer und deren Energieverbrauch ständig deutlich an.

Nach dem „Cambridge Bitcoin Electricity Consumption Index“ (https://cbeci.org) der Universität Cambride, ist derzeit von einem jährlichen Energieverbrauch in Höhe von 115 Terrawattstunden auszugehen. Das sind mehr als 20% des kompletten Strombedarfs von Deutschland. Andere Hochrechnungen, wie „Digiconomist's Bitcoin Energy Consumption Index“ (https://digiconomist.net/bitcoin-energy-consumption) gehen von noch höheren Zahlen aus (Stand Juni 2021).

Die Vorteile von PoW liegen in der Sicherheit. Es ist eine ungeheure Menge an Rechenleistung notwendig, um eine Blockchain erfolgreich angreifen zu können. Die Rechenpower der angebundenen Computer stellt daher eine Schutzmauer dar, die durch den Einsatz von Energie immer weiter erhöht wird. Der Preis dafür ist der riesige Energieverbrauch. Mit Heimcomputern ist es schon eine Weile nicht mehr möglich neue Blöcke zu generieren, da immer die schnellsten Rechner in der Blockchain den Zuschlag erhalten. Das sind am Beispiel von Bitcoin ganze Rechenzentren.

Proof of Stake bietet Vorteile gegenüber Proof of Work

Im Gegensatz zu PoW basiert der Konsensmechanismus grundsätzlich nicht auf maximaler Rechenpower. Die auf PoS-basierte Blockchain erstellt keine neuen Tokens/Kryptos durch das Lösen von komplexen Rechenaufgaben, sondern durch das Vorhalten und Entsperren von Anteilen in einem Wallet. Dieser Vorgang trägt auch die Bezeichnung „Staking“. Mit Ethereum 2.0 soll in der Ethereum-Blockchain ein Wechsel von PoW zu PoS stattfinden.

Der Mechanismus ist also sehr viel energiesparender und leichter skalierbar, da keine Highend-Hardware zum Einsatz kommen muss. Bei der Verwendung von PoS findet eine zufällige Gewichtung der Teilnehmer in der Blockchain statt. Es gibt allerdings bevorzugte Knoten. Dabei handelt es sich um Knoten, die eine gewisse Menge Tokens in ihrem Wallet haben. Die Validierungsknoten erhalten ihre Belohnung bei PoS über Transaktionsgebühren. Diese verhalten sich in etwa wie Zinsen auf ein Sparbuch. Das Sparbuch stellt das Wallet dar, das über die enthaltenen Tokens die Validierung von Transaktionen übernimmt.

Das heißt, Teilnehmer, die eine hohe Menge an Tokens gespeichert habe, bevorzugt das System. Diese Knoten können ein Mehrfaches an Transaktionen validieren und erhalten daher auch ein Mehrfaches an Belohnungen. Je teurer eine Kryptowährung wird, desto weniger kleine Teilnehmer können sich die Validierung leisten, da sie nicht das notwendige Kapital aufbringen können, um die notwendige Menge an Tokens vorzuhalten. Diese Gefahr besteht bei PoW nicht, da am Beispiel von Bitcoin die Menge an Bitcoins im Wallet keinerlei Rolle für die Validierung spielt.

Frühe Investoren können durch diese Technik ihre große Menge an Tokens dazu verwenden, das Netzwerk zu kontrollieren. Gleichzeitig steigt durch den Prozess die Menge an Tokens, die sie kontrollieren immer weiter an und damit auch der Einfluss dieser „reichen“ Knoten in der Blockchain. Bei über 51% Anteil besteht hier sogar die Gefahr, dass bereits gespeicherte Blöcke im Nachhinein manipulierbar sind.

Eine Untervariante von PoS ist Delegated PoS (DPoS). Dabei stimmen die Teilnehmer untereinander ab, wer ein Token validieren soll. Die Vorgehensweise ist gerechter als der herkömmliche Einsatz von PoS.

Fazit

Es lässt sich nicht eindeutig feststellen, welcher Konsensmechanismus besser geeignet ist. Auch wenn PoW einen schlechten Ruf beim Energieverbrauch hat, ist der Mechanismus der älteste Konsensmechanismus, der vor allem in der Bitcoin-Blockchain ungeheure Datenmengen und Knoten seit über 12 Jahren erfolgreich validiert. PoS ist energiesparender, aber auch ungerechter. Reiche Teilnehmer könnten hier das Netzwerk übernehmen oder beeinflussen. In den nächsten Jahren kommen PoW und PoS sicherlich beide noch in den verschiedenen Blockchains zum Einsatz.

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In diesem Blog möchte ich leicht verständliche Informationen und Erklärungen über das sehr interessante Thema Krypto-Währungen, speziell den Bitcoin, posten. Zusätzlich werde ich auch Informationen und meine persönliche Einschätzung über wichtige wirtschaftliche Aspekte geben, die aus meiner Sicht das private Vermögen aller betreffen werden/können.

Es gibt mittlerweile einige interessante Krypto-Währungen, doch der König ist nach wie vor der Bitcoin. Er existiert am längsten, hat den mit Abstand höchsten Umsatz und bringt alles mit, was eine interessante, spannende Geldanlage ausmacht.

Gerade in Zeiten von besorgniserregenden Schulden weltweit und einer ausufernden Geldmenge, bietet er eine interessante Alternative zu den traditionellen Währungen und Geldanlagen. 

Bei allen Artikeln handelt es sich um meine persönliche Meinung und Einschätzung und stellen zu keinem Zeitpunkt eine Anlageberatung dar, oder sind als Anlageberatung zu verstehen.

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