Proof-of-Work und Proof-of-Stake sind zwei der beliebtesten Krypto-Mining-Mechanismen — aber worin unterscheiden sie sich?
Vereinfacht ausgedrückt sind Proof-of-Work und Proof-of-Stake zwei verschiedene Möglichkeiten, wie du eine Kryptowährung minen kannst.
Genauer gesagt sind Proof-of-Work und Proof-of-Stake beides Arten von Konsens-Mechanismen, die das Problem des Vertrauens zwischen den Teilnehmern eines Blockchain-Netzwerks lösen sollen.
Die Debatte bezüglich Proof-of-Work vs. Proof-of-Stake mag auf den ersten Blick technisch erscheinen, spiegelt jedoch grundlegende Unterschiede in der Herangehensweise an die Erreichung der Ziele von Kryptowährungsnetzwerken wider.
Bei der Gegenüberstellung der beiden Algorithmen geht es um zentrale Fragen der Netzwerksicherheit, der ökologischen Nachhaltigkeit, der Barrierefreiheit und der Dezentralisierung.
Häufig werden Blockchain-Netzwerke als "trustless (vertrauenslos)" bezeichnet. Dieses Wort spiegelt folgendes Kernprinzip wider: Das Ziel eines Blockchain-Systems ist es, zu garantieren, dass Transaktionen wie beabsichtigt durchgesetzt und aufgezeichnet werden, ohne dass weder ein bestimmtes Maß an Vertrauen zwischen den Parteien noch ein Vermittler erforderlich sind.
Damit dies möglich ist, muss das Netzwerk so konzipiert sein, dass es für die Teilnehmer unmöglich — oder zumindest äußerst unrentabel — ist, Einheiten der Kryptowährung doppelt auszugeben oder vorherige Transaktionen rückgängig zu machen.
Proof-of-Work auf einen Blick
Proof-of-Work ist ein bahnbrechendes System, das tatsächlich bereits vor Bitcoin (BTC) existierte, aber inzwischen fest mit der weltbekannten Kryptowährung verbunden ist.
Aus diesem Grund wird der Mechanismus manchmal als Nakamoto-Konsens bezeichnet. Hierbei wird das Pseudonym des noch mysteriösen Erfinders von Bitcoin in den Begriff integriert.
Bei einer Blockchain der Art Proof-of-Work wird die Mehrheitsentscheidung (Konsens) durch die "Longest-Chain-Wins"-Regel dargestellt. Das bedeutet, dass die Teilnehmer des Blockchain-Netzwerks die längste Chain (Kette) von Blocks (Blöcken) als die einzig gültige akzeptieren.
Die Regel verhindert, dass mehrere Chains, die jeweils verschiedene Versionen der Chronik widerspiegeln, nebeneinander existieren. Je länger die einvernehmliche Version der Blockchain wird, desto mehr Rechenleistung und Ressourcen würden benötigt werden, um sie — theoretisch — zurückzudrehen.
Damit die Regel der längsten Chain sicher funktioniert, ist das Hinzufügen neuer Blöcke zur Chain so konzipiert, dass es schwierig ist — das heißt, es ist sowohl kostspielig als auch zeitaufwändig. Die Netzwerkteilnehmer wetteifern darum, komplexe kryptografische Rätsel zu lösen und als erste im Netzwerk jeden neuen Block erfolgreich zu validieren. Metaphorisch wird dieser Prozess als "Mining" (Bergbau) bezeichnet.
Ein Proof-of-Work-Problem erfordert mehrere, wiederholte Versuche — die viel Rechenleistung ("Arbeit") verbrauchen — bevor es erfolgreich gelöst wird. Es geht vor allem darum, es noch einmal zu versuchen, noch einmal zu scheitern, noch besser zu scheitern, wie Sam Beckett sagen würde.
Das Proof-of-Work-Mining von Bitcoin
Satoshi Nakomoto erklärte im Bitcoin-Whitepaper, dass "die längste Chain nicht nur als Beweis für die Abfolge der beobachteten Ereignisse dient, sondern auch als Beweis dafür, dass sie aus dem größten Pool von CPU-Leistung stammt."
Aus diesem Prinzip lässt sich ableiten, dass Proof-of-Work-Blockchain-Systeme erhebliche Rechenressourcen für ihre Aufrechterhaltung benötigen.
Dies führte dazu, dass Fürsprecher von Inklusivität und Dezentralisierung argumentieren, dass das Mining mit dem zunehmenden Wachstum des Bitcoin-Netzwerks das fast ausschließliche Privileg jener ist, die die Mittel zur Verfügung haben, wettbewerbsfähig zu bleiben, indem sie in die anspruchsvollste und leistungsstärkste Hardware investieren.
Die Rechenintensität hat eine weitere wichtige Auswirkung. Der Stromverbrauch für die Hardware, die zum Mining des Bitcoin-Netzwerks benötigt wird, ist mit dem von kleinen Staaten vergleichbar — ein Preis, den einige Kritiker in einer Zeit wachsender Besorgnis über den Klimawandel für zu hoch halten.
Tatsächlich hat China das Verbot des Krypto-Minings für die Region Innere Mongolei verschärft, um auf die hohe Umweltverschmutzung durch die von Krypto-Minern genutzten Kohlekraftwerke zu reagieren. Das Durchgreifen hat sich auch auf andere Regionen ausgeweitet, was möglicherweise darauf hindeutet, dass China Kryptowährungen in seiner staatlich kontrollierten Wirtschaft nicht bevorzugt. Da Bitcoin widerstandsfähiger und rentabler wird, führten die Maßnahmen Chinas auch zu einer Verlagerung von Bitcoin-Minern in andere Regionen der Welt.
Andererseits stammen im zweiten Quartal 2021, nach Angaben des Bitcoin Mining Council, 56 % der von Bitcoin-Minern verbrauchten Energie aus nachhaltigen Quellen. Die Statistik wurde veröffentlicht, nachdem Bedenken bezüglich des Energieverbrauchs von Bitcoin, der dem der Schweiz entspricht, erhoben wurden.
Erfahre mehr darüber, wie Bitcoin-Miner arbeiten, und erfahre auch, wie lange es dauert, 1 BTC zu minen (schürfen).
Proof-of-Stake auf einen Blick
Genau wie Proof-of-Work, ist auch Proof-of-Stake darauf ausgelegt, einen verteilten Konsens über die Gültigkeit von Transaktionsauftragserteilungen zu erreichen — das bedeutet, eine Vereinbarung im Hinblick auf eine gemeinsame, einheitliche Version der Chronik zu erreichen.
In Blockchains, die Proof-of-Stake verwenden, führen Knotenpunkte im Netzwerk die Validierung von Blocks durch, anstatt ihre Computerressourcen darauf zu verwenden, diese zu "minen". Daher verwendet man den Begriff Mining (PoS-Mining) normalerweise auch nicht dazu, einen Proof-of-Stake-Konsensmechanismen zu beschreiben.
In diesen Netzwerken werden Sicherheit und Konsens dadurch erreicht, dass Teilnehmer einen Anteil (Stake) — ihr privates oder kollektives Kapital — in Form der netzwerkeigenen Tokens in das Unternehmen einbringen.
Ein Proof-of-Stake-System fungiert als kryptografischer Eigentumsnachweis und als Beweis für den Eigennutz vom anhaltenden Erfolg des Projekts. Um sich an der Aufrechterhaltung des Netzwerks zu beteiligen, "sperren" Knotenpunkte ihre Tokens mit Hilfe eines Smart Contracts, so dass sie für die zugewiesene Zeit nicht ausgegeben werden können.
Um die Konsenschronik auf der Blockchain zu erweitern, wählt ein deterministischer Algorithmus nach dem Zufallsprinzip aus, welche Knotenpunkte zu Prüfern (Validators) für jeden neuen Block werden.
Dieses zufällige Auswahlverfahren sowie das eigennützige Interesse der Beteiligten (gespeicherter Wert) an dem Netzwerk sollen Teilnehmer davon abhalten, die Chronik zu sabotieren und das System zu untergraben.
Proof-of-Stake von Ethereum
Die Kryptowährung Ether (ETH) ist ein prominentes Beispiel für ein Projekt, das sich derzeit im Prozess der Umstellung von einer Proof-of-Work-Blockchain zu einer Proof-of-Stake-Blockchain befindet.
Am 5. August 2021 ging die London Hard Fork live, während Ethereum näher an die Fusion mit Ethereum 2.0 heranrückt und zu einer vollständigen Proof-of-Stake-Blockchain übergeht.
Die Entwickler des Projekts argumentieren, dass, sobald erfolgreich, Proof-of-Stake ökologisch nachhaltiger sein wird, da es ohne die schwindelerregenden Menge an Leistung, die für die Aufrechterhaltung von Bitcoin erforderlich ist, auskommt. Nach Angaben der Ethereum Foundation soll der Energieverbrauch von Ethereum durch den Übergang tatsächlich um etwa 99,95 % reduziert werden.
Außerdem sei das System widerstandsfähiger gegen Monopole und die Zentralisierung der Macht innerhalb des Netzwerks, da die Beteiligung von der Kontrolle über Hardware und Ressourcen entkoppelt sei.
Erfahre mehr über Ethereum 2.0 in unserem Detailbeitrag.
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