Proof of Work vs. Proof of Stake

Die beiden Protokolle Proof of Work und Proof of Stake sind die derzeit wohl bekanntesten Verfahren, damit die Teilnehmer einer Blockchain einen Konsens über die aufzunehmenden Blöcke finden. In diesem Beitrag möchten wir dir einfach und verständlich erklären, wie beide Verfahren funktionieren und welche Kryptowährungen die Protokolle verwenden.

Was ist Proof of Work (PoW)?

Das Proof of Work Protokoll wurde durch den Bitcoin bekannt gemacht. Wenige Leute wissen jedoch, dass es nicht der sagenumworbene Satoshi Nakamoto war, der das Protokoll erfunden hat. Tatsächlich wurde die Idee bereits im Jahr 1992 von der Amerikanerin Cynthia Dwork und dem israelischen Informatiker Moni Naor zur Eindämmung von Junk-Mails entwickelt. Der Begriff Proof of Work später, erstmals in einer wissenschaftlichen Arbeit von Markus Jakobsson und Ari Juels im Jahr 1999 veröffentlicht. Dennoch war die Erinnerung an den Proof of Work wohl die größte Idee hinter dem Whitepaper von Satoshi Nakamoto (2008).

Einfach und kurz erklärt bedeutet Proof of Work, dass Konsens im Netzwerk durch den „Beweis der Arbeit“ erzeugt wird. Die Teilnehmer eines Blockchain-Systems arbeiten, indem sie eine komplizierte kryptografische Aufgabe lösen und damit die Transaktionen innerhalb des Netzwerkes validieren. Kommen genügend Transaktionen zusammen, werden sie zu einem Block zusammengefasst. Ein neuer Block (auf der Blockchain) wird generiert. Als Belohnung für das Lösen der kryptografischen Aufgabe steht dem Teilnehmer (Miner) eine festgelegte Belohnung zu (beispielsweise eine bestimmte Anzahl Bitcoin). Der gesamte Prozess wird als Mining bezeichnet.

Im Detail bedeutet dies, dass eine Transaktion erst dann durchgeführt, d. h. validiert wird, wenn die Transaktion in einen Block aufgenommen wird. Neue Bitcoins werden genau in diesem Zeitpunkt neu erschaffen. Obwohl das Mining eine „Gemeinschaftsleistung“ ist, bekommt nur der derjenige eine Belohnung, der den Block zuerst generiert hat. Die Verteilung „wer zuerst war“ erfolgt entsprechend der gesamten Rechenleistung im Netzwerk. Je mehr Rechenleistung im Netzwerk ist, umso schwieriger wird die kryptografische Aufgabe.

Im Bitcoin-Netzwerk ist die Rechenleistung schon seit einiger Zeit so hoch, dass das Netzwerk hauptsächlich aus professionellen Minern (große Rechenzentren) und Mining-Pools (Zusammenschlüsse von Kleineren) besteht.

Hauptziel des Proof of Work ist es Denial-of-Service-Angriff (DDoS) abzuwehren, bei denen versucht wird die Ressourcen eines gesamten Systems durch das Senden größerer Mengen an Anfragen lahmzulegen.

Kritikpunkte am Proof of Work

Der Proof of Work basiert nach der Grundidee auf einer stark verteilten Rechenleistung über viele Teilnehmer im gesamten System. So soll die Stabilität und Sicherheit des Netzwerkes gewährleistet sein. Insbesondere beim Bitcoin ist dies aber immer weniger gegeben. Aufgrund des immer weiter steigenden Preises von Bitcoin und damit der steigenden Lukrativität des Minings haben sich Mining-Pools stark erhöht. Damit besteht die Gefahr einer sogenannten 51% Attacke. Wenn ein Miner über einen längeren Zeitraum mindestens 51% der Mining-Leistung im Netzwerk besitzt, besteht die Gefahr einer Manipulation der Blockchain und somit auch der vergangenen Transaktionen.

Des Weiteren ist Bitcoin-Mining auch aus ökologischer Sicht bedenklich. Für die Erzeugung eines Blocks werden ca. 10 Minuten benötigt. Das Magazin Mainboard hat geschätzt, dass der Stromverbrauch für eine Transaktion im Netzwerk bei einem durchschnittlichen Tages-Stromverbrauch von 1,57 Haushalten liegt.

Was ist Proof of Stake?

Beim Proof of Stake Algorithmus werden neue Token durch bloßen Besitz in einem Wallet freigeschaltet (Staking). Die Validierung der Transaktionen auf der Blockchain erfolgt ebenso durch einen Konsens-Algorithmus der auf wertmäßigem Anteil am Netzwerk beruht.

Dies bedeutet im Detail, wenn du 0,1% Prozent aller Einheiten einer Kryptowährung besitzt, dass du dann 0,1 Prozent aller Transaktionen validieren kannst. Oder anders: Jemand der 1 Prozent besitzt, kann 10-fach so viele Transaktionen wie du validieren.

Wird ein neuer Block generiert, dann wird als Belohnung ebenfalls wie beim PoW ein Token geschaffen. Dieser und die Transaktionsgebühren werden regelmäßig und zufällig über alle Token-Inhaber mithilfe eines Algorithmus, der wertmäßigen Anteil am Netzwerk und Dauer des Besitzes berücksichtigt, ausgeschüttet.

Proof of Stake ist im Vergleich zu Proof of Work somit wesentlich umweltfreundlicher. Der beim PoW notwendige Rechenaufwand und der entsprechende Stromverbrauch fallen nicht an. Damit ein Angreifer eine 51 Prozent Attacke durchführen kann, muss er über die Hälfte des Gesamtvermögens des jeweiligen Coins besitzen.

Kryptowährungen, die das Proof of Stake (PoS) Protokoll benutzen, sind zum u. a. Stratis, EOS (Delegated PoS), BlackCoin, PivX und Reddcoin.