Was sind PoW PoS, Konsens-Algorithmen?

11.01.2022

Alle Kryptowährungsnetzwerke arbeiten nach einem ähnlichen Prinzip – der Blockchain. Das Wesen ist einfach und besteht hauptsächlich in der Dezentralisierung des Datenaustauschs. Was bedeutet das? Auf die eine oder andere Weise werden neue Blöcke im Netzwerk vervollständigt, das heißt, neue Coins werden gemined. Damit ein neuer Block generiert werden kann, müssen die aktuellen Blöcke des Netzwerks technisch gesehen einen Konsens untereinander finden. Und wie dieses Problem gelöst wird, hängt davon ab, welcher Algorithmus in der Blockchain arbeitet.

Die wichtigsten Arten von Konsens-Algorithmen in Blockchains

Ursprünglich wurde das Bitcoin-Netzwerk für viele Aufgaben und Funktionen geschaffen. Es sollte sowohl ein universelles Zahlungsmittel als auch eine Möglichkeit werden, Vermögenswerte zu speichern und komplexere Funktionen wie Smart Contracts auszuführen. Die Realität hat jedoch alles an seinen Platz gestellt. Tatsache ist, dass der standardmäßige Konsens-Algorithmus, nach dem das Bitcoin-Netzwerk arbeitet, seine Nachteile hat – Transaktionsgeschwindigkeit und Skalierbarkeit, Energieverbrauch.

Hier benötigt das Mining neuer Coins viel Strom für komplexe Berechnungen. Daher wird das Netzwerk mit zunehmendem Wachstum umständlicher und langsamer, und als Ergebnis ist es schwierig zu skalieren. In diesem Zusammenhang wurden neue Konsens-Algorithmen entwickelt, die diese Nachteile jedoch nicht mit ihren eigenen Nuancen aufweisen. Schauen wir uns an, was die Haupttypen dieser Algorithmen sind, wie sie funktionieren und welche Nachteile und Vorteile sie haben.

Proof of Work (PoW)

Der klassische Konsens-Algorithmus – PoW steht für „Proof of Work“. Wie bereits erwähnt, operiert darauf das Netzwerk der ersten Kryptowährung Bitcoin. Was bedeutet proof of Work? Dies bedeutet, dass Sie, um einen Konsens zwischen den alten und den neuen Blöcken des Netzwerks zu finden, ein komplexes Rechenproblem lösen müssen, also etwas Arbeit leisten müssen. Somit sind alle Blöcke des Netzwerks gleich und das Hauptziel der Blockchain wird erreicht – kurz: Dezentralisierung.

Die Komplexität dieser Berechnungen sichert das Netzwerk sozusagen davor ab, dass jeder Nutzer nach eigenem Ermessen Blöcke hinzufügen und so „einfach so“ neue Bitcoin-Coins schürfen kann. Was ist diese Rechenaufgabe?

Das Rechnen in einem Netzwerk von Kryptowährungen, das mit dem PoW-Algorithmus arbeitet, verwendet Hashing oder Hash-Funktion. Für technische Spezialisten ist eine Hash-Funktion eine Funktion, die jedes Datenarray in eine Bitfolge umwandeln kann. Dieser String oder Hash kann nicht geknackt werden, da der Hashing-Prozess irreversibel ist – es ist unmöglich, das ursprüngliche Datenarray daraus zu erhalten.

Das Finden der Hash-Funktion eines neuen Blocks im Bitcoin-Netzwerk ist der glorreiche Prozess des Mining neuer Coins. Es passiert so – in jedem vorprogrammierten Zeitintervall wird eine neue Hashing-Aufgabe an alle Blöcke gesendet. Berechnungen sind eine einfache Aufzählung von Kombinationen, aber es gibt viele Kombinationen selbst, daher ist die Aufgabe schwierig. Der Teilnehmer, dessen Gerät den Hash des neuen Blocks gefunden hat, wird sein Besitzer, also erhält dadurch Coins.

Andere Netzwerkteilnehmer können die Korrektheit des Hashs bestätigen, da dieser im Voraus bekannt ist, jedoch keinen Zugriff darauf haben, sondern nur der Ersteller des Blocks.

Nach dem PoW-Algorithmus funktionieren neben Bitcoin viele Kryptowährungen – Ethereum, Lightcoin, Dogecoin und viele andere Projekte. Die Vorteile dieses Konsens-Algorithmus sind Sicherheit und Zuverlässigkeit. Nachteile sind geringe Geschwindigkeit und Skalierbarkeit.

Proof of Stake

Der zweithäufigste Konsens auf dem Kryptowährungsmarkt – PoS oder „Proof of Stake“, entstand genau aus den Mängeln von PoW und sollte ursprünglich Probleme der Netzwerkgeschwindigkeit und Skalierbarkeit lösen. Wie funktioniert es?

Beim PoS-Konsens-Algorithmus wird die Stabilität des Netzwerks und das Auffinden neuer Blöcke durch die sogenannten Validatoren (aktuelle Netzwerkteilnehmer, Coin-Inhaber) unterstützt. In einfachen Worten, wenn ein Teilnehmer alte Blöcke des Netzwerks besitzt, also Coins einer Kryptowährung, kann er eine Art Wette abschließen und als Belohnung einen Anteil der neu generierten Blöcke erhalten.

Physikalisch sieht das so aus – Validatoren prüfen neue Blöcke auf Korrektheit, und wenn der Block die Netzwerkkriterien erfüllt, bestätigen sie seine „Gültigkeit“. Wenn zwei Drittel des Netzwerks den Block bestätigt, wird er erstellt und die Transaktion wird durchgeführt.

Der Hauptvorteil des PoS-Algorithmus ist die hohe Transaktionsgeschwindigkeit und die Möglichkeit, das Netzwerk zu skalieren, das heißt es wird nicht „verlangsamt“, wenn zu viele Teilnehmer vorhanden sind. Deshalb kündigt die zweite Kryptowährung Ethereum seit vielen Jahren den Übergang zum PoS-Algorithmus an, der 2022 erfolgen soll.

Kryptowährungen, die den Proof of Stake-Konsensalgorithmus verwenden – Dash, BNB, Avalanhe, Near und viele weitere Projekte.

Weniger verbreitete Konsensalgorithmen

Schauen wir uns nun Algorithmen an, die viel seltener verwendet werden als die beiden wichtigsten, manchmal verwendet ein einzigartiger Algorithmus nur eine Kryptowährung.

Der drittbeliebteste Algorithmus nach PoW und PoS ist der Byzantine Full Tolerance (BFT)-Algorithmus. Hier ähnelt der Mechanismus dem in PoS, aber Validatoren genehmigen nicht nur Transaktionen, sondern können miteinander interagieren und das Netzwerk verwalten. Dies führt zu einer gewissen Abweichung vom Hauptparadigma der Blockchain, der Dezentralisierung, erhöht jedoch die Transaktionsgeschwindigkeit und die Netzwerkbandbreite erheblich. BFT beschäftigt Giganten der Kryptoindustrie wie Stellar und Ripple.

Ein Untertyp des PoS-Algorithmus ist DPoS oder Delegated Proof of Stake. Der Algorithmus ähnelt PoS, unterscheidet sich jedoch darin, dass große Validatoren bei der Entscheidungsfindung die Delegation von kleineren übernehmen können. Mit anderen Worten, die Kleinbesitzer des Netzwerks stimmen darüber ab, welche Gruppe von Großbesitzern die Entscheidung trifft. Dies führt auch zu einem gewissen Grad an Zentralisierung, da wichtige Entscheidungen des Netzwerks bei den großen Eigentümern verbleiben. EOS- und Steemit-Netzwerke arbeiten auf DPoS.

Der Proof of Impotance (PoI) Konsensalgorithmus oder Proof of Wichtigkeit verwendet nur ein Projekt – NEM. Auch hier ähnelt der Algorithmus dem PoS, allerdings ist neben dem Halten der Coins auf dem Konto auch die Aktivität im Netzwerk wichtig, die automatisch überprüft wird. Das heißt, im Gegensatz zu PoS müssen Sie nicht nur Gelder ansammeln, es ist nicht nur der Betrag wichtig, sondern auch die Aktivität im Netzwerk – Transaktionen, Genehmigungen usw. Das heißt, das Netzwerk ermutigt Validatoren, Kryptowährungen aktiv zu verwenden.

Fazit

Es ist offensichtlich, dass alle Konsensalgorithmen, von selten bis populär, sowohl ihre Vor- als auch gewisse Nachteile haben. Dies ist ein ständiges Gleichgewicht zwischen Dezentralisierung, Geschwindigkeit und Skalierbarkeit des Netzwerks, eine Art Kompromiss. Bisher gibt es keinen Algorithmus, der sich in der Praxis ideal bewährt hätte, daher suchen neue Projekte nach immer neuen Algorithmen.

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