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Proof-of-Stake (PoS): das Hauptkonzept und die Prinzipien

Der beliebte Proof-of-Stake (PoS) ist ein Konsensalgorithmus, der das Staking von Blockchain-Tokens erfordert, um Validierer zu werden, neue Blöcke zur Blockchain hinzuzufügen, die Legitimität von Transaktionen zu bestätigen und Belohnungen zu erhalten.  

Beliebte Blockchains wie Solana, Cardano, Toncoin, BNB Chain, BNB Smart Chain und andere verwenden Proof-of-Stake. Ethereum, die Blockchain mit der zweithöchsten Marktkapitalisierung, wechselte im September 2022 von PoW zu PoS.

Konsensmechanismus: Was es ist und warum es so wichtig ist

Ein Konsensmechanismus ist ein Regelwerk für Blockchain-Teilnehmer (Validatoren), um neue Transaktionsblöcke zu bilden. Blockchains haben kein universelles Kontrollorgan für die Validierung von Transaktionen, da sie dezentralisiert sind. Konsensprotokolle sollen das Netzwerk sichern und sicherstellen, dass sich alle Teilnehmer auf eine Version der Blockchain einigen.  

Einfach ausgedrückt: Ein Konsensalgorithmus ist eine Reihe von Regeln, nach denen eine Blockchain lebt, funktioniert und sich weiterentwickelt. Diese Regeln werden angewendet, um der Kette neue Blöcke hinzuzufügen.

Es gibt verschiedene Konsensprotokolle: Proof of Work (PoW), Proof of Stake (PoS), Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT), Proof of Burn (PoB) und andere. PoW (Proof of Work) und PoS (Proof of Stake) sind die bekanntesten davon.

Entwicklung von PoS

PPCoin nutzte PoS erstmals im August 2012 als Hybridversion: Es wurden neue Münzen geschürft, aber Transaktionen konnten von jedem Knoten verarbeitet werden, der PPC speicherte. Im November 2013 wurde Nxt die erste echte Kryptowährung auf PoS.

Der Proof-of-Stake-Algorithmus erwies sich als sehr erfolgreich und flexibel, sodass viele Blockchains ihn in unterschiedlichen Formen übernahmen.

Proof-of-Stake: So funktioniert es

Der PoS-Algorithmus erfordert also nicht, dass die Netzwerkteilnehmer komplexe mathematische Funktionen lösen, während ein Validierer das Recht erhält, einen neuen Block pseudozufällig zu generieren, abhängig von der Anzahl der eingesetzten Münzen. Dieser Mechanismus wird auch Forging oder Minting genannt, und die Blockgenerierung wird Coining genannt.

Einfach ausgedrückt: Beim Forging handelt es sich um die Erstellung neuer Blöcke auf Basis des PoS-Algorithmus mit der Chance auf eine Belohnung.

Prinzip des PoS:

  1. Sobald Knoten Münzen sperren, betrachtet eine Blockchain sie als einsatzbereit. Die Mindesteintrittsschwelle ist in jeder Blockchain unterschiedlich. Zum Validieren müssen Sie beispielsweise 32 ETH in Ethereum einsetzen.
    2. Alle Validierer konkurrieren um das Recht, der Distributed-Ledger-Kette einen neuen Block hinzuzufügen.
    3. Eine Blockchain wählt nach dem Zufallsprinzip einen Knoten aus, der basierend auf mehreren Kriterien einen Block hinzufügt. Es gibt mehrere Möglichkeiten, ein Rechengerät zum Erstellen eines Blocks auszuwählen:
  • Münzalter: Berücksichtigung, wie lange und wie viele Münzen eingesetzt wurden. Nachdem ein Knoten vom Validator ausgewählt wurde, wird das Alter der Münzen auf Null zurückgesetzt. 
  • Staking-Rate: die Anzahl der an den Hash gesendeten Münzen und der Hash-Wert. Je höher der Stacking-Wert und je niedriger der Hash-Wert, desto größer sind die Chancen eines Knotens, einen neuen Block zu erstellen.
  1. Ein Validator überprüft Transaktionen im Block, signiert ihn, andere Knoten bestätigen seine Legitimität und wenn die Mehrheit von ihnen ihn für gültig hält, wird er der Blockchain hinzugefügt.

Wenn die Prüfer einen Block als unrechtmäßig einstufen, verliert der ausgewählte Knoten alle eingesetzten Münzen und der gesamte Prozess wird neu gestartet. Der Fälscher kann in Zukunft keine Blöcke mehr generieren.

  1. Knoten erhalten Belohnungen in Form einer Transaktionsgebühr. Die Belohnung und der Einsatz des Knotens werden für das Netzwerk gesperrt, um die Legitimität der Transaktionen zu überprüfen.

Vor- und Nachteile von Proof-of-Stake

Zu den Hauptvorteilen von Proof-of-Stake gehören:

  • es ist keine teure Ausrüstung erforderlich;
  • deutlich geringerer Stromverbrauch im Vergleich zu PoW;
  • hohes Sicherheitsniveau (ein 51%-Angriff würde den Besitz von mehr als der Hälfte der gesamten Kryptowährung des Netzwerks erfordern, was eine Menge Geld ist, und selbst wenn Angreifer diese Menge zusammenbekommen, wird der Angriff unrentabel sein);
  • hohe Transaktionsgeschwindigkeit;
  • es reicht aus, die Blockierung aufzuheben und die Münzen zu verkaufen, um die Tätigkeit des Validierers einzustellen; 
  • Die Belohnungen können reinvestiert werden und die Rentabilität steigt langfristig. Bei PoW ist dies schwieriger, da die Miner in Ausrüstung investieren müssen.

Proof-of-Stake hat auch Nachteile. Der wichtigste ist in gewisser Weise ein Zentralisierungsansatz, denn je mehr Münzen der Validierer hat, desto mehr Gewicht hat seine Stimme. Und obwohl ein 51%-Angriff unrentabel ist, ist er ziemlich wahrscheinlich.

Proof-of-Stake-Typen

Traditionelle PoS haben eine Vielzahl unterschiedlicher Konsensalgorithmen entwickelt, die sich in einigen Aspekten unterscheiden. Hier sind einige davon:

  • Delegated Proof-of-Stake (DPoS): Blockchain-Teilnehmer verwenden ihre Token, um Validierer auszuwählen. Bitshares setzt beispielsweise darauf.
  • Leased Proof-of-Stake (LPoS): Validatoren mieten von Blockchain-Teilnehmern ihre Kryptowährung gegen eine Gebühr. Waves verwendet dies beispielsweise.
  • Nominated Proof-of-Stake (NPoS): sogenannte Nominatoren unter Blockchain-Teilnehmern, die für Validatoren staken und für deren Aktionen verantwortlich sind. Polkadot nutzt es beispielsweise.
  • Pure Proof-of-Stake (PPoS): wird im Algorand-Netzwerk verwendet. Ein Validierer eines neuen Blocks wird zufällig und anonym aus Kryptobesitzern mit mehr als 1 ALGO ausgewählt.
  • Proof-of-Authority (PoA): Jeder Validator muss von Blockchain-Entwicklern genehmigt werden. Das heißt, es handelt sich um einen Proof of Stake + Reputation. Validatoren werden verifiziert. Der Algorithmus wird im BNB Chain-Netzwerk verwendet.

Staking-Arten

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, an der Aufrechterhaltung einer PoS-Blockchain mitzuwirken:

  1. Traditionelles Staking (autonom technisch), bei dem ein Benutzer ein Validierer ist. Das größte Problem hierbei ist der Mindestbetrag zum Sperren von Münzen in der Brieftasche. Vielen fällt es schwer, eine große Summe zu sperren. Beispielsweise entsprechen 32 ETH in Ethereum zum Zeitpunkt des Artikels ungefähr 44.600 USD. 1.000 DASH in der DASH-Blockchain entsprechen 47.820 USD; 10.000 XTZ in Tezos entsprechen 8.400 USD. Der Staking-Zeitraum kann zwischen einigen Tagen und einigen Jahren liegen. Ein Validierer wird für den Offline-Status mit einer Geldstrafe belegt.
  2. Cold Staking. Münzen werden in einer Cold Wallet blockiert: Sie müssen nicht ständig online sein, die Belohnungen werden nach dem Aufheben der Sperrung und dem Abheben der Münzen sofort eingestellt.
  3. Delegiertes Staking. Münzen werden an einen Vermittler übertragen, der sie zusammen mit den Kryptowährungen anderer Kunden einsetzt. Wenn es viele Kunden gibt, sammelt der Vermittler eine große Anzahl von Münzen an und hat dementsprechend hohe Chancen auf das Recht, einen Block zu generieren und eine Belohnung zu erhalten.

Fazit

Der Proof-of-Stake-Konsensalgorithmus hat großes Potenzial. Er ist für Leute, die Validierer werden wollen, viel zugänglicher als Proof-of-Work für angehende Miner.

Sein wichtigster Vorteil ist jedoch seine Umweltfreundlichkeit. Da keine schweren Geräte erforderlich sind, bleiben die Energiekosten niedrig.