Proof-of-Work vs. Proof-of-Stake: Die größten Unterschiede
Dieser Artikel untersucht die Unterschiede zwischen zwei Arten von Konsensmechanismen - Proof-of-Work (PoW) und Proof-of-Stake (PoS). Cryptonica gibt einen Überblick über die Vor- und Nachteile der einzelnen Systeme sowie über die mit jedem System verbundenen Sicherheitsrisiken.
Die Welt der Kryptowährung wird von komplexen Systemen beherrscht, die sichere und effiziente Transaktionen gewährleisten. Zwei primäre Mechanismen, die den Weg weisen, sind Proof-of-Work (PoW) und Proof-of-Stake (PoS). Das PoW-System, das ursprünglich durch Bitcoin ans Licht gebracht wurde, konzentriert sich auf Miner, die komplizierte mathematische Probleme für die Transaktionsvalidierung und Blockerstellung lösen. Dieser Prozess bietet unübertroffene Sicherheit, wirft jedoch aufgrund seines hohen Energieverbrauchs Bedenken auf. Auf der anderen Seite wählt PoS, ein von Kryptowährungen wie Ethereum bevorzugtes System, Validatoren basierend auf ihrem Anteil an der Währung aus. Diese Methode ist nicht nur energieeffizienter, sondern fördert auch langfristige Investitionen. Dieser Artikel befasst sich mit den Feinheiten und signifikanten Kontrasten zwischen diesen beiden prominenten Systemen - Proof-of-Work und Proof-of-Stake. Darüber hinaus wird dieser Artikel einen Einblick geben, wie sich die beiden Systeme voneinander unterscheiden, welches besser ist und vieles mehr über die beiden Systeme.
Was ist Proof-of-Work (PoW)?
Proof-of-Work (PoW) ist ein Konsensmechanismus, der in Blockchain-Netzwerken verwendet wird, um Transaktionen zu validieren und zu sichern und die Integrität des dezentralen Systems aufrechtzuerhalten. Es ist ein grundlegendes Konzept, das von Bitcoin, der ersten und bekanntesten Kryptowährung, eingeführt wurde. PoW stellt sicher, dass sich die Teilnehmer des Netzwerks auf die Reihenfolge und Gültigkeit von Transaktionen einigen, ohne dass eine zentrale Behörde erforderlich ist.
Im Kern erfordert PoW, dass Teilnehmer, sogenannte Miner, komplexe mathematische Rätsel lösen, um der Blockchain neue Transaktionsblöcke hinzuzufügen. Diese Rätsel sind rechenintensiv und erfordern erhebliche Rechenleistung zu lösen. Der Schwierigkeitsgrad der Rätsel wird regelmäßig angepasst, um eine konstante Blockerstellungsrate aufrechtzuerhalten.
Im Netzwerk verifizieren andere Teilnehmer, sogenannte Knoten, die Lösung, indem sie eigenständig prüfen, ob der Hashwert die geforderten Kriterien erfüllt. Wenn die Lösung gültig ist, wird der Block der Blockchain hinzugefügt, und der Bergmann, der die Lösung gefunden hat, wird mit einer vorgegebenen Menge an Kryptowährung wie Bitcoin belohnt.
Im Kern werden Blockchain-Transaktionen von Minern, die komplexe mathematische Rätsel lösen, zur Blockchain hinzugefügt. Diese Rätsel sind rechenintensiv und erfordern erhebliche Rechenleistung zu lösen. Eine konstante Blockerstellungsrate wird beibehalten, indem der Schwierigkeitsgrad des Puzzles angepasst wird.
Dieses System passt den Schwierigkeitsgrad dynamisch an, stellt sicher, dass Blöcke in regelmäßigen Abständen erstellt werden, und macht es böswilligen Akteuren nahezu unmöglich, die Blockchain zu überschreiben.
Wie funktioniert PoW?
Die Lösung komplexer mathematischer Probleme ist ein Schlüsselprinzip eines PoW-Systems. Der Prozess beginnt, wenn ein Miner eine Gruppe ausstehender Transaktionen zu einem Block zusammenfasst. Der Miner hängt dann einen zufälligen Wert namens "Nonce" an die Daten des Blocks an. Eine Nonce ist eine willkürliche Zahl, die Miner ändern, bis sie eine bestimmte Ausgabe finden, die bestimmte Kriterien erfüllt.
Um diese Ausgabe zu finden, hashen Miner wiederholt die mit der Nonce verketteten Blockdaten mithilfe einer kryptografischen Hash-Funktion wie SHA-256. Die Hash-Funktion generiert eine Ausgabe fester Länge, die als Hash bezeichnet wird und als zufällige Folge alphanumerischer Zeichen angezeigt wird. Das Ziel der Miner ist es, einen Hash zu finden, der bestimmte Anforderungen erfüllt, typischerweise durch eine bestimmte Anzahl führender Nullen.
Da die Ausgabe einer kryptographischen Hash-Funktion im Wesentlichen zufällig und unvorhersehbar ist, müssen Miner zahlreiche Versuche unternehmen, indem sie die Nonce wiederholt anpassen. Sie setzen diesen Prozess fort, bis einer von ihnen eine Nonce entdeckt, die, wenn sie mit den Daten des Blocks gehasht wird, einen Hash erzeugt, der die angegebenen Kriterien erfüllt.
Ein Miner sendet die Lösung (den Hash), sobald er eine geeignete Nonce gefunden hat. Ein Hash der Blockdaten kann von anderen Teilnehmern verifiziert werden, indem die bereitgestellte Nonce verwendet und der Hash mit den festgelegten Kriterien verglichen wird. Wenn die Lösung korrekt ist, wird der Block als gültig betrachtet und der Miner wird mit einer bestimmten Menge an Kryptowährung belohnt (im Fall von Bitcoin beispielsweise mit neu geprägten Bitcoins und Transaktionsgebühren).
Vor- und Nachteile von PoW
Hier sind die wichtigsten Vor- und Nachteile der Verwendung eines PoW-Konsensmechanismus:
Vorteile
- Sicher: PoW gilt als sicherer Mechanismus zur Überprüfung von Transaktionen und zum Erstellen neuer Blöcke, da für einen erfolgreichen Angriff auf das Netzwerk erhebliche Rechenleistung erforderlich ist.
- Vielfältig: Da Miner keine Währung besitzen müssen, um Mining zu betreiben, ermöglicht PoW Bergleuten aus der ganzen Welt, ohne jegliche Diskriminierung dem Netzwerk beizutreten.
- Dezentral: Im Gegensatz zu zentralisierten Systemen gibt es keine einzige Behörde, die Entscheidungen für das System trifft.
- Kostengünstig: Das System ist kostengünstig, da Miner für ihre Arbeit mit Kryptowährung und Transaktionsgebühren belohnt werden.
Nachteile
- Energieintensiv: PoW benötigt viel Energie für den Betrieb, was Bedenken hinsichtlich seiner Umweltauswirkungen aufkommen lässt.
- Mangelnde Skalierbarkeit: PoW-Systeme sind nicht so skalierbar wie andere Konsensmechanismen, und die Zeit, die zur Bestätigung von Transaktionen benötigt wird, ist relativ lang.
- Zentralisierungspotenzial: PoW-Systeme können anfällig für Zentralisierung sein, wenn Miner mit leistungsfähiger Hardware einen Vorteil gegenüber kleineren Miner erlangen.
Was ist ein Proof-of-Stake (PoS)?
Der PoS-Konsensmechanismus wurde mit dem Ziel entwickelt, einige der mit PoW verbundenen Probleme anzugehen. In einem PoS-System müssen Teilnehmer (sogenannte Validatoren) ihre eigene Kryptowährung einsetzen, um Transaktionen validieren und neue Blöcke erstellen zu können. Die Höhe der Währung, die sie einsetzen müssen, variiert von Netzwerk zu Netzwerk, ist jedoch in der Regel proportional zu ihrem Vermögen.
In einem PoS-System werden die Teilnehmer ausgewählt, um Blöcke zu erstellen und Transaktionen basierend auf der Anzahl der von ihnen gehaltenen Token und dem "Einsatz" im Netzwerk zu validieren. Je höher der Einsatz, desto höher die Chance, als Validator ausgewählt zu werden. Dieses Design soll sicherstellen, dass diejenigen mit einem größeren wirtschaftlichen Interesse am Netzwerk mit größerer Wahrscheinlichkeit für die Validierung von Transaktionen ausgewählt werden. Darüber hinaus bietet es weitere Anreize, die Währung langfristig zu halten. Schließlich beseitigt das System auch die Notwendigkeit für Miner, in teure Hardware zu investieren, da sie lediglich Token erwerben und halten müssen, um an der Blockerstellung teilzunehmen.
Wie funktioniert PoS?
In einem PoS-System werden Token-Inhaber basierend auf ihren Token-Beständen und ihrer Stakeability als Validatoren ausgewählt. Wenn ein Teilnehmer seine Token einsetzt, ist er berechtigt, neue Blöcke zu erstellen, indem er die Transaktion validiert. Der Prozess beginnt damit, dass Validatoren Gebote für den nächsten Block abgeben; Der Höchstbietende wird dann zufällig aus einem Bieterpool als Gewinner ausgewählt.
Der Validator, der das Gebot gewinnt, ist dann für die Validierung der Transaktionen im kommenden Block verantwortlich. Wenn sie alle Transaktionen erfolgreich validieren, werden sie mit einer vorgegebenen Menge an Kryptowährung belohnt. Diese Belohnung ist normalerweise proportional zu ihrem Einsatz und der Anzahl der von anderen Validatoren gesetzten Token.
Die Schlüsselidee hinter PoS ist, dass Personen, die einen größeren Anteil am Netzwerk haben (dh mehr Coins halten), eher in seinem besten Interesse handeln, um die Sicherheit und Stabilität der Blockchain aufrechtzuerhalten. Dies liegt daran, dass Validierer, die versuchen, das System zu kompromittieren, riskieren, ihre eingesetzten Coins als eine Form der Bestrafung zu verlieren, die als Hieb bezeichnet wird.
Vor- und Nachteile von PoS
Hier sind die wichtigsten Vor- und Nachteile eines PoS-Systems:
Vorteile
- Energieeffizient: PoS ist viel energieeffizienter als PoW, da Miner keine teure Hardware verwenden oder große Mengen an Strom verbrauchen müssen.
- Kostengünstig: Miner müssen nicht in teure Ausrüstung investieren, da sie lediglich die Währung kaufen und einsetzen müssen, um am Konsensprozess teilzunehmen.
- Skalierbar: PoS-Systeme sind viel skalierbarer als PoW, da sie weitaus mehr Transaktionen pro Sekunde verarbeiten können.
- Anreize für das Halten: Indem die Teilnehmer verpflichtet werden, ihre eigenen Mittel einzusetzen, schafft das System Anreize für Coin-Inhaber, ihre Coins über längere Zeiträume zu halten.
Nachteile
- Anfällig für Zentralisierung: Da PoS-Systeme diejenigen mit größeren Einsätzen belohnen, besteht die Gefahr der Zentralisierung, wenn sich das Vermögen in weniger Händen zu stark konzentriert.
- Höhere Einsatzanforderungen: Die Teilnahme an einem PoS-System erfordert in der Regel, dass die Teilnehmer mehr Coins einsetzen, als für das PoW-Mining benötigt würden.
- Hohe Eintrittsbarrieren: Da die Einsätze höher sind, kann es für kleinere Spieler schwieriger sein, in ein PoS-System einzusteigen.
- Fehlende Anonymität: In einigen Fällen müssen die Teilnehmer ihre Identität offenlegen, um am Konsensusprozess teilnehmen zu können. Dies kann den Datenschutz verringern und das Risiko erhöhen, dass böswillige Akteure Validatoren angreifen.
Durch die Kombination von PoW- und PoS-Konsensmechanismen haben einige Projekte Hybridlösungen wie Decred entwickelt, die das Beste aus beiden Welten bieten. Hybridsysteme wurden entwickelt, um die Sicherheitsvorteile von PoW zu nutzen und gleichzeitig den Energieverbrauch zu senken und die Skalierbarkeit durch den Einsatz von PoS zu verbessern. Solche Systeme könnten in Zukunft ein nachhaltigeres Modell für Blockchain-Netzwerke darstellen.
Wie unterscheidet sich Proof-of-Stake von Proof-of-Work?
Der größte Unterschied zwischen PoW und PoS besteht in der Art und Weise, wie Validatoren ausgewählt werden, um Transaktionen zu validieren und neue Blöcke zu erstellen. In einem PoW-System treten Miner gegeneinander an, um komplexe mathematische Rätsel zu lösen, um mit Kryptowährung belohnt zu werden. Auf der anderen Seite müssen die Teilnehmer in einem PoS-System nur ihr Geld einsetzen, um als Validator ausgewählt zu werden.
Ein weiterer wesentlicher Unterschied besteht darin, dass in einem PoS-System Validatoren, die versuchen, das System zu manipulieren, ihr Einsatz als Strafe gekürzt werden kann, was Anreize für gutes Benehmen schafft und böswillige Akteure davon abhält, das Netzwerk zu kompromittieren. Schließlich sind PoS-Systeme aufgrund fehlender teurer Hardwareanforderungen im Allgemeinen viel energieeffizienter als PoW-Systeme.
Das dritte ist, dass PoS-Systeme viel skalierbarer sind als PoW. Dies liegt daran, dass sie mehr Transaktionen pro Sekunde verarbeiten können, da Miner keine komplexen mathematischen Rätsel lösen müssen.
Schließlich bietet PoS Anreize fü rCoinhalter, ihre Coins länger zu behalten. Da Validatoren ihre eigenen Mittel einsetzen müssen, um am Konsensprozess teilzunehmen, ist es wahrscheinlicher, dass sie im besten Interesse des Netzwerks handeln und seine Stabilität aufrechterhalten. Dies hilft auch, extreme Volatilität der Coinpreise zu verhindern.
Insgesamt bieten PoS-Systeme eine wesentlich energieeffizientere Lösung als PoW und bieten dennoch einen sicheren und dezentralen Konsensprozess.
Was ist besser: Proof-of-Stake oder Proof-of-Work?
Die Antwort auf diese Frage hängt weitgehend von den spezifischen Anforderungen eines bestimmten Netzwerks ab. Im Allgemeinen sind PoS-Systeme viel energieeffizienter als PoW-Systeme und bieten schnellere Transaktionsverarbeitungszeiten. Dies macht sie ideal für Netzwerke, die Geschwindigkeit und Skalierbarkeit erfordern und gleichzeitig einen sicheren Konsensprozess gewährleisten.
Andererseits bieten PoW-Systeme aufgrund ihrer komplexen mathematischen Rätsel eine höhere Sicherheit, was sie zu einer besseren Wahl für Netzwerke macht, bei denen Sicherheit Vorrang vor Geschwindigkeit und Skalierbarkeit hat.
In Bezug auf die Umweltbelastung sind Kassensysteme aufgrund fehlender energieintensiver Hardwareanforderungen wesentlich umweltfreundlicher als PoW-Systeme. Dies macht sie zu einer besseren Wahl für Netzwerke, die Nachhaltigkeit priorisieren.
Letztendlich haben sowohl PoW- als auch PoS-Systeme ihre eigenen Vor- und Nachteile, und es ist wichtig, die spezifischen Anforderungen eines bestimmten Netzwerks zu berücksichtigen, wenn entschieden wird, welcher Konsensmechanismus am besten ist. Für viele Projekte kann die Verwendung eines Hybridsystems wie Decred eine großartige Möglichkeit sein, die Vorteile von PoW und PoS zu nutzen. Es hängt also von den Bedürfnissen des Einzelnen ab und davon, welches System für ihn besser ist.
Wann sollte PoW oder PoS verwendet werden?
Die Wahl, ob ein Proof-of-Work-System oder ein Proof-of-Stake-System verwendet werden soll, hängt von den Zielen des betreffenden Blockchain-Netzwerks ab.
Ein PoW-System eignet sich am besten für Projekte, die sichere Transaktionen erfordern, wie z. B. Bitcoin, dessen Fokus auf vertrauensloser Zensurresistenz liegt. Der mit PoW verbundene Energiebedarf wird auch als Sicherheitsmaßnahme angesehen, was den Prozess teurer und schwieriger anzugreifen macht.
Auf der anderen Seite eignen sich Proof-of-Stake-Systeme besser für Projekte mit Fokus auf Skalierbarkeit. Dies liegt daran, dass PoS-basierte Blockchains weniger Energie für die Validierung benötigen und mehr Transaktionen pro Sekunde verarbeiten können.
Darüber hinaus wird PoS in Ländern mit stark eingeschränkter Stromversorgung eingesetzt und bietet eine Möglichkeit, Transaktionen zu validieren, ohne große Energiemengen zu verbrauchen.
Es ist wichtig zu beachten, dass sich die beiden Systeme nicht unbedingt gegenseitig ausschließen müssen, da einige Projekte möglicherweise beide Systeme implementieren, um vom Besten beider Welten zu profitieren. Letztendlich hängt das beste System für ein bestimmtes Projekt von seinen spezifischen Bedürfnissen und Zielen ab.
Zentralisierungsrisiko
Das Zentralisierungsrisiko ist sowohl bei Proof-of-Work (PoW) - als auch bei Proof-of-Stake (PoS) -Konsensmechanismen ein erhebliches Problem. In PoW ergibt sich das Zentralisierungsrisiko aus der Konzentration der Rechenleistung in den Händen einiger weniger Bergbauunternehmen. Da das Mining immer ressourcenintensiver wird, haben kleinere Teilnehmer Schwierigkeiten, sich zu behaupten, was dazu führt, dass einige wenige dominante Akteure das Netzwerk kontrollieren.
Andererseits bringen PoS ein eigenes Zentralisierungsrisiko mit sich. In PoS werden Validatoren basierend auf der Anzahl der Coins ausgewählt, die sie besitzen oder eingesetzt haben. Dies schafft eine Situation, in der diejenigen mit einem bedeutenden Anteil mehr Einfluss haben und eher als Validatoren ausgewählt werden, was möglicherweise die Macht in den Händen einiger weniger wohlhabender Einzelpersonen oder Organisationen festigt.
Sowohl PoW- als auch PoS-Zentralisierungsrisiken können den dezentralen Charakter von Blockchain-Netzwerken untergraben. Eine zentralisierte Kontrolle kann zu einem Vertrauensverlust, einer erhöhten Anfälligkeit für Angriffe und einer verringerten Ausfallsicherheit des Systems führen. Es werden Anstrengungen unternommen, um diese Bedenken durch Vorschriften für Mining-Pools, Hardwarevielfalt und hybride Konsensmechanismen auszuräumen, die PoW- und PoS-Elemente kombinieren.
Insgesamt ist die Minderung des Zentralisierungsrisikos in PoW und PoS entscheidend für die Aufrechterhaltung der Kernprinzipien der Blockchain-Technologie, einschließlich Dezentralisierung, Sicherheit und Fairness.
Sicherheitsrisiko
Sicherheit ist einer der wichtigsten Aspekte eines Blockchain-Netzwerks, da sie dazu beiträgt, die Datenintegrität zu gewährleisten und Benutzer vor böswilligen Akteuren oder Hacks zu schützen. Sowohl Proof-of-Work (PoW) - als auch Proof-of-Stake (PoS) -Systeme stellen einzigartige Sicherheitsrisiken dar, die beim Entwurf eines Blockchain-Netzwerks berücksichtigt werden müssen.
In PoW-Systemen ergibt sich das größte Sicherheitsrisiko aus der Konzentration der Bergbaumacht in den Händen weniger Einheiten. Angenommen, eine Entität kann mehr als 51% der Rechenleistung des Netzwerks kontrollieren. In diesem Fall hat es das Potenzial, Transaktionen zu stören oder sogar rückgängig zu machen, Coins doppelt auszugeben und generell die Sicherheit des Netzwerks zu untergraben.
In Proof-of-Stake-Netzwerken hängt das Sicherheitsrisiko weniger mit der Rechenleistung zusammen und konzentriert sich mehr auf den Wohlstand. PoS-Systeme bieten Coinbesitzern Anreize, ihre Coins zu staken, um Validatoren zu werden, was bedeutet, dass Personen mit großen Coinbeständen eine größere Chance haben, Validatoren zu werden und möglicherweise das Netzwerk zu kontrollieren. Dies kann zu einer Zentralisierung der Macht führen und ungleiche Konkurrenzbedingungen für kleinere Benutzer schaffen.
Fazit
Kurz gesagt, sowohl Proof of Work (PoW) - als auch Proof of Stake (PoS) -Konsensmechanismen haben ihre eigenen einzigartigen Vor- und Nachteile. PoW-Systeme bieten aufgrund ihrer energieintensiven Natur eine höhere Sicherheit, während PoS-Netzwerke skalierbarer und energieeffizienter sind. Zentralisierung ist bei beiden Systemtypen ein Risiko, kann jedoch durch bestimmte Techniken gemindert werden. Letztendlich hängt das beste System für ein bestimmtes Projekt von seinen spezifischen Bedürfnissen und Zielen ab. Letztendlich sollte jedes System, das du wählst, in der Lage sein, deinem Netzwerk einen sicheren und fairen Konsensprozess zu bieten.
Häufig gestellte Fragen
Wird Proof-of-Work noch verwendet?
Ja, Proof-of-Work (PoW) wird immer noch in vielen Blockchain-Netzwerken wie Bitcoin verwendet. Es ist ein sicherer Konsensmechanismus, bei dem Miner komplexe mathematische Probleme lösen müssen, um Transaktionen zu validieren und neue Blöcke zu erstellen.
Warum ist Proof-of-Work besser?
Proof-of-Work (PoW) ist besser für Projekte, die sichere Transaktionen erfordern, wie z. B. Bitcoin. Der mit PoW verbundene Energiebedarf macht es teurer und schwieriger anzugreifen, was eine zusätzliche Sicherheitsebene bietet. Darüber hinaus wird die Tatsache, dass Miner für ihre Arbeit belohnt werden, als wichtiger Anreiz angesehen, das Netzwerk sicher zu halten.
Kann Bitcoin in Proof-of-Stake umgewandelt werden?
Es ist möglich, aber höchst unwahrscheinlich, dass Bitcoin in ein Proof-of-Stake (PoS) -System umgewandelt werden könnte. Dies liegt daran, dass der Übergang grundlegende Änderungen am bestehenden Netzwerk erfordern würde, die angesichts seiner derzeitigen Größe und Komplexität möglicherweise nicht durchführbar sind. Darüber hinaus ist es ungewiss, ob PoS in diesem Fall das gleiche Sicherheitsniveau wie PoW bieten kann. Schließlich gibt es Fragen im Zusammenhang mit der Governance, die angegangen werden müssten, z. B. wie neue Validatoren ausgewählt und Belohnungen verteilt werden. Daher ist es unwahrscheinlich, dass Bitcoin in naher Zukunft auf PoS umgestellt wird.
Wie verdient man mit Proof-of-Stake?
Bei PoS-Konsensmechanismen (Proof-of-Stake) müssen Validatoren eine bestimmte Menge an Coins staken, um für Blockbelohnungen in Frage zu kommen. Die Menge an Coins, die gestaked werden müssen, variiert je nach Projekt, beträgt jedoch in der Regel etwa 1% oder mehr des gesamten Umlaufangebots. Sobald du genügend Coins gestaked hast, kannst du Validator werden und Belohnungen verdienen. Denk jedoch daran, dass gestakte Coins für eine bestimmte Zeit gesperrt sind.Daher ist es wichtig sicherzustellen, dass du es dir leisten kannst, die Coins zu binden, bevor du sie einsetzt. Darüber hinaus ist es wichtig, das Projekt gründlich zu recherchieren, bevor du investierst, da mit dem Staking deiner Coins Risiken verbunden sein können.
