Proof of Stake ist ein beliebter alternativer Konsensmechanismus zu Proof of Work. Anstatt Rechenleistung zur Validierung von Transaktionen zu benötigen, müssen Validatoren Coins staken. Diese Tatsache reduziert den benötigten Energieverbrauch drastisch. Proof of Stake kann auch Dezentralisierung, Sicherheit und Skalierbarkeit verbessern.
Jedoch kann ein 51%-Angriff relativ einfach mit Blockchains mit geringer Marktkapitalisierung erreicht werden. Da Proof of Stake äußerst vielseitig ist, gibt es eine breite Palette von Variationen für verschiedene Blockchains und Anwendungsfälle.
Einführung
Proof of Stake ist bei weitem die beliebteste Wahl für Blockchain-Netzwerke heute. Aber mit so vielen Variationen kann es schwierig sein, die Kernkonzepte zu verstehen. Heutzutage ist es unwahrscheinlich, dass Sie es in seiner ursprünglichen Form sehen. Dennoch teilen alle Arten von Proof of Stake dieselben wichtigen Kernkonzepte. Das Verständnis dieser Ähnlichkeiten wird Ihnen helfen, bessere Entscheidungen über die Blockchains zu treffen, die Sie verwenden und wie sie funktionieren.
Was bedeutet Proof of Stake?
Der Proof of Stake Konsensalgorithmus wurde 2011 im Bitcointalk-Forum eingeführt. Er wurde als Lösung für die Probleme von Proof of Work vorgeschlagen. Obwohl beide dasselbe Ziel verfolgen, einen blockchain-Konsens zu erreichen, ist der Prozess, den sie verfolgen, recht unterschiedlich. Anstatt einen rechenintensiven Beweis zu erbringen, müssen die Teilnehmer lediglich nachweisen, dass sie Münzen gestaket haben.
Wie funktioniert Proof of Stake?
Der Proof Of Stake-Algorithmus verwendet einen pseudo-zufälligen Wahlprozess, um Validatoren aus einer Gruppe von Knoten auszuwählen. Das System verwendet eine Kombination von Faktoren, darunter Staking Alter, ein Element der Randomisierung und den n Reichtum des Knoten.
In Proof of Stake-Systemen werden blöcke 'geschmiedet' statt abgebaut. Dennoch könnten Sie gelegentlich den Begriff 'abgebaut' hören. Die meisten Proof of Stake-Kryptowährungen starten mit einem Angebot an 'vorab geschmiedeten' Münzen, um Knoten zu ermöglichen, sofort zu beginnen.
Benutzer, die am Schmiedeprozess teilnehmen, müssen eine bestimmte Menge an Münzen in das Netzwerk als ihren stake sperren. Die Größe der Stakes bestimmt die Chancen, dass ein Knoten als nächster Validator ausgewählt wird - je größer der Stake, desto größer die Chancen. Einzigartige Methoden werden in den Auswahlprozess integriert, um nicht nur die wohlhabendsten Knoten im Netzwerk zu bevorzugen. Die zwei am häufigsten verwendeten Methoden sind Randomisierte Blockauswahl und Coin Age Selection.
Randomisierte Blockauswahl
Im Randomized Block Selection-Verfahren werden die Validatoren ausgewählt, indem nach Knoten mit einer Kombination aus dem niedrigsten Hash-Wert und dem höchsten Stake gesucht wird. Da die Größen der Stakes öffentlich sind, kann der nächste Schmied normalerweise von anderen Knoten vorhergesagt werden.
Coin Age Selection
Die Coin Age Selection-Methode wählt Knoten basierend darauf aus, wie lange ihre Tokens gestaked wurden. Das Coin-Alter wird berechnet, indem die Anzahl der Tage, an denen die Münzen gestaked wurden, mit der Anzahl der gestakten Münzen multipliziert wird.
Sobald ein Knoten einen Block geschmiedet hat, wird sein Coin-Alter auf null zurückgesetzt, und er muss eine bestimmte Zeit warten, um einen weiteren Block schmieden zu können - dies verhindert, dass große Stake-Knoten die Blockchain dominieren.
Transaktionen validieren
Jede Kryptowährung, die einen Proof of Stake-Algorithmus verwendet, hat ihre eigenen Regeln und Methoden, die kombiniert werden, um das bestmögliche Ergebnis für das Netzwerk und seine Benutzer zu erzielen.
Wenn ein Knoten ausgewählt wird, um den nächsten Block zu schmieden, überprüft er, ob die Transaktionen im Block gültig sind. Er signiert dann den Block und fügt ihn zur Blockchain hinzu. Als Belohnung erhält der Knoten die Transaktionsgebühren aus dem Block und in einigen Blockchains eine Münzbelohnung.
Wenn ein Knoten aufhören möchte, ein Schmied zu sein, wird sein Stake und die verdienten Belohnungen nach einer bestimmten Zeit freigegeben, sodass das Netzwerk Zeit hat zu überprüfen, dass keine betrügerischen Blöcke von dem Knoten zur Blockchain hinzugefügt wurden.
Welche Blockchains verwenden Proof of Stake?
Die meisten Blockchains nach Ethereum verwenden Proof of Stake-Konsensmechanismen. Typischerweise wird jede so angepasst, dass sie den Bedürfnissen des Netzwerks entspricht. Wir werden diese Variationen später im Artikel behandeln. Ethereum selbst befindet sich derzeit im Prozess, zu Proof of Stake mit Ethereum 2.0 zu wechseln.
Blockchain-Netzwerke, die Proof of Stake oder eine Form davon verwenden, umfassen:
1. BNB Chain
3. Solana
4. Avalanche
5. Polkadot
Vorteile von Proof of Stake
Proof of Stake hat viele klare Vorteile gegenüber Proof of Work. Aus diesem Grund verwenden neue Blockchains fast immer Proof of Stake. Zu den Vorteilen gehören:
Anpassungsfähigkeit
Da sich die Bedürfnisse der Benutzer und die Blockchains ändern, kann auch Proof of Stake variieren. Es ist offensichtlich zu sehen, dass es eine Vielzahl von Anpassungen gibt. Der Mechanismus ist vielseitig und kann leicht auf die meisten Anwendungsfälle von Blockchains angewendet werden.
Dezentralisierung
Mehr Benutzer werden ermutigt, Knoten zu betreiben, da es erschwinglicher ist. Dieser Anreiz und der Randomisierungsprozess machen das Netzwerk auch dezentraler. Obwohl Staking-Pools existieren, gibt es eine viel höhere Chance für eine Einzelperson, erfolgreich einen Block unter Proof of Stake zu schmieden. Insgesamt verringert dies die Notwendigkeit für Staking-Pools.
Energieeffizienz
Proof of Stake ist im Vergleich zu Proof of Work unglaublich energieeffizient. Die Kosten für die Teilnahme hängen von den wirtschaftlichen Kosten des Stakings von Münzen ab, anstatt von den Berechnungskosten zur Lösung von Rätseln. Dieser Mechanismus führt zu einer erheblichen Reduzierung des Energiebedarfs zur Durchführung des Konsensmechanismus.
Skalierbarkeit
Da Proof of Stake nicht auf physische Maschinen angewiesen ist, um Konsens zu erzeugen, ist es skalierbarer. Es besteht keine Notwendigkeit für große Mining-Farmen oder große Energiespeicher. Das Hinzufügen weiterer Validatoren zum Netzwerk ist günstiger, einfacher und zugänglicher.
Sicherheit
Staking funktioniert als finanzieller Anreiz für den Validator, keine betrügerischen Transaktionen zu verarbeiten. Wenn das Netzwerk eine betrügerische Transaktion erkennt, verliert der Validator einen Teil seines Stakes und sein Recht, in Zukunft teilzunehmen. Solange der Stake höher ist als die Belohnung, würde der Validator mehr Münzen verlieren, als er mit betrügerischer Aktivität gewinnen würde.
Um das Netzwerk effektiv zu kontrollieren und betrügerische Transaktionen zu genehmigen, müsste ein Knoten einen Mehrheitsanteil am Netzwerk besitzen, auch bekannt als 51%-Angriff. Je nach Wert einer Kryptowährung kann es nahezu unmöglich sein, die Kontrolle über das Netzwerk zu erlangen, da man 51% des zirkulierenden Angebots erwerben müsste.
Nachteile von Proof of Stake
Obwohl Proof of Stake viele Vorteile im Vergleich zu Proof of Work hat, gibt es dennoch einige Schwächen:
Forking
Mit einem standardmäßigen Proof of Stake-Mechanismus gibt es keinen Anreiz, beide Seiten eines forks abzubauen. Unter Proof of Work würde das Mining beider Seiten zu einem Energieverlust führen. Mit Proof of Stake sind die Kosten viel geringer, was bedeutet, dass die Leute auf beide Seiten eines Forks "wetten" können.
Zugänglichkeit
Um mit dem Staking zu beginnen, benötigen Sie ein Angebot an nativen Tokens einer Blockchain. Dies erfordert, dass Sie das Token über eine Börse oder eine andere Methode kaufen. Je nach benötigter Menge müssen Sie möglicherweise eine erhebliche Investition tätigen, um effektiv mit dem Staking zu beginnen.
Mit Proof of Work können Sie günstige Mining-Ausrüstung kaufen oder sogar mieten. Damit können Sie einem Pool beitreten und schnell mit dem Validieren und Verdienen beginnen.
51%-Angriff
Während Proof of Work ebenfalls anfällig für 51%-Angriffe ist, kann dies mit Proof of Stake erheblich einfacher sein. Wenn der Preis eines Tokens einbricht oder die Blockchain eine niedrige Marktkapitalisierung hat, kann es theoretisch billig sein, mehr als 50% der Tokens zu kaufen und das Netzwerk zu kontrollieren.
Andere Konsensmechanismen, die auf Proof of Stake aufbauen
Proof of Stake ist hochgradig anpassungsfähig. Entwickler können den genauen Mechanismus ändern, um den spezifischen Anwendungsfällen einer Blockchain gerecht zu werden. Im Folgenden sind einige der am häufigsten gesehenen aufgelistet.
Delegierter Proof of Stake (DPoS)
Delegierte Proof of Stake ermöglicht es Benutzern, Münzen zu staken, ohne Validator zu werden. In diesem Fall staken sie sie hinter einem Validator, um an den Blockbelohnungen teilzuhaben. Je mehr Delegierte hinter einem möglichen Validator staken, desto größer ist die Auswahlchance. Validatoren können normalerweise die Menge, die sie mit den Delegierten teilen, als Anreiz ändern. Der Ruf eines Validators ist ebenfalls ein wichtiger Faktor für Delegierte.
Nominierter Proof of Stake (NPoS)
Nominierter Proof of Stake ist ein Konsensmodell, das von Polkadot entwickelt wurde. Es hat viele Ähnlichkeiten mit Delegated Proof of Stake, aber einen entscheidenden Unterschied. Wenn ein Nominator (Delegierter) hinter einem böswilligen Validator staked, kann er ebenfalls seinen Stake verlieren.
Nominatoren können bis zu 16 Validatoren auswählen, hinter denen sie staken. Das Netzwerk verteilt dann ihren Stake gleichmäßig hinter den gewählten Validatoren. Polkadot verwendet auch mehrere Ansätze in der Spieltheorie und Wahltheorie, um zu bestimmen, wer einen neuen Block schmieden wird.
Proof of Staked Authority (PoSA)
BNB Smart Chain verwendet Proof of Staked Authority, um einen Netzwerk-Konsens zu erzeugen. Dieser Konsensmechanismus kombiniert Proof of Authority und Proof of Stake, sodass Validatoren abwechselnd Blöcke erzeugen. Eine Gruppe von 21 aktiven Validatoren ist berechtigt, teilzunehmen, ausgewählt durch die Menge von BNB, die sie staken oder hinter sich delegiert haben. Dieses Set wird täglich bestimmt, und die BNB Chain speichert die Auswahl.
Fazit
Die Art und Weise, wie wir Transaktionsblöcke zu einem Netzwerk hinzufügen, hat sich seit Bitcoin erheblich verändert. Wir müssen nicht mehr auf Rechenleistung angewiesen sein, um einen Krypto-Konsens zu erzeugen. Das Proof of Stake-System hat viele Vorteile, und die Geschichte hat gezeigt, dass Proof of Stake funktioniert. Mit der Zeit sieht es so aus, als ob Bitcoin nur eines von wenigen Proof of Work-Netzwerken sein wird, die übrig bleiben. Im Moment scheint es, dass Proof of Stake hier bleibt.