Proof of Stake

Proof of Stake (deutsch etwa „Anspruchsnachweis“ oder „Anteilsnachweis“; oft abgekürzt als PoS) bezeichnet ein Verfahren, mit dem ein Blockchain-Netzwerk einen Konsens darüber erzielt, welcher Teilnehmer den nächsten Block erzeugen darf. Dabei wird eine gewichtete Zufallsauswahl eingesetzt, wobei die Gewichte der einzelnen Teilnehmer aus Teilnahmedauer und/oder Vermögen (dem „Stake“) ermittelt werden.

Man erhält Tokens, zum Beispiel stETH, sozusagen als „Quittung“ für das „gestakede“ Geld.

Eine grundlegende Schwierigkeit von Proof-of-Stake-Verfahren stellt das sogenannte nothing-at-stake-Problem dar. Dieses besagt, dass die Erzeuger von Blöcken im Fall von mehreren konkurrierenden Zweigen einer Blockchain den Anreiz haben, auf allen diesen Zweigen Blöcke zu erzeugen, da dieses parallele Erzeugen anders als beim Proof-of-Work keinen erheblichen Zusatzaufwand darstellt. Wenn eine große Zahl der Stakeholder so handelt, kann sich kein Konsens über den „korrekten“ Zweig einstellen. Eine der Möglichkeiten, dem nothing-at-stake-Problem zu entgegnen, wäre parallele Erzeugungen zu sanktionieren.[1]

Funktionsweise

Blockchains benötigen einen internen Mechanismus, der festlegt und prüft, welcher Teilnehmer in der Lage ist bzw. die „Erlaubnis“ hat, neue Blöcke zu erzeugen und der Blockchain hinzuzufügen. Dieser Mechanismus ist elementar für die Integrität und Sicherheit der betreffenden Blockchain.

Einige Blochchains, wie z. B. der Bitcoin, verwenden ein Proof of Work-Modell: Die Sicherheit wird hier über enorme Mengen benötigter Rechenleistung gewährleistet (dies führt zum enorm zeit- und energieintensiven Prozess des Bitcoin#Mining). Zumindest in der Theorie besteht die Gefahr, das ein Teilnehmer das Netzwerk allein durch Betrieb der Mehrheit der Rechenleistung komplett übernehmen könnte („51-%-Angriff“).

Im Gegensatz dazu wird beim Proof of Stake-Modell die Sicherheit über den Besitz von Blöcken (und nicht über Rechenleistung) garantiert. Nutzer („Validatoren“) hinterlegen Blöcke, die sie besitzen (das nennt man „staking“). Basierend auf der Anzahl der hinterlegten Blöcke, wird dann ein zufälliger Nutzer ausgewählt, um neue Blöcke der Blockchain hinzuzufügen:

„Bei Proof of Stake gibt es anstelle von Minern sogenannte Validatoren. Diese hinterlegen, vereinfacht gesagt, einen Teil ihrer Coins als Sicherheit, um neue Coins zu erzeugen. Dafür bekommen sie eine Belohnung. Dieser Prozess wird auch Staking genannt. Anschließend wetten die Validatoren auf die Blöcke, die ihrer Meinung nach als nächstes der Blockchain hinzugefügt werden. Behalten sie Recht, bekommen sie eine sogenannte Blockbelohnung, deren Höhe sich an ihrem Einsatz bemisst.“[2]

Ebenso wie beim Mining wird auch beim Staking eine Belohnung für das Hinterlegen der Blöcke ausgezahlt.

Unterschied zu Proof of Work

Energieverbrauch

Da beim Proof of Stake keine Rechenleistung und somit auch keine Energie notwendig ist, um einen Block zu validieren, ist dieser Konsensalgorithmus deutlich energieeffizienter und somit auch umweltschonender als Proof of Work. Unter anderem aus diesem Grund vollzog Ethereum im September 2022 eine Umstellung von einem PoW auf einen PoS-Algorithmus.

Skalierung

Proof of Stake ist besser skalierbar, als Proof of Work, da deutlich weniger Rechenleistung erforderlich ist. Das hat aber zur Folge, dass die Dezentralisierung mit dem Wertanstieg des Coins abnimmt, da dieser nicht mehr für alle leistbar wird. Wer also früh in den jeweiligen Coin investiert hat, ist im Vorteil.

Sicherheit

In Sachen Sicherheit hat jedoch zumindest im Fall von Bitcoin PoW die Nase vorne, da die Blockchain mittlerweile so groß geworden ist, dass man eine immense Rechenleistung (51 % der gesamten bisher erbrachten Leistung) aufwenden müsste, um die Blockchain zu manipulieren. Dies ist sehr unwahrscheinlich, weil es sich erstens wirtschaftlich nicht lohnen würde, und zweitens kaum jemand in der Lage ist, eine solche Rechenleistung zur Verfügung zu stellen. Der Versuch einer Manipulation der Blockchain ist aber auch bei PoS nicht ganz so einfach. Dafür müsste man 66 % der im Umlauf befindlichen Coins besitzen und dies ist bei den etablierteren Blockchains ebenso undenkbar.

Geschichte

Proof of Stake (PoS) wurde erstmals 2012 in einem Paper von Sunny King und Scott Nadal vorgestellt und sollte das Problem des hohen Energieverbrauchs im Bitcoin-Mining lösen. Damals kostete es durchschnittlich 150.000 Dollar pro Tag, das Bitcoin-Netzwerk aufrechtzuerhalten.

Anstatt sich beim Hinzufügen von Blöcken auf die energieabhängige Arbeit der Miner zu verlassen, schlugen Sunny und Scott eine alternative Methode namens „Staking“ vor, bei der ein deterministischer Algorithmus die Knoten auf der Grundlage der Anzahl der Coins, die eine Person hat, auswählen würde. Mit anderen Worten, Staker hätten mehr Chancen, ausgewählt zu werden, um der Kette einen Block hinzuzufügen und die Belohnung zu ernten, wenn sie mehr Coins „staken“ würden. Sie hofften, dass dadurch die großen Energiekosten des Minings vermieden würden.[3]

Sunny King schuf 2013 Peercoin (PPC) als erste Kryptowährung, in der Proof of Stake implementiert und gleichzeitig der Proof of Work (PoW) beibehalten wurde. Am 15. September 2022 stellte Ethereum seinen Mechanismus von Proof of Work auf Proof of Stake um.

Delegated Proof of Stake (DPoS)

Eine bekannte Weiterentwicklung ist der vom amerikanischen Blockchain-Entwickler Dan Larimer erfundene Konsensalgorithmus Delegated Proof of Stake (deutsch etwa „Delegierter Anteilsnachweis“; kurz DPoS).[4]

Bei dieser Variante wird die Gewichtung bei der Anspruchsauswahl nicht auf den eigenen Anteil an den Netzwerkressourcen bezogen, sondern es werden in einer nach Stake gewichteten Wahl von den Anteilhabern einer Blockchain Vertreter gewählt, die die nächsten Blöcke der Kette signieren dürfen. Das Recht, Blöcke zu signieren, wird also quasi an diese gewählten Vertreter delegiert. Es ist wichtig zu verstehen, dass keine Token an diese gewählten Vertreter geschickt werden, sondern lediglich eine nach Stake gewichtete Abstimmung über die Wahl der Blockproduzenten stattfindet.[5]

Delegated Proof of Stake wird von einigen Blockchains als Konsensalgorithmus genutzt, darunter EOS, Gridcoin, Steem und Tronix.[6]

Weblinks

Einzelnachweise

  1. ↑ PROOF-OF-STAKE (POS). Abgerufen am 6. Dezember 2022.
  2. ↑ Sören Imöhl und Philipp Frohn: Ether hui, Bitcoin pfui? – Der große Krypto-Faktencheck 2023. WirtschaftsWoche, 2. Februar 2023, abgerufen am 14. Februar 2024.
  3. ↑ The History and Evolution of Proof-of-Stake. Abgerufen am 22. Oktober 2020 (englisch).
  4. ↑ Ryan Smith: What is Delegated Proof of Stake? Exploring the Consensus Algorithm. Coincentral, 3. Juli 2018, abgerufen am 14. März 2019.
  5. ↑ Steve Walters: Delegated Proof of Stake (DPoS) – Total Beginners Guide. Coinbureau, 20. August 2018, abgerufen am 14. März 2019.
  6. ↑ Blockchain Activity Matrix. Blocktivity, abgerufen am 14. März 2019.