Stell dir die Blockchain als ein Gebäude mit Stockwerken vor, die die verschiedenen Schichten darstellen, aus denen sie besteht; ohne sie findet keine Transaktionsvalidierung statt.
Anders als bei zentralisierten Systemen, bei denen ein zentraler Administrator die Datenbank pflegt und aktualisiert, wird diese Aufgabe bei dezentralen Systemen auf verschiedene Knotenpunkte verteilt, die zu demselben Schluss kommen und sich über die Rechtmäßigkeit der Transaktionen einigen müssen – daher der Name Konsens.
In diesem Artikel werden wir uns neben dem Proof of Work (PoW) und dem Proof of Stake (PoS) weitere Arten von Konsensmechanismen ansehen.
1. Proof of Activity
Proof of Activity vereint die beiden Algorithmen Proof of Work und Proof of Stake. Der Mechanismus durchläuft zwei Phasen, bevor ein komplett neuer Block für die Blockchain fertig ist.
In der ersten Phase treten die Miner mit ihrer Rechenleistung gegeneinander an, um einen neuen Block für die Blockchain zu erzeugen oder zu schürfen. Der erzeugte Block ist noch unvollständig und enthält keine Transaktionen – sie werden mit der Block Reward Adresse und dem Titel der Transaktion eingebettet.
Dann schaltet das System auf Proof of Stake um – eine zufällige Gruppe von Validatoren wird ausgewählt, um den neuen Block zu validieren; je mehr Coins ein Validator besitzt, desto größer sind die Chancen, ausgewählt zu werden.
Sobald alle ausgewählten Validatoren den Block unterschrieben haben, kann er fertiggestellt und an die Blockchain angehängt werden.
Diese Methode ist sicher, benötigt aber in der PoW-Phase trotzdem viel Energie. In der PoS-Phase werden die Wohlhabenden begünstigt, da sie eine höhere Chance haben, als Validatoren ausgewählt zu werden.
2. Proof of Authority
Proof of Authority (PoA) richtet sich im Gegensatz zu PoS und PoW an private Organisationen, die ihre eigenen Chains aufbauen wollen, ohne dass die allgemeinen Nutzer/innen daran teilnehmen müssen.
PoA nutzt ein reputationsbasiertes Modell, um Transaktionen zu validieren und neue Blöcke zu generieren. Dabei setzen die Validatoren nicht wie bei Proof of Stake ihre Coins aufs Spiel, sondern ihren Ruf.
Die Validatoren des Systems werden im Voraus ausgewählt und von anderen Netzwerkteilnehmern als Moderatoren bestätigt. Dadurch sind sie gezwungen, ihre wahre Identität zu bestätigen und ein strenges Auswahlverfahren zu durchlaufen, um das Risiko der Auswahl fragwürdiger Validatoren zu verringern und einen Anreiz für ein langfristiges Engagement zu schaffen.
Dieser Konsensmechanismus ist relativ zentralisiert, da Proof of Authority-Blockchains die Anzahl der Validatoren begrenzen. Das macht die Systeme jedoch hoch skalierbar. Trotzdem wird er häufig kritisiert, weil er die Identität der Validierer/innen preisgibt, was zu Manipulationen durch Dritte führen könnte.
VeChain (VET) ist ein Beispiel, das den PoA-Algorithmus verwendet.
3. Proof of Burn
Proof of Burn ist eine weitere Alternative zu PoW, die versucht, nachhaltiger zu sein. Bei Proof of Burn schürfen die Miner einen Block, indem sie absichtlich und dauerhaft Token zerstören.
Je mehr Token ein Miner verbrennt, desto höher ist die Chance, dass er als nächster Blockvalidierer ausgewählt wird.
Die Idee dahinter ist, das langfristige Engagement der Miner zu fördern, indem sie kurzfristigen Wohlstand durch das Verbrennen ihrer Token opfern, um das lebenslange Privileg zu erhalten, neue Blöcke zu erstellen.
Das Brennen hat noch weitere Vorteile, wie z. B. die Verknappung des Coins, wodurch sein Wert im Idealfall steigt und die Inflation begrenzt wird.
Der Konsensmechanismus verbraucht außerdem viel weniger Energie als klassische Proof-of-Work-Systeme. Anstatt in leistungsstarke Mining-Hardware zu investieren, bietet das System den Minern einen Anreiz, ihr Engagement für das Netzwerk durch die absichtliche Zerstörung von Token zu demonstrieren.
4. Proof of Capacity
Der Algorithmus von Proof of Capacity basiert auf dem verfügbaren Speicherplatz auf der Festplatte eines Miners. PoC speichert vor dem Schürfen eine Liste möglicher Lösungen auf der Festplatte des Mining-Geräts. Je größer die Festplatte ist, desto mehr Lösungen können gespeichert werden.
Das bedeutet, dass Miner mit mehr Speicherplatz eine höhere Chance haben, den gewünschten Hash-Wert aus ihrer Liste zu finden, und somit auch mehr Chancen auf die Mining-Belohnung haben.
PoC kann jede normale Festplatte verwenden und öffnet somit die Tür für normale Nutzer/innen, um teilzunehmen, was es dezentraler macht. Allerdings haben sich nicht viele Entwickler/innen für dieses System entschieden. Außerdem gibt es Bedenken wegen der Auswirkungen von Malware-Angriffen auf die Mining-Aktivitäten.
Kryptowährungen wie Chia (XCH) und Signum (SIGNA) nutzen das PoC-System.
5. Proof of History
Proof of History ermöglicht es, Zeitstempel in die Blockchain einzubauen, um zu beweisen, dass ein Block zu einem bestimmten Zeitpunkt erstellt wurde – du erstellst im Grunde eine historische Aufzeichnung, die beweist, dass ein Ereignis zu einem bestimmten Zeitpunkt stattgefunden hat.
Ermöglicht wird dieser Mechanismus durch eine so genannte “verifizierbare Verzögerungsfunktion beim sequentiellen Hashing”, bei der die Ausgabe einer Transaktion als Eingabe für den nächsten Hash verwendet wird, so dass jeder klar erkennen kann, welches Ereignis in einer bestimmten Reihenfolge stattgefunden hat.
Der einzige Nachteil ist, dass die Hardware der Validierer bestimmte Spezifikationen erfüllen muss, sonst werden sie ausgeschlossen – der Konsens muss die Dezentralität für die Geschwindigkeit opfern.
Solana (SOL) verwendet das Proof of History-System.
6. Proof of Importance
Der Proof of Importance (PoI) ist ein Mechanismus, der das Problem des Proof of Stake (PoI) lösen soll, der die Reichen bevorzugt. PoI berücksichtigt zusätzliche Faktoren, wenn es darum geht, den Einfluss der einzelnen Knoten auf der Kette zu bewerten. Die Punktevergabe basiert auf einer Reihe von Faktoren, zu denen unter anderem die Anzahl und Größe der Transaktionen in einem bestimmten Zeitraum gehören.
Da der Proof of Importance zusätzliche Kriterien einbezieht, werden die Nodes nach der Gesamtunterstützung des Netzwerks und nicht nur nach dem eingesetzten Betrag ausgewählt.
NEM (XEM) ist eine Blockchain, die 2015 eingeführt wurde und mit dem Proof of Importance-Mechanismus Pionierarbeit geleistet hat, um das Horten von Token zu verhindern und Nutzer, die das Netzwerk unterstützen, zu bevorzugen.
7. Delegierter Proof of Stake
Delegated Proof of Stake ist eine Weiterentwicklung des Proof of Stake-Konzepts, bei dem die Nutzer des Netzwerks abstimmen und Delegierte wählen, um den nächsten Block zu validieren.
Ein Nutzer kann zum Beispiel über einen bestimmten Delegierten seiner Wahl abstimmen, indem er seine Token in einem Staking-Pool bündelt und sie mit dem Delegierten verknüpft.
Bei DPoS können 20 bis 100 Delegierte für jeden Block gewählt werden, und die Delegierten, die die Transaktionen eines Blocks überprüfen, sind möglicherweise nicht die Delegierten für den nächsten Block.
Nach erfolgreicher Überprüfung eines Blocks erhalten die gewählten Delegierten die Transaktionsgebühren aus dem überprüften Block und die Belohnung wird dann mit den Nutzern geteilt, die ihre Token je nach Höhe ihres Einsatzes gepoolt haben.
DPoS ist durch die Demokratie nicht nur fairer, sondern auch schneller, da es nur eine begrenzte Anzahl von Delegierten gibt.
EOS (EOS) und Tron (TRX) nutzen den DPoS-Konsensmechanismus.
Fazit
Es ist klar, dass es kein Patentrezept für die Verifizierung dezentraler Systeme gibt. PoW und PoS sind sicherlich die am weitesten verbreiteten und angenommenen Konsensmechanismen, aber es werden sicherlich noch weitere auftauchen, die versuchen, die vorangegangenen zu verbessern.
Häufig gestellte Fragen (FAQs)
F: Was sind Konsensmechanismen?
Laut Ethereum.org bezieht sich der Begriff Konsensmechanismus auf die Gesamtheit der Protokolle, Anreize und Ideen, die es einem Netzwerk von Knoten ermöglichen, sich über den Zustand einer Blockchain zu einigen.
F: Warum sind sie wichtig?
Sie beeinflussen, wie Transaktionen verifiziert werden – wie viel Energie verbraucht wird – Netzwerkgebühren – Transaktionsgeschwindigkeit und andere Details für die Währung und Netzwerkanwendungen.
F: Welcher der sieben Konsensmechanismen ist der beste?
Es gibt kein Patentrezept, wenn es um die Verifizierung dezentraler Systeme geht. Der beste Konsens für bestimmte Blockchains hängt von ihren spezifischen Bedürfnissen ab.