Konsensmechanismen: PoW vs. PoS
Mit dem Jahr 2025 geraten die grundlegenden Konsensmechanismen, die Bitcoin und Ethereum antreiben – Proof-of-Work (PoW) und Proof-of-Stake (PoS) – angesichts von Hacks und durch Halbierungen bedingten Budgetängsten unter Druck. Rivalen wie Stellars vertrauensbasierter Proof-of-Agreement (PoA) und Quai’s turboangetriebener Proof-of-Entropy-Minima (PoEM) behaupten, bestehende Schwachstellen beheben zu können.
Ein näherer Blick auf PoW und PoS
Ryan Berckmans, Forscher im Krypto-Ökosystem und langjähriges Mitglied der Ethereum-Community, erläuterte gegenüber Cryptonews, dass PoW der ursprüngliche Konsensmechanismus ist, der von Satoshi Nakamoto entwickelt wurde. PoW löst das Problem eines öffentlichen Netzwerks von Computern, die sich auf einen gemeinsamen Zustand einigen müssen. Zudem ermöglicht PoW das Bitcoin-Mining.
„PoW ist eine sehr wichtige Erfindung, da es das ‚byzantinische Generäle‘-Vertrauensproblem gelöst hat und die Welt auf den Weg zu besseren Wirtschaftssystemen gebracht hat, die globale Freiheit und Wohlstand fördern,“
sagte Berckmans.
Er fügte hinzu, dass PoS verbesserte Sicherheit für Layer-1-Blockchains (L1) bietet, die verschiedene Vermögenswerte sichern wollen:
„Mit PoS kann ein nativer Token mit einer Marktkapitalisierung von 1 Billion Dollar eine App-Schicht mit 100 Billionen Dollar an Risiko sichern. Das kann PoW nicht,“
stellte er fest.
Berckmans wies darauf hin, dass die Stärke von PoW darin besteht, das Risiko zu minimieren, während Vertrauen und Zuverlässigkeit gefördert werden.
„Der Mining-Prozess ist sehr einfach (man sucht nach der ‚Nadel im Heuhaufen‘) und erfordert kein Kapital, das gesperrt werden kann, wenn der Miner kompromittiert wird,“
erklärte er. Im Gegensatz dazu müssen PoS-Validatoren Gelder im Risiko haben, die gestohlen oder erpresst werden können, wenn der private Schlüssel des Validators in die falschen Hände gerät.
Herausforderungen bei PoW- und PoS-Blockchains
Es gibt eine Reihe von Herausforderungen, die sowohl PoW- als auch PoS-Konsensmechanismen betreffen. PoS-Blockchains basieren beispielsweise auf wirtschaftlichen Anreizen, bei denen Validatoren Token staken und für ehrliches Verhalten belohnt oder für schlechteres Verhalten bestraft werden. Daher kann PoS in einer Weise ausgenutzt werden, die die Sicherheit untergräbt. Im Jahr 2023 nutzten Angreifer einen kleinen Teil ihrer Stakes, um einen Ethereum-Blockproduzenten zu werden und führten dann einen Angriff auf das MEV-Boost-Relay-Netzwerk durch, wodurch sie Zugriff auf Stablecoins im Wert von etwa 25 Millionen Dollar erhielten.
Berckmans wies zudem darauf hin, dass eine große Herausforderung für PoS darin besteht, die Komplexität zu reduzieren und gleichzeitig die Sicherheit aufrechtzuerhalten.
„Ethereum hat vier Produktionsclients für seine PoS-Validator-Knoten – das macht Ethereum zum einzigen L1 mit praktischer Client-Vielfalt, was eine bedeutende Verbesserung der Dezentralisierung mit sich bringt,“
sagte er. „Ein Nachteil ist allerdings, dass vier Clients echte weltliche Komplexität hinzufügen, einschließlich des gefürchteten potenziellen ‚Chain-Split‘-Risikos.“
Ein Chain-Split-Risiko kann auftreten, wenn die vier Clients sich nicht über den tatsächlichen Status der Blockchain einigen können. Dies hat dazu geführt, dass Vitalik Buterin und die Ethereum-Stiftung die Protokollsimplifizierung als eines ihrer strategischen Ziele für Ethereum in den kommenden Jahren identifiziert haben.
Bei PoW wies Berckmans darauf hin, dass Bitcoin seine Sicherheitsbudgetkrise angehen muss:
„Jede Halbierung alle vier Jahre reduziert das Sicherheitsbudget von Bitcoin, da die Mining-Belohnung halbiert wird. Satoshis Absicht war, dass die Transaktionsgebühren von Bitcoin entsprechend steigen, um die Kürzung des Sicherheitsbudgets auszugleichen. Aber das ist bislang nicht geschehen,“
erklärte er.
Berckmans befürchtet, dass Bitcoin bis 2032 anfällig für katastrophale 51%-Angriffe sein könnte. Der einzige praktikable Weg, die Sicherheitsbudgetkrise zu lösen, wäre die Einführung einer permanenten Schwanzinflation in die BTC-Versorgung, was jedoch dazu führen würde, dass die Gesamtzahl der BTC bis zur Mitte der 2030er Jahre das „Hard Cap“-Limit von 21 Millionen überschreitet.
Stellars „Proof-of-Agreement“
Angesichts der genannten Herausforderungen in PoW und PoS haben einige Netzwerke eigene Konsensmechanismen entwickelt. Stellar zum Beispiel verwendet einen „Proof-of-Agreement“ (PoA) Konsensmechanismus. Garand Tyson, Senior Software Engineer bei der Stellar Development Foundation, erklärte gegenüber Cryptonews, dass PoA sich grundlegend von PoW und PoS unterscheidet.
„PoA basiert nicht auf Rechenleistung oder Tokenbesitz, sondern auf sozialem Vertrauen und gegenseitiger Zustimmung,“
sagte er.
Um Validator zu werden, muss jemand, der bereits als Validator im Netzwerk agiert, dieser Person Vertrauen entgegenbringen.
„Jeder im Netzwerk kann jede Person einladen, Validator zu werden, aber Vertrauen muss verdient werden,“
bemerkte er. Die vertrauenswürdigen Validatoren bei Stellar bilden ein „Quorum-Set“, was insbesondere für regulatorische und Prüfungszwecke von Vorteil ist.
Tyson fügte hinzu, dass potenziell böswillige Akteure nicht einfach dem Netzwerk beitreten können, indem sie eine große Anzahl an Tokens staken, wie dies bei PoS-Blockchains der Fall ist. Dies verhindert eine Reihe von Angriffen, wie den MEV-Boost-Angriff, der bei Ethereum stattfand.
In Bezug auf die Sicherheit erklärte Tyson, dass die endgültige Vereinbarung oder „Zustandsendgültigkeit“ von einer breiten Palette vertrauenswürdiger Institutionen abhängt:
„Ein Angreifer müsste viele von ihnen überzeugen, die gleiche falsche Version des Ledgers zu akzeptieren, um eine böswillige Handlung erfolgreich abzuschließen. Wenn auch nur einer sich weigert, schlägt der Angriff fehl. PoA bietet sofortige, deterministische Endgültigkeit,“
kommentierte er.
PoA beinhaltet auch einen integrierten Fork-Schutz, der es unmöglich macht, dass Validatoren in einem Quorum-Set vom Netzwerk abzweigen.
„Validatoren werden keine Blöcke weiterbauen, bis der Fork gelöst ist, im Gegensatz zu den meisten anderen Konsensmodellen, die im Falle eines Bugs ‚ungültige Forks‘ erzeugen,“
sagte er.
Quai Networks „Proof-of-Entropy-Minima“
Die Layer-1-Blockchain Quai Network nutzt ebenfalls ihren eigenen Konsensmechanismus namens „Proof-of-Entropy-Minima“ (PoEM). Alan Orwick, Mitbegründer von Quai Network, erklärte gegenüber Cryptonews, dass PoEM von Bitcoins PoW inspiriert wurde. PoEM verwendet die Hashes von Minern, um die Entropie oder Zufälligkeit zu messen, die durch jeden vorgeschlagenen Block entfernt wird.
„Dies liefert blitzschnelle Endgültigkeit, stets gültigen Konsens und die Fähigkeit, unendliche Ausführungs-Shards zu koordinieren, was mehr als 50.000 Transaktionen pro Sekunde mit Gebühren unter 0,01 USD ermöglicht,“
erklärte Orwick.
Im Gegensatz zu traditionellem PoW bietet PoEM deterministischen, objektiven Konsens mit verbesserter Effizienz und Skalierbarkeit. „Das stärkt sowohl Miner als auch Nutzer, während die Energieeffizienz durch gemischtes Mining und Arbeitsanteile aufrechterhalten wird,“ sagte er.
PWR Chains Delegated Proof-of-Power
PWR Chain ist eine Layer-0-Blockchain, die einen Konsensmechanismus namens „Delegated Proof-of-Power“ (DPOP) verwendet. Dies basiert auf dem Tendermint-Konsensprotokoll, implementiert jedoch spezifische Verbesserungen zur Quanten-Sicherheit und schnelleren Blockerstellung. Edy Haddad, Chief Technology Officer von PWR Chain, erklärte gegenüber Cryptonews, dass DPOP Falcon-Signaturen verwendet – ein post-quanten-kryptographisches Verfahren zur Abstimmung der Validatoren über die Blöcke.
Das ist wichtig, da das Whitepaper von PWR Chain erklärt, dass in konventionellen PoS-Systemen Validatoren Erstellungsmöglichkeiten im Verhältnis zu ihren Stakes erhalten.
„Wenn die Chancen auf die Blockerstellung an die Stake-Größe gebunden sind, produzieren große Validatoren natürlich die meisten Blöcke. Dies führt zu stabilen Renditen (ROI) für ihre Delegatoren, was wiederum noch mehr Delegatoren anzieht. Infolgedessen wachsen diese großen Validatoren über die Zeit und werden mächtiger und einflussreicher,“
merkt das Dokument an.
Haddad fügte hinzu, dass sofortige Endgültigkeit ein Kernfeature von PWR Chain ist.
„DPOP erreicht dies, indem 2/3 der Validatoren jeden Block genehmigen, was sofortige und irreversible Endgültigkeit bei der Blockerstellung gewährleistet. PoW und PoS ermöglichen offene, erlaubnisfreie Teilnahme, leiden jedoch unter langsamen Blockzeiten, verzögerter Endgültigkeit und hohen Kosten (insbesondere bei PoW).“
DPOP hingegen ist so konzipiert, dass es die Ziele von PWR Chain unterstützt – schnelle Blockzeiten und sofortige Endgültigkeit, was es ideal für leistungsabhängige Anwendungen macht.
Herausforderungen zu berücksichtigen
Während alternative Konsensmechanismen innovativ sind, sind diese Modelle weit davon entfernt, perfekt zu sein. Tyson wies darauf hin, dass eine der häufigsten Fragen zu PoA hinsichtlich des Vertrauens besteht.
„Da das Netzwerk auf einer Gruppe vertrauenswürdiger Validatoren beruht, stellt sich die Frage: Wer wird als vertrauenswürdig angesehen?“
Die Frage wird dann: „Könnte das Netzwerk zu zentralisiert werden?“ Tyson wies darauf hin, dass Stellar diese Themen angegangen ist, indem das Netzwerk absichtlich offen und dezentral ist.
„Jeder kann einen Validator betreiben, aber Einfluss wird nicht durch Reichtum oder Rechenleistung gewährt; er muss durch gegenseitiges Vertrauen verdient werden. Validatoren sind auch seriöse Organisationen – Banken, Fintech-Unternehmen, alte Institutionen, die ihren Ruf zu verteidigen haben. Dies mindert das Risiko, dass böswillige Akteure unentdeckt eintreten,“
kommentierte er.
Ein weiteres Risiko für PoA kann die Konzentration von Einfluss sein. Wenn zu wenige Validatoren vertrauenswürdig sind, könnte das Netzwerk in eine Zentralisierung abdriften. Um dieser Herausforderung zu begegnen, erklärte Tyson, dass Stellar Vielfalt in Quorum-Sets fördert.
„Validatoren werden dazu ermutigt, Vertrauen mit mehreren, unabhängigen Organisationen aufzubauen. Diese gegenseitige Überprüfung begrenzt die Fähigkeit eines Akteurs oder einer Gruppe, Einfluss zu dominieren,“
sagte er.
Der Mangel an direkten finanziellen Anreizen bei PoA kann als Herausforderung für die Teilnahme angesehen werden. Tyson stellte fest, dass Stellar historisch weniger Validatoren hat, da Mining-Pools und Infrastrukturunternehmen von der Validierung allein nicht direkt profitieren können.
„Aber das ist ein zweischneidiges Schwert; Validatoren werden nicht bezahlt, um Transaktionen zu genehmigen, sie nehmen teil, um Einfluss auf die zukünftige Entwicklung des Netzwerks zu haben. Das ist wahrscheinlich attraktiver für Institutionen, die nicht nur an Gewinnen interessiert sind, sondern auch an Governance,“
kommentierte Tyson.
In Bezug auf PoEM merkte Orwick an, dass dieser Ansatz für Neuankömmlinge zu komplex sein könnte.
„Indem wir mehr Verbraucheranwendungen und Möglichkeiten zur Nutzung des Netzwerks schaffen, können wir technische Details von den Nutzern abziehen,“
sagte er.
