Einführung in Blockchain-Architektur und Konsensmechanismen
Bei der Gestaltung einer Blockchain-Architektur, die als dezentrales Protokoll für Übertragungen mit einer kontinuierlich aktualisierten Datenbank fungiert, stellen sich zwei zentrale Fragen: Diese Auseinandersetzungen haben zur Entstehung mehrerer Konsensmechanismen geführt. Das sind Regelwerke, durch die Teilnehmer eines dezentralen Netzwerks sich darauf einigen, wie Transaktionen genehmigt und in neue Blöcke aufgenommen werden können.
Proof-of-Work (PoW)
Bitcoin-Erfinder Satoshi Nakamoto schlug im Oktober 2008 im Whitepaper der ersten Kryptowährung den Proof-of-Work-Mechanismus vor. Laut PoW lösen Betreiber des dezentralen Netzwerks (Miner) im Wettbewerb ressourcenintensive mathematische Probleme – sie suchen den Hash eines Blocks mithilfe der Übereinstimmungsmethode. Im Erfolgsfall erhält der gewinnende Miner oder Pool die Möglichkeit, den gefundenen Block hinzuzufügen, und erhält im Gegenzug eine Belohnung – neue Bitcoins.
Einige Jahre nach dem Start von Bitcoin wurde klar, dass das Prinzip des PoW zu einer unaufhörlichen Erhöhung der Mining-Leistung und damit der Energiekosten führt. Zudem nahm aufgrund der Notwendigkeit, leistungsstarke Ausrüstung zu verwenden, die Zugänglichkeit des Minings ab.
Proof-of-Stake (PoS)
Am 11. Juli 2011 wurde im damals populären Krypto-Forum Bitcointalk die Idee eines alternativen Konsensmechanismus für Bitcoin vorgeschlagen, der als Proof-of-Stake (PoS) oder “Besitznachweis” bezeichnet wurde. Es wurde vorgeschlagen, dass alle Teilnehmer eines dezentralen Netzwerks Stimmrechte entsprechend dem Anteil der Gesamthandelsmenge, die sie besitzen, erhalten sollten. Bereits im August 2012 fand dieser neue Konsensmechanismus seine erste praktische Verwirklichung in der Kryptowährung PPCoin.
Die erste “reine” PoS-Kryptowährung ohne Mining war die Nxt-Blockchain, die am 24. November 2013 eingeführt wurde. Der Proof-of-Stake-Konsensmechanismus stellte sich als so erfolgreich und flexibel heraus, dass er in den folgenden Jahren in Hunderten von Kryptowährungen in unterschiedlichen Varianten und Modifikationen implementiert wurde.
Gemäß dem ursprünglichen Konzept von Proof-of-Stake wird das Recht zur Verwaltung der Blockchain allen Teilnehmern entsprechend dem Anteil an Münzen, die sie besitzen, gewährt.
Der Prozess der Erstellung von Blöcken in Nxt und anderen frühen PoS-Kryptowährungen wird als “Forking” bezeichnet. Der Vorgang, eine Kryptowährung in einer Brieftasche zu halten, um für die Teilnahme an der Sicherheit des Netzwerks belohnt zu werden, wird als “Staking” bezeichnet.
Delegated Proof-of-Stake (DPoS)
Um einen Kompromiss zwischen Dezentralisierung und Leistung zu finden, wurde das Konzept der Delegation vorgeschlagen. Im Jahr 2013 verwendete Daniel Larimer, ein amerikanischer Programmierer und Krypto-Unternehmer, dieses Konzept zur Schaffung des Delegated Proof-of-Stake (DPoS)-Mechanismus. Dieser wurde zuerst in der BitShares-Blockchain-Plattform implementiert und schließlich in verschiedenen Varianten in namhaften Krypto-Projekten wie EOS, Cardano und Tezos umgesetzt.
In DPoS können Kryptowährungsinhaber entscheiden, ob sie selbst am Netzwerk teilnehmen oder ihre Münzen den Validierern – professionellen Teilnehmern, die die Knoten der Blockchain verwalten – anvertrauen möchten. Im Gegenzug sind die Validierer verpflichtet, den Münzeignern Belohnungen zu geben, oft abzüglich einer kleinen Gebühr.
Herausforderungen und Entwicklungen
Die Rentabilität des Stakings für Validierer und Münzinhaber wird durch zwei Faktoren bestimmt: Wenn beispielsweise jährlich 1 Million Münzen durch Staking bei einem Gesamtvorrat von 100 Millionen Münzen ausgegeben werden, beträgt die Rendite des Stakings bei 50% der blockierten Münzen 2% pro Jahr.
Ein zentrales Kritikpunkt an den hohen Energiekosten des Mining von Kryptowährungen, das vom PoW-Algorithmus unterstützt wird. Laut einer Studie des Cambridge Centre for Alternative Finance ist das Bitcoin-Mining für 0,1% aller anthropogenen Kohlendioxid-Emissionen verantwortlich. Dieser Aspekt ist zu einem der Hauptargumente in den Versuchen geworden, das Mining in verschiedenen Ländern zu verbieten; so wurde Ende 2021 das Kryptowährungs-Mining in China untersagt.
Schlussbetrachtung
Am 15. September 2022 hat das Ethereum-Netzwerk erfolgreich auf den Proof-of-Stake-Konsens umgestellt, was zu einer Reduktion des Stromverbrauchs um fast das 2000-fache oder 99,95% führte. Während die Diskussion über den Übergang beliebter PoW-Kryptowährungen zu PoS neue Dynamiken angenommen hat, bleiben die größten Bedenken jedoch bezüglich der Möglichkeit eines Wechsels von Bitcoin zu PoS. Erstens hat die erste Kryptowährung keinen einzelnen Entwickler und zweitens wird der Übergang zu PoS von Mining-Pools nicht unterstützt, die von Einnahmeverlusten bedroht sind.
