Proof of Work (Arbeitsnachweis) vs. Proof of Stake (Anteilsnachweis): Grundlegende Anleitung für das Mining

    Rajarshi Mitra

    7 months ago
    Proof of Work vs Proof of Stake: Basic Mining Guide
    en flag
    fr flag
    es flag

    Proof of Work vs. Proof of Stake: Vielleicht haben Sie von der Idee gehört, von einem Ethereum-Konsens auf der Grundlage des Proof of Work (PoW)-Systems zu einem auf der Grundlage des sogenannten Proof of Stake zu wechseln.

    In diesem Artikel werde ich Ihnen die wichtigsten Unterschiede zwischen Proof of Work vs. Proof of Stake erklären und ich werde Ihnen eine Definition von Mining geben bzw. dem Prozess wie neue digitale Währungen über das Netzwerk freigegeben werden.

    Was wird sich auch in Bezug auf die Miningtechniken ändern, wenn die Ethereum-Gemeinschaft beschließt vom Nachweis der „Arbeit“ zu dem des „Anteils“ überzugehen?

    Dieser Artikel möchte eine grundlegende Anleitung zum Verständnis des obigen Problems sein. Wenn Sie eine detailliertere exemplarische Vorgehensweise suchen, besuchen Sie bitte unsere Blockchain-Kurse zu Ethereum.

    Was ist Proof of Work?

    Zunächst einmal beginnen wir mit grundlegenden Definitionen.

    Proof of Work ist ein Protokoll, das in erster Linie dazu dient, Cyber-Angriffe wie einen Distributed Denial-of-Service-Angriff (DDoS, eine durch Vielanfragen verbreitete Verweigerung des Dienstes) abzuwehren, der dem Zweck dient, die Ressourcen eines Computersystems durch das Senden mehrerer gefälschter Anfragen zu erschöpfen.

    Das Konzept des Proof of Work hat schon vor Bitcoin bestanden, aber Satoshi Nakamoto hat diese Technik auf seine – wir wissen immer noch nicht, wer Nakamoto wirklich ist – digitale Währung angewendet und damit die Art und Weise revolutioniert, wie traditionelle Transaktionen durchgeführt werden.

    Tatsächlich wurde die PoW-Idee bereits 1993 von Cynthia Dwork und Moni Naor veröffentlicht, aber den Begriff des “Proof of Work” haben Markus Jakobsson und Ari Juels in einer 1999 veröffentlichten Arbeit geprägt.

    Im Rückblick ist der Proof of Work vielleicht die größte Errungenschaft hinter dem Bitcoin-Whitepaper von Nakamoto – das bereits 2008 veröffentlicht wurde -, da es einen vertrauenswürdigen und dezentralen Konsens ermöglicht.

    BGMEM v1

    Was ist ein vertrauenswürdiger und dezentralerd Konsens?

    Ein vertrauenswürdiges und dezentrales Einigkeitssystem bedeutet, dass Sie, wenn Sie Geld von jemandem senden und/oder empfangen wollen, nicht auf Dienstleistungen von Drittanbietern vertrauen müssen.

    Wenn Sie traditionelle Zahlungsmethoden verwenden, müssen Sie sich auf einen Dritten verlassen, der Ihre Transaktion durchführt (z.B. Visa, Mastercard, PayPal, Banken). Diese führen ein eigenes privates Verzeichnis, das die Transaktionshistorie und die Salden der einzelnen Konten speichert.

    Hier ist ein geläufiges Beispiel, um dieses Verfahren zu erklären: Wenn Alice Bob $100 schicken möchte, dann wird der vertrauenswürdige Drittanbieterdienst das Konto von Alice belasten und dies dem Konto von Bob gutschreiben, wobei beide darauf vertrauen, dass dieser Drittanbieter das Richtige tut.

    Mit Bitcoin und anderen digitalen Währungen hat jeder eine Kopie des Verzeichnisses (Blockchain), so dass niemand auf Dritte vertrauen muss, da jeder die hinterlegten Informationen direkt überprüfen kann.

    Proof of Work und das Mining

    Der Nachweis der Arbeit ist eine Voraussetzung für die Definition einer teuren Computerberechnung, auch Mining genannt, die durchgeführt werden muss, um eine neue Gruppe von vertrauenswürdigen Transaktionen (den sogenannten Block) auf einem dezentralen Verzeichnis namens Blockchain zu erstellen.

    Das Mining hat zwei Zwecke:

    1. Um die Rechtmäßigkeit einer Transaktion zu überprüfen oder um sogenannte Doppelausgaben zu vermeiden.
    2. Die Schaffung neuer digitaler Währungen durch die Belohnung von Minern, die zuvor eine Aufgabe erfüllt haben.

    Wenn Sie eine Transaktion festlegen möchten, geschieht das hier hinter den Kulissen:

    • Transaktionen werden zusammengefasst, dem sogenannten Block.
    • Miner überprüfen, ob Transaktionen innerhalb jedes Blocks gerechtfertigt sind.
    • Dazu müssen Miner ein mathematisches Rätsel lösen, das als Proof-of-Work-Problem bezeichnet wird.
    • Eine Belohnung wird an den ersten Miner vergeben, der ein Blockproblem löst.
    • Überprüfte Transaktionen werden in der öffentlichen Blockchain gespeichert.

    Dieses „mathematische Rätsel“ hat ein wesentliches Merkmal: es ist asymmetrisch. Die Arbeit muss auf der Anfordererseite zwar mäßig schwer sein, aber für das Netzwerk leicht zu überprüfen. Diese Idee ist auch bekannt als CPU-Kostenfunktion, Kundenpuzzle, Rechenpuzzle oder CPU-Preisfindungsfunktion.

    Alle Miner im Netzwerk konkurrieren darum, als erste eine Lösung für das mathematische Problem des Kandidatenblocks zu finden, ein Problem, das nicht anders als durch rohe Gewalt gelöst werden kann, so dass also viele Versuche notwendig sind.

    Wenn ein Miner endlich die richtige Lösung findet, kündigt er sie dem gesamten Netzwerk gleichzeitig an und erhält den Kryptowährungspreis (die Belohnung), der vom Prüfplan dafür vorgesehen ist.

    Aus technischer Sicht ist der Mining-Prozess eine Operation des inversen Hashens: Es bestimmt eine Zahl (Nonce), sodass der kryptographische Hash-Algorithmus der Blockdaten unterhalb eines bestimmten Schwellenwertes liegt.

    Dieser Schwellenwert, als ‚Schwierigkeit‘ bezeichnet, bestimmt die Wettbewerbsfähigkeit des Minings: Je mehr Rechenleistung dem Netz hinzugefügt wird, desto höher steigt dieser Parameter und desto höher ist auch die durchschnittliche Anzahl der Berechnungen, die für die Erstellung eines neuen Blocks erforderlich sind. Diese Methode erhöht auch die Kosten für die Blockbildung und treibt die Miner an, die Leistungsfähigkeit ihrer Miningsysteme zu verbessern, um wirtschaftlich erfolgreich zu sein. Dieses Parameter-Update sollte etwa alle 14 Tage erfolgen, ein neuer Block wird alle 10 Minuten erstellt.

    Der Proof of Work wird nicht nur von der Bitcoin-Blockchain, sondern auch von Ethereum und vielen anderen Blockchains erbracht.

    Einzelne Funktionsweisen des Proof-of-Work-Systems unterschieden sich, da sie für jede Blockchain gesondert erstellt werden, aber an dieser Stelle möchte ich Sie nicht mit zu vielen technischen Details verwirren.

    Das Wichtigste, was Sie wissen müssen, ist, dass die Entwickler von Ethereum jetzt den Spieß umdrehen wollen, indem sie ein neues Konsensus-System namens Proof of Stake (Anteilsnachweis) anwenden.

    Was ist Proof of Stake?

    Der Anteilsnachweis ist ein anderer Weg, um Transaktionen zu bestätigen und dezentrales Einvernehmen zu erreichen.

    Es handelt sich weiterhin um einen Algorithmus, und der Zweck ist derselbe wie beim Proof of Work (Arbeitsnachweis), aber der Weg dieses Ziel zu erreichen ist ein ganz anderer.

    Die erste Anregung eines Proof of Stake gab es bereits 2011 auf dem bitcointalk-Forum, aber die erste digitale Währung, bei der diese Methode eingesetzt wurde, war Peercoin im Jahr 2012, zusammen mit ShadowCash, Nxt, BlackCoin, NuShares/NuBits, Qora und Nav Coin.

    Anders als beim Proof of Work, bei dem der Algorithmus Miner belohnt, die mathematische Probleme mit dem Ziel lösen, Transaktionen zu bestätigen und neue Blöcke zu erstellen, wird beim Proof of Stake der Schöpfer eines neuen Blocks auf eine zuvor festgelegte Weise ausgewählt, die von seinem Vermögen abhängt, das auch als Anteil definiert ist.

    Keine Blockprämie

    Außerdem werden alle digitalen Währungen gleich zu Anfang erstellt und ihre Menge verändert sich nicht.

    Das bedeutet, dass es im PoS-System keine Blockprämie gibt, so dass die Miner Transaktionsgebühren berechnen.

    Aus diesem Grund werden Miner im PoS-System stattdessen Schmiede genannt.

    Warum Ethereum PoS nutzen will?

    Die Ethereum-Gemeinschaft und ihr Schöpfer, Vitalik Buterin, planen, einen harten Einschnitt vorzunehmen, den Übergang vom Proof of Work (Arbeitsnachweis) zum Proof of Stake (Anteilsnachweis).

    Aber warum wollen sie zu einem anderen Verfahren wechseln?

    In einem dezentralen System, das einvernehmlich auf dem Proof of Stake-System basiert, benötigen Miner sehr viel Energie. Eine Bitcoin-Transaktion benötigt die gleiche Menge Strom wie 1,57 US-Haushalte an einem einzigen Tag (Daten von 2015).

    Und diese Energiekosten werden mit Fiat-Währungen bezahlt, was zu einem ständigen Druck auf den Wert der digitalen Währung führt.

    In einer aktuellen Studie vertreten Experten die Ansicht, dass Bitcoin-Transaktionen im Jahr 2020 so viel Strom verbrauchen werden wie Dänemark.

    Entwickler zeigen sich ob dieses Problems sehr besorgt und die Ethereum-Gemeinschaft will die Proof of Stake-Methode für eine grünere und billigere Form des dezentralen Konsenses nutzen.

    Auch die Belohnungen für die Erstellung eines neuen Blocks unterscheiden sich: Beim Proof of Work kann es sein, dass der Miner keine der digitalen Währungen besitzt, die er „abbaut“.

    Beim Proof of Stake sind die Schmiede immer diejenigen, die die geprägten Münzen besitzen.

    Wie werden Schmiede ausgewählt?

    Wenn Casper (der neue einvernehmliche Proof of Stake-Prüfplan) umgesetzt wird, wird es einen Prüfer-Pool geben. Benutzer können diesem Pool beitreten, um als Schmied ausgewählt zu werden. Dieses Verfahren können Sie durch den Casper-Vertrag aufrufen und zusammen mit Ether – oder der Münze, die das Ethereum-Netzwerk betreibt – senden.

     

    “Du wirst nach einiger Zeit automatisch aufgenommen”, erklärte Vitalik Buterin selbst in einem Beitrag auf Reddit.

    „Es gibt kein Prioritätsschema für die Aufnahme in den Prüferpool und jeder“, so er weiter, „kann an jeder beliebigen Runde teilnehmen, unabhängig von der Anzahl der anderen Teilnehmer“.

    Die Belohnung für jeden Prüfer wird „irgendwo bei 2-15%“ liegen, aber er ist sich da noch nicht sicher.

    Außerdem soll es, so Buterin, soll es keine Begrenzung der Anzahl aktiver Prüfer (oder Schmiede) geben, aber es wird wirtschaftlich geregelt, indem der Zinssatz gesenkt wird, wenn es zu viele Prüfer gibt bzw. die Belohnung wird erhöht, wenn es zu wenige gibt.

    Ein sichereres System?

    Jedes Computersystem ist strebt danach vor Hackerangriffen sicher zu sein, insbesondere wenn es sich um einen Geld-Dienstleistungen handelt.

    Das Hauptproblem ist also: Ist Proof of Stake sicherer als Proof of Work?

    Experten haben da ihre Bedenken und innerhalb der Community gibt es auch so manche Skeptiker.

    In einem Proof of Work-System werden schlechte Akteure durch technologische und wirtschaftliche Abschreckungsmaßnahmen ausgeschlossen.

    In der Tat ist ein Angriff auf ein PoW-Netzwerk zu programmieren sehr teuer und Sie benötigen dazu mehr Geld als Sie entwenden können.

    Stattdessen muss der zugrunde liegende PoS-Algorithmus so sicher wie möglich sein, denn ohne besondere Sanktionen könnte es billiger sein ein Proof of Stake-Netzwerk anzugreifen.

    Um diesem Problem zu begegnen, hat Buterin das Casper-Verfahren geschaffen und einen Algorithmus entwickelt, der Situationen berücksichtigen kann, unter denen ein schlechter Prüfer seinen Anteil verlieren kann.

    Dazu erläuterte er: „Die letztendliche wirtschaftliche Gültigkeit wird in Casper dadurch erreicht, dass die Prüfer aufgefordert werden, Anteile vorlegen müssen, um teilnehmen zu können und ihnen ihre Einteile weggenommen werden, wenn das Verfahren feststellt, dass sie gegen die Regeln verstoßen haben (‚Streichungsbedingungen ‘).“

    Streichungsbedingungen beziehen sich auf die oben genannten Situationen oder Vorgaben, die ein Benutzer nicht brechen soll.

    Proof of Work vs. Proof of Stake: Fazit

    In einem PoS-System müssen Prüfer keine Rechenleistung einsetzen, denn die einzigen Faktoren, die ihre Chancen beeinflussen, sind die Gesamtzahl der eigenen Münzen und die gegenwärtige Vielschichtigkeit des Netzwerks.

    Ein denkbarer zukünftige Wechsel von PoW zu PoS kann also folgende Vorteile bieten:

    1. Energieeinsparung.
    2. Ein sichereres Netzwerk, da Angriffe teurer werden: Wenn ein Hacker 51% aller Münzen kaufen möchte, wird der Markt mit einer schnellen Preiserhöhung antworten.

    Auf diese Weise wird CASPER ein Kautionsprotokoll sein, das auf einem wirtschaftlichen Konsens-System basiert. Knoten (oder die Prüfer) müssen eine Sicherheitsleitung hinterlegen, um dank der neuen Blockbildung Teil des Konsens-Systems zu sein. Das Casper-Verfahren bestimmt die spezifische Höhe der Belohnungen, die die Prüfer dank der Kontrolle über die Sicherheitsleistungen erhalten.

    Wenn ein Prüfer einen „ungültigen“ Block erstellt, wird seine Sicherheitsleistung sowie sein Recht, Teil des Netzwerkkonsens-Systems zu sein, eingezogen.

    Mit anderen Worten, das Casper-Sicherheitssystem basiert auf so etwas wie Wetteinsätzen. In einem PoS-basierten System sind die Wetteinsätze die Transaktionen, die nach den Konsensregeln ihren Prüfer mit einem Geldpreis belohnen, zusammen mit jeder Kette, auf die der Prüfer gesetzt hat.

    Casper basiert also auf der Idee, dass sich Prüfer nach den Wetten anderer ausrichten und dabei positive Rückmeldungen abgeben, um das Einvernehmen zu beschleunigen.

     

    Like what you read? Give us one like or share it to your friends

    0
    0
    Please
    ',a='
    ';return t.replace("ID",e)+a}function lazyLoadYoutubeIframe(){var e=document.createElement("iframe"),t="https://www.youtube.com/embed/ID?autoplay=1";t+=0===this.dataset.query.length?'':'&'+this.dataset.query;e.setAttribute("src",t.replace("ID",this.dataset.id)),e.setAttribute("frameborder","0"),e.setAttribute("allowfullscreen","1"),this.parentNode.replaceChild(e,this)}document.addEventListener("DOMContentLoaded",function(){var e,t,a=document.getElementsByClassName("rll-youtube-player");for(t=0;t