Was ist ein Blockchain-Konsensmechanismus?

Stellen Sie sich vor, Sie sind der Kommandant einer Armee, die aus mehreren Zügen von Soldaten besteht, die sich an verschiedenen Abwurfstellen befinden. Sie planen, ein einzelnes befestigtes Gebiet zu einem bestimmten Zeitpunkt anzugreifen. Um dies zu tun, müssen Sie mit jedem Ihrer Züge koordinieren, um sicherzustellen, dass sie alle die richtige Zeit, den Standort und den Aktionsplan kennen.

Aber das bringt eine Reihe von Problemen mit sich. Was ist, wenn ein oder mehrere Züge in letzter Minute beschließen, sich zurückzuziehen? Was ist, wenn sie zu früh angreifen? Was ist, wenn sie am falschen Ort ankommen? Was ist, wenn es Verräter in einem Zug gibt, die versuchen, den Plan zu sabotieren? 

Damit der Angriff funktioniert, ist es entscheidend, dass alle eine einstimmige Vereinbarung erreichen – auch bekannt als Konsens – darüber, was der Plan ist. Dieses Beispiel basiert auf dem Byzantinischen Generäle-Problem; einem Konzept, das in einem Papier von 1982 veröffentlicht wurde und die Probleme veranschaulicht, die beim Aufbau eines robusten Kommunikationssystems auftreten, in dem die angenommenen Teilnehmer möglicherweise unehrlich handeln. 

Bitcoin wurde das erste dezentrale System, das dieses langjährige Problem löste, indem es etwas implementierte, das als Konsensmechanismus bezeichnet wird.

Ein Blockchain-Konsensmechanismus ist eine Art automatisiertes System, das darauf abzielt, zwei Hauptziele zu erreichen.

1. Sicherstellen, dass eine verteilte, führerlose Gemeinschaft von Netzwerkvalidierern effizient und einstimmig über neue und bestehende Daten im Blockchain-Hauptbuch einig werden kann.
    
2. Sicherstellen, dass alle Netzwerkvalidierer die Regeln des Protokolls befolgen und ihre Rollen ehrlich ausführen.

Datenvalidierung bezieht sich auf die Überprüfung, ob neue Informationen genau und gültig sind. Dies ist in einem dezentralen System, insbesondere in einem dezentralen Währungssystem, von entscheidender Bedeutung. Wenn ungültige Transaktionsinformationen wie ein falscher Kontostand oder eine Doppelbuchung zur Blockchain hinzugefügt werden dürfen, würde dies die Integrität dieser Datenbank vollständig untergraben.

Ohne eine integrale Datenbank würde niemand ihr vertrauen und niemand würde sie nutzen.

Es gibt auch ein weiteres wichtiges Problem, das Konsensmechanismen gelöst werden: Netzwerksicherheit. 

Satoshi Nakamoto, der Schöpfer von Bitcoin, war der erste, der erkannte, dass Konsensmechanismen auch als effizientes System zur Abschreckung von böswilligen Akteuren dienen könnten, die versuchen, das Netzwerk durch einen Mehrheitsangriff (Kontrolle von mehr als 50 % eines Netzwerks) zu übernehmen. Dies war eine revolutionäre Innovation und eine, die das Bitcoin-Protokoll als die erste global tragfähige dezentrale Kryptowährung festigte.

Während es viele Arten von Konsensmechanismen gibt, die von verschiedenen Blockchains verwendet werden, funktionieren die meisten von ihnen grundsätzlich, indem sie Validator-Knoten erfordern, dass sie eine Art Investition und/oder einen Aufwand betreiben, bevor ihnen das Recht gewährt wird, neue Datenblöcke vorzuschlagen und zu validieren.

Die Idee dahinter ist einfach. Validatoren, die ihre eigene Zeit und ihr Geld investiert haben, um am Netzwerk teilzunehmen, sind theoretisch weniger geneigt, es zu korrumpieren, da sie etwas zu verlieren haben, wenn sie dies tun.

Kurz gesagt, Konsensmechanismen sind einfach Systeme, die Validatoren dazu ermutigen, sich an die Regeln zu halten, durch Zwang (Drohung mit Bestrafung) und/oder Anreize (Belohnungen für gutes Verhalten).

Wie bereits erwähnt, gibt es viele verschiedene Methoden, die von verschiedenen Blockchains eingesetzt werden, um Konsens in der heutigen Krypto-Industrie zu erreichen.

Die beiden bekanntesten sind jedoch als Proof-of-Work (PoW) und Proof-of-Stake (PoS) Konsensmechanismen bekannt.

Proof-of-Work ist der Konsensmechanismus, der von Bitcoin und einer Vielzahl anderer Kryptowährungen verwendet wird. 

Ursprünglich 1993 von den Informatikern Cynthia Dwork und Moni Naor als Mittel zur Verhinderung von E-Mail-Spam entwickelt, nahm Nakamoto das Konzept und passte es für die Verwendung in einem dezentralen Währungssystem an.

PoW funktioniert, indem es Validatoren, die als "Miner" bezeichnet werden, erfordert, Computerhardware zu kaufen, zu mieten oder auszulagern und diese Leistung auf den Gewinn eines kryptografiebasierten Wettbewerbs auszurichten, um Belohnungen zu erhalten. Dieser Prozess ist allgemein als Krypto-Mining bekannt.

Die vollständigen Details des Minings finden Sie hier.

Indem Validatoren dazu verpflichtet werden, in Computerhardware zu investieren und die laufenden Kosten für deren Betrieb zu decken, besteht die Idee hinter PoW darin, dass potenzielle böswillige Akteure davon abgehalten werden, all diese Mühe auf sich zu nehmen. Ähnlich bedeutet die Anreizstruktur der Blockbelohnungen – die Belohnungen, die aus dem Gewinn des Mining-Wettbewerbs erzielt werden – dass ehrliche Teilnahme gut entschädigt werden kann.

In Bezug auf die Bereitstellung von Sicherheit steigt, je mehr Miner dem Netzwerk beitreten und je höher die Sophistizierung der Hardware ist, die Kosten für einen Angriff auf die Bitcoin-Blockchain exponentiell an. Dies liegt daran, dass ein Täter eine extrem große Menge an Rechenleistung beschaffen müsste, um eine 51%-Mehrheit über den Rest des Netzwerks zu erlangen. Selbst dann gäbe es keine Garantie, dass sie alle zehn Minuten den Mining-Wettbewerb gewinnen, um erfolgreich eine ungültige Kette neuer Blöcke zu etablieren.

Proof-of-Stake ist ein relativ neuer Konsensmechanismus, der erstmals 2012 erfolgreich von Sunny King und Scott Nadal implementiert wurde. Wie Proof-of-Work erfüllt PoS die gleichen wichtigen Ziele eines Konsensmechanismus, jedoch auf eine einzigartig andere Weise.

Um ein Validator in einer PoS-basierten Blockchain zu werden, müssen die Teilnehmer eine Menge der entsprechenden nativen Kryptowährung des Projekts in einem Smart Contract kaufen und sperren. Dies ist als Staking bekannt.

Ein Staking Smart Contract fungiert im Wesentlichen wie ein Treuhandkonto und sperrt Token für eine feste oder variable Dauer, abhängig von den spezifischen Bedingungen jedes Blockchain-Protokolls.

Validatoren werden zufällig vom Protokoll ausgewählt, um neue Blöcke innerhalb festgelegter Zeitfenster – oft als Epochen bezeichnet – vorzuschlagen. Staker können die Wahrscheinlichkeit erhöhen, ausgewählt zu werden, um neue Blöcke vorzuschlagen, indem sie die Menge an Token oder Münzen erhöhen, die sie dem Staking widmen.

Dieses System funktioniert ähnlich wie ein Lotteriesystem, bei dem die mehr Tickets Sie haben, desto größer Ihre Chancen sind, den Jackpot zu gewinnen. Aber auch hier gibt es keine Garantie, dass Sie jedes Mal gewinnen, genau wie bei einer Lotterie. Jemand mit einem einzigen Ticket kann immer noch jemanden mit Tausenden von Lotterietickets schlagen. Das Gleiche gilt für Krypto-Staking.

Peercoin war die erste Kryptowährung, die diesen Mechanismus einführte, obwohl Ethereum vielleicht das bekannteste Beispiel für eine PoS-Blockchain ist, nachdem es seine Übergang von PoW im Jahr 2022. abgeschlossen hat.

Neben dem Sperren von Token verwalten einige PoS-Konsensmechanismen wie der von Ethereum verwendete Strafen für unehrliches Verhalten durch einen Prozess, der als „Slashing“ bezeichnet wird. 

Wenn das Protokoll böswillige Aktivitäten vermutet, können die gesperrten Gelder einer Person teilweise oder vollständig ohne Vorwarnung beschlagnahmt oder „geslasht“ werden. Dies schreckt schlechtes Verhalten ab und hilft sicherzustellen, dass alle Netzwerkteilnehmer die Regeln befolgen.

Über PoW und PoS hinaus sind Dutzende verschiedener Konsensmechanismen entstanden, die neuartige oder hybridisierte Versionen der vorgenannten Mechanismen darstellen. Jeder Versuch, das Problem der byzantinischen Generäle auf verschiedene Weise zu lösen. Dazu gehören:

• Proof-of-Activity (PoA)
• Proof-of-History (PoH)
• Proof-of-Importance (PoI)
• Proof-of-Capacity (PoC)
• Proof-of-Burn (PoB)
• Proof-of-Authority (PoA)
• Delegated Proof-of-Stake (DPoS)
• Proof-of-Elapsed Time (PoET)

Während es keinen klaren Gewinner in Bezug auf den besten Konsensmechanismus gibt, betrachten viele die PoS- und PoW-Systeme als die effektivsten.

Die Hauptvorteile von PoW (Mining) gegenüber PoS (Staking) sind, dass es einen erheblich höheren Schutz gegen 51%-Mehrheitsangriffe bietet. Allerdings werden enorme Energiemengen von Minern verbraucht, um diese hohe Sicherheit zu erreichen; etwas, worüber viele Umweltschützer, Regulierungsbehörden und globale Unternehmen in den letzten Jahren große Bedenken geäußert haben. Der Energieverbrauch von PoW ist ein komplexes Thema und etwas, das wir in unserem Artikel Mythen über Krypto entlarven:{" „Bitcoin zerstört die Umwelt.“

PoS hingegen ist deutlich energieeffizienter. Es sind keine stromfressenden Maschinen erforderlich, um zu staken, und mehrere Blöcke können gleichzeitig durch Skalierungslösungen wie Sharding validiert werden. 

Das gesagt, ist keiner perfekt und beide haben ihre eigenen Zentralisierungsprobleme. In beiden Fällen können diejenigen mit dem meisten Geld einen unfairen Vorteil gegenüber anderen Teilnehmern im Netzwerk erlangen.

In PoW-Systemen dominieren große Mining-Firmen die Branche und machen es finanziell untragbar für kleine Hobby-Miner, teilzunehmen. 

In PoS-Systemen sind diejenigen, die große Mengen an Token staken, viel wahrscheinlicher, neue Blöcke vorzuschlagen und Belohnungen zu verdienen im Vergleich zu allen anderen im Netzwerk.

Dennoch kann argumentiert werden, dass dies ein natürliches Nebenprodukt der meisten, wenn nicht aller, Konsensmechanismen ist.

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