Arten von Blockchains: PoW, PoS, und Private

Nicht alle Blockchains sind gleich. Ihre unterschiedlichen Konsensmechanismen haben einzigartige Auswirkungen auf Zugänglichkeit, Sicherheit und Nachhaltigkeit.

Zusammenfassung

Blockchain-Systeme unterscheiden sich erheblich in ihrem Design, vor allem im Hinblick auf die Konsensmechanismen, die zur Verifizierung der Netzwerkdaten verwendet werden. Die gebräuchlichsten Konsensmechanismen sind Proof of Work (PoW), Proof of Stake (PoS) und Methoden, die von privaten und Konsortial-Blockchains verwendet werden. Jedes Design hat unterschiedliche Auswirkungen auf die Sicherheit, Zugänglichkeit und Nachhaltigkeit der zugrunde liegenden Blockchain.

Inhalt

• Blockchain-Typen

• Proof-of-Work-Blockchains

• Proof-of-Stake-Blockchains

• Private und konsortiale Blockchains

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Blockchain-Typen

Auch wenn die Blockchain vielen als eine monolithische Technologie erscheint, gibt es große Unterschiede in der Funktionsweise der verschiedenen Blockchain-Netzwerke. Ein grundlegendes Unterscheidungsmerkmal ist die Art des Konsensmechanismus, den jede Blockchain verwendet. Ein Konsensmechanismus ist der Prozess, durch den ein verteiltes Netzwerk eine Einigung über Informationen im Netzwerk erzielt - zum Beispiel, ob Transaktionen gültig sind und in welcher Reihenfolge sie stattfinden. Der Konsensmechanismus spielt auch eine wichtige Rolle beim Schutz des Blockchain-Netzwerks vor böswilligen Akteuren wie Hackern.

Die meisten öffentlichen Blockchain-Netzwerke verwenden heute Verfahren, die als Proof of Work (PoW) oder Proof of Stake (PoS) bezeichnet werden, um den Konsens zu gewährleisten, während private - oder "genehmigte" - Blockchains und Distributed Ledger Technologies (DLTs) auf verschiedene Weise strukturiert werden können, um Geschwindigkeit, Sicherheit und Skalierbarkeit zu priorisieren. Im Folgenden werfen wir einen Blick auf die gängigsten Blockchain-Konsensmechanismen, um ein besseres Gesamtverständnis für die verschiedenen Implementierungen zu bekommen:

Proof-of-Work-Blockchains

Der PoW-Konsensmechanismus gehört zu den am weitesten verbreiteten Blockchain-Methoden und wurde zuerst durch Bitcoin (BTC) populär gemacht. Die entscheidenden Komponenten von PoW-Systemen sind die Miner und der Strom, den sie für die Berechnungen benötigen, mit denen die BTC-Transaktionen verifiziert werden. Miner betreiben Computerhardware, um Netzwerkknoten zu betreiben, die Rechenleistung einsetzen, um mathematische Rätsel, sogenannte Proofs of Work, algorithmisch zu lösen. Der Miner, der das Rätsel löst, bestätigt zunächst den letzten Block von Transaktionen auf der Blockchain. Der erfolgreiche Miner sendet den neuen Block dann an alle anderen Knoten, die wiederum seine Richtigkeit bestätigen und den Block zu ihrer Kopie der Blockchain hinzufügen, wodurch ein überprüfbarer Datensatz für das gesamte Netzwerk entsteht. Dieser Verifizierungsprozess stellt den Konsens dar. Erst wenn diese Daten bestätigt sind, kann ein neuer Block zum Netzwerk hinzugefügt werden. Miner erhalten neu gemünzte Kryptowährung, die Blockbelohnung (im Fall von Bitcoin erhalten sie BTC), wenn sie als erste einen neuen Datenblock validieren und der PoW-Blockchain hinzufügen.

Proof-of-Work-Blockchains zielen darauf ab, in gleichmäßigen Abständen Blöcke zu erzeugen - Bitcoin zum Beispiel erzeugt etwa alle zehn Minuten einen Block. PoW-Netzwerke sind in ihrer Geschwindigkeit und Größe begrenzt, weil der Prozess des Arbeitsnachweises so energieintensiv ist. Außerdem sind PoW-Netzwerke so kodiert, dass sie im Verhältnis zur Rechenleistung des Netzwerks mehr oder weniger schwierig sind. Man könnte meinen, dass Rechenleistung einfach nur Wettbewerb bedeutet - mehr Rechenleistung bedeutet mehr Wettbewerb, was wiederum härtere Arbeitsnachweise zur Folge hat. Aber trotz ihrer Einschränkungen bei Geschwindigkeit und Skalierbarkeit haben PoW-Blockchains in der Vergangenheit eine bessere Sicherheit geboten und gleichzeitig eine sinnvolle Dezentralisierung gewährleistet. Da PoW-Systeme dezentralisiert sind, ist es für einen böswilligen Akteur extrem teuer, die Blockchain zu übernehmen, indem er die Mehrheit der Rechenleistung des Netzwerks kontrolliert. Die Kosten für Hardware, Strom und Rechenleistung sind in der Regel zu hoch, um sie zu überwinden.

Die gleichen Merkmale, die PoW-Blockchains sicher machen, führen jedoch auch dazu, dass die Hürden für die Teilnahme am Netzwerk als Knotenpunkt hoch sind. Der Betrieb eines Mining-Rigs und die damit verbundenen Hardware- und Stromkosten sind für den Durchschnittsnutzer zu teuer, und das Mining in vielen großen Netzwerken wurde von großen Mining-Betreibern monopolisiert, die Einfluss auf die Netzwerkverwaltung genommen haben.

Ein weiterer Nachteil von PoW-Netzwerken ist, dass sie energieintensiv und damit umweltschädlich sind. Die Rechenleistung, die benötigt wird, um Proofs of Work zu lösen, erfordert eine immense Menge an Strom. Das Bitcoin-Netzwerk selbst hat zum Beispiel denselben jährlichen Kohlenstoff-Fußabdruck wie Neuseeland und verbraucht so viel Strom wie Chile. Die Lösung dieser Probleme war ein wichtiger Schwerpunkt der technischen Entwicklung in der Blockchain-Branche, und inzwischen sind andere Lösungen aufgetaucht.

Proof-of-Stake-Blockchains

PoS ist der zweitbeliebteste Konsensmechanismus und löst viele der Nachteile von PoW-Blockchains wie mangelnde Geschwindigkeit, schlechte Skalierbarkeit, ineffizienter Energieverbrauch und hohe Einstiegshürden. Beispiele für derzeit branchenführende PoS-Blockchains sind Polkadot, EOSIO und Cardano. Ethereum, das ursprünglich als PoW-Blockchain entwickelt wurde, wird derzeit zu einer PoS-Blockchain namens Ethereum 2.0 umgewandelt.

Anstelle von Minern, die Transaktionen validieren, haben PoS-Blockchains einfach Validatoren. Validatoren sind Betreiber von Netzwerkknoten, die Daten validieren, ähnlich wie bei PoW-Systemen, aber es gibt keinen energieintensiven Rechenprozess, um das Recht zur Validierung zu erwerben. Anstatt an der Lösung von Proofs of Work zu arbeiten, setzen die Validierer/innen einige der Token der Blockchain ein, um als Validierungsknoten ausgewählt zu werden. Der angehende Validator setzt im Wesentlichen Krypto-Token der Blockchain ein, die als Sicherheit dienen. Wenn es an der Zeit ist, die Daten in einem Transaktionsblock auf einer PoS-Blockchain zu validieren, wählt das System nach dem Zufallsprinzip einen Validator aus, der die Daten bestätigt. Die Auswahl ist zwar bis zu einem gewissen Grad zufällig, aber bestimmte Variablen können die Wahrscheinlichkeit erhöhen, dass ein Validator ausgewählt wird, z. B. die Anzahl der Token, die ein Validator eingesetzt hat. Wenn der Block bestätigt wird, wird der Validator in der Regel mit Netzwerk-Transaktionsgebühren belohnt, und der Prozess beginnt mit einem neuen Block.

Proof-of-Stake-Blockchains sorgen für die Sicherheit des Netzwerks und die Ehrlichkeit der Validierer, indem sie verlangen, dass die Validierer ihre Token einsetzen. Wenn Validatoren böswillig oder inkompetent handeln, verlieren sie ihren Einsatz und den Zugang zum Netzwerk durch einen Prozess namens "Slashing". Diese Anreizstruktur stellt sicher, dass Validierer/innen durch rechtmäßiges Handeln mehr gewinnen können als durch Regelverstöße. Es gibt viele verschiedene Varianten, wie dieser allgemeine Prozess funktioniert.

Da Validatoren auf PoS-Blockchains nicht in teure Hardware und hohe Stromkosten investieren müssen, ist die Einstiegshürde für Validatoren bei PoS-Blockchains wohl niedriger. Wenn du Validator/in werden willst, musst du jedoch immer noch eine ausreichende Menge an Kryptowährung einsetzen. Dieser Betrag variiert von Blockchain zu Blockchain, kann aber in die Tausende von Dollar reichen. PoS-Blockchains wurden auch als plutokratisch kritisiert, weil der Einfluss, den Validatoren auf das Netzwerk haben, oft proportional zur Höhe ihres Einsatzes ist.

Was die Nachhaltigkeit angeht, sind PoS-Blockchains wohl besser für die Umwelt als PoW-Netzwerke, weil sie deutlich weniger Strom verbrauchen. Befürworter/innen argumentieren daher, dass bei zukünftigen Blockchain-Projekten ein Schwerpunkt auf PoS-Konsensmechanismen gelegt werden sollte.

Delegated Proof of Stake (oder DPoS) ist eine beliebte Weiterentwicklung des Proof of Stake-Konzepts, bei dem die Nutzer/innen des Netzwerks Delegierte wählen, um den nächsten Block zu validieren. Delegierte können auch als Zeugen oder Blockproduzenten bezeichnet werden. Bei DPoS wählst du Delegierte, indem du deine Token in einem Stake-Pool zusammenlegst und diese mit einem bestimmten Delegierten verknüpfst. Befürworter sagen, dass DPoS ein dezentraleres und egalitäreres Verfahren zur Konsensfindung ist als Proof of Stake allein.

Private und Konsortial-Blockchains

Blockchain-Typen, die PoW- und PoS-Konsensmechanismen verwenden, sind in der Regel öffentlich und dezentralisiert. Es gibt jedoch noch zwei weitere Kategorien von Blockchains - Konsortialblockchains und private Blockchains. Eine private Blockchain ist eine Blockchain, die von einer zentralen Instanz kontrolliert wird, die bestimmt, wer mit der Blockchain interagieren, Transaktionen verifizieren und die auf der Blockchain gespeicherten Informationen einsehen kann. Eine Konsortial-Blockchain ist ein verteiltes Hauptbuch, das von mehreren Organisationen kontrolliert wird, von denen jede einen Netzwerkknoten betreibt, am Konsens teilnimmt und die Berechtigung hat, bestimmte Arten von Daten einzusehen. Aufgrund der fehlenden Dezentralisierung in diesen Netzwerken wird diese Art der Blockchain-Technologie oft als Distributed Ledger Technology bezeichnet.

Private Blockchains und Konsortial-Blockchains werden in der Regel von Unternehmen eingesetzt, die die Blockchain-Architektur nutzen wollen, aber sicherstellen möchten, dass bestimmte Informationen entweder aus rechtlichen oder wettbewerbsrechtlichen Gründen geheim bleiben.

Öffentliche Blockchains wie Bitcoin und Ethereum sind zensurresistent und bieten breite Ökosysteme für die Entwicklung von Apps und Plattformen. Konsortial-Blockchains hingegen bieten zwar schnellere Transaktionsverarbeitungszeiten und sind leichter zu modifizieren, sind aber "Walled Gardens" mit begrenzter Nutzung außerhalb des privaten Konsortiums.

Quorum von JPMorgan Chase ist eine private, genehmigte Version des Ethereum-Netzwerks, die den Informationsaustausch zwischen Banken erleichtern soll. Blockchains von Konsortien werden derzeit in einer Vielzahl von Branchen entwickelt, darunter die Versicherungsbranche, die Lebensmittelindustrie, die Finanzdienstleistungsbranche und sogar als Prototyp für digitale Zentralbankwährungen (CBDCs) rund um den Globus.

Blockchain ist nicht gleich Blockchain, und die verschiedenen Konsensmechanismen haben unterschiedliche Auswirkungen auf Zugänglichkeit, Sicherheit und Nachhaltigkeit. Ebenso sind nicht alle Blockchain-Typen für jeden Anwendungsfall gleich gut geeignet. Obwohl öffentliche Blockchains sicher und zensurresistent sind, eignen sie sich aufgrund ihrer Transparenz nicht gut für Unternehmen. Während PoW seit der Einführung von Bitcoin im Jahr 2009 der Standard-Konsensmechanismus ist, gewinnen PoS, DPoS und DLT in der Welt der Blockchain immer mehr an Bedeutung.

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