Was ist ein consensus algorithm und wie funktioniert er?
Was ist ein consensus algorithm?
Ein consensus algorithm sorgt dafür, dass alle Teilnehmer in einem Netzwerk sich über den Zustand der Blockchain einig sind – ganz ohne zentrale Instanz. Ohne diese Algorithmen würde eine Blockchain nicht funktionieren.
Stell dir die Blockchain wie eine Kette von Informationsblöcken vor, in denen Transaktionen gespeichert werden. Wenn neue Transaktionen stattfinden, wird ein neuer Block hinzugefügt. Sobald ein Block drin ist, kann er nicht mehr verändert werden. Der consensus algorithm legt fest, wie die Nodes (also die Teilnehmer) sich auf den nächsten Block einigen.
Dank dieser Algorithmen läuft die Blockchain sicher und zuverlässig. Sie sorgen dafür, dass alle Nodes sich über die Reihenfolge der Transaktionen einig sind – so wird Betrug oder doppeltes Ausgeben verhindert.
Wichtigste Erkenntnisse
- consensus algorithms bringen alle Teilnehmer auf der Blockchain auf einen Nenner.
- Sie verhindern doppelte Ausgaben und Betrug, indem sie die Reihenfolge der Transaktionen festlegen.
- Es gibt verschiedene Arten von consensus algorithms, jede mit eigenen Vor- und Nachteilen.
Wie funktioniert ein consensus algorithm?
consensus algorithms nutzen kryptografische Verfahren, bei denen Nodes überprüfen, ob Transaktionen oder Blöcke gültig sind, und sich dann auf die Reihenfolge einigen, in der neue Blöcke zur Blockchain hinzugefügt werden. Der Node, der den neuen Block einfügt, wird Validator genannt und bekommt dafür eine Belohnung in Form von Kryptowährung. Das Ganze läuft automatisch ab – ohne zentrale Kontrolle.
Die Nodes prüfen also neue Transaktionen oder Blöcke und stimmen ab, welcher Block hinzugefügt wird. Derjenige, der den Zuschlag bekommt, ist der Validator (bei Proof of Stake) oder Miner (bei Proof of Work). Als Belohnung gibt's Coins – zum Beispiel Bitcoin im Bitcoin-Netzwerk. Das Ganze passiert dezentral, ohne zentrale Instanz.
Ein Beispiel: Stell dir ein Formel-1-Rennen vor. Mehrere Fahrer rasen über die Strecke, um als Erste ins Ziel zu kommen. Dabei müssen sie sich an Regeln halten, die von der FIA (dem internationalen Motorsportverband) festgelegt wurden – etwa welche Reifen erlaubt sind oder dass man keine Abkürzungen nehmen darf.
Während des Rennens überwachen Offizielle und Sensoren die Einhaltung der Regeln. Bei Verstößen gibt's Strafen oder sogar Disqualifikationen.
In einer Blockchain übernehmen die Nodes diese Rolle. Sie verarbeiten und überprüfen Transaktionen nach festgelegten Regeln. Aber anders als bei der FIA gibt es keinen zentralen Schiedsrichter – die Nodes kontrollieren sich gegenseitig. Wenn ein Node gegen die Regeln verstößt, z. B. durch das Zulassen doppelter Ausgaben, können andere Nodes ihn ignorieren oder bestrafen.
Am Ende einigen sich alle Teilnehmer über den Algorithmus darauf, welche Transaktionen gültig sind. Es ist wie ein Formel-1-Rennen – nur komplett dezentral.
Welche Arten von consensus algorithms gibt es?
Es gibt verschiedene consensus algorithms, mit denen sich die Nodes in einem Blockchain-Netzwerk einigen. Jeder hat seine eigenen Regeln, Vorteile und Einschränkungen.
Proof of Work (PoW)
Das ist der älteste und bekannteste consensus algorithm, eingeführt von Bitcoin. Hier müssen Nodes komplexe Rechenaufgaben lösen, was viel Energie verbraucht. PoW gilt als sehr sicher, hat aber Probleme mit der Skalierbarkeit.
Bekannte Proof-of-Work-Blockchains: Bitcoin und Litecoin
Proof of Stake (PoS)
Bei Proof of Stake werden Teilnehmer basierend auf der Menge an Tokens ausgewählt, die sie einsetzen – das nennt man Staking. PoS ist energieeffizienter als PoW, da es keine intensive Rechenleistung erfordert. Ethereum ist 2022 von PoW auf PoS umgestiegen, um energieeffizienter zu werden.
Bekannte Proof-of-Stake-Blockchains: Ethereum, Cardano und Tezos
Delegated Proof of Stake (DPoS)
DPoS ist eine Variante von PoS und wurde entwickelt, um schneller und effizienter zu sein. Hier wählen die Teilnehmer eine kleine Gruppe von Vertretern, die neue Blöcke zur Blockchain hinzufügen. Das erhöht die Geschwindigkeit, verringert aber die Dezentralisierung.
Bekannte Delegated-Proof-of-Stake-Blockchains: Tron
Proof of Authority (PoA)
Bei PoA gibt es sogenannte "Validatoren" – eine begrenzte, vertrauenswürdige Gruppe von Teilnehmern, die Blöcke zur Blockchain hinzufügen dürfen. Das macht das Netzwerk schnell und effizient, aber weniger dezentral als PoW oder PoS. PoA wird oft in privaten Blockchains verwendet.
Bekannte Proof-of-Authority-Blockchains: VeChain
Proof of History (PoH)
PoH ist ein relativ neuer und innovativer consensus algorithm, bekannt durch die Solana-Blockchain. Statt sich auf die Reihenfolge der Transaktionen zu einigen, werden sie kryptografisch mit einem Zeitstempel versehen. So sehen die Nodes, in welcher Reihenfolge die Ereignisse stattgefunden haben, ohne sich absprechen zu müssen. Das ermöglicht extrem schnelle und kostengünstige Blockchains.
Bekannte Proof-of-History-Blockchains: Solana
Weitere consensus algorithms
- Proof of Burn
- Proof of Capacity
- Proof of Participation
- Proof of Elapsed Time
- Delayed Proof of Work
- Effective Proof of Stake
- Pure Proof of Stake
- Bonded Proof of Stake
- Nominated Proof of Stake
- Proof of Stake Time
- Leased Proof of Stake
- Anonymous Proof of Stake
- Hybrid Proof of Stake
- Delegated Proof of Contribution
- Secure Proof of Stake
- Thresholded Proof of Stake
- Roll Delegated Proof of Stake
- Proof of Coverage
- Proof of Importance
- Delegated Proof of Broker
- Proof of Transfer
- Proof of Storage
- Proof of Activity
Fazit
consensus algorithms sorgen dafür, dass Blockchains zuverlässig, sicher und dezentral funktionieren, indem sie eine Einigung zwischen allen Nodes im Netzwerk über die Gültigkeit und Reihenfolge von Transaktionen ermöglichen. Ohne zentrale Instanz können Blockchains als transparente Netzwerke arbeiten, in denen Betrug verhindert und doppelte Ausgaben unmöglich gemacht werden. Jeder consensus algorithm hat seine eigenen Eigenschaften, Vorteile und Einschränkungen, wodurch sie für verschiedene Anwendungen in der Krypto-Welt geeignet sind.
