Was ist Algorand (ALGO) und wie funktioniert das Netzwerk?

Was ist Algorand (ALGO)?

Algorand ist eine permissionless Layer-1-Blockchain. Das bedeutet, dass es ein eigenständiges Netzwerk ist, auf dem Nutzer Transaktionen ausführen, digitale Assets erstellen und Smart Contracts nutzen können, ohne die Zustimmung einer zentralen Partei zu benötigen.

Die eigene Krypto des Netzwerks heißt ALGO. ALGO wird unter anderem verwendet, um Transaktionskosten zu bezahlen und an der Konsensfindung des Netzwerks teilzunehmen.

Konsens ist die Art und Weise, wie Teilnehmer in einer Blockchain gemeinsam festlegen, welcher neue Block gültig ist und an die Blockchain angehängt wird.

Algorand nutzt dafür Pure Proof of Stake, oft abgekürzt als PPoS. Bei diesem System müssen Teilnehmer ihre ALGO nicht sperren oder an einen Validator delegieren. Konten, die für den Konsens registriert sind, können auf Basis ihrer ALGO-Menge zufällig ausgewählt werden, um einen Block vorzuschlagen oder darüber abzustimmen.

Algorand verwendet dafür eine kryptografische Lotterie. Für jeden neuen Block werden erneut Teilnehmer ausgewählt. Wer mehr ALGO online für den Konsens einsetzt, hat eine höhere Chance, ausgewählt zu werden.

Ein wichtiges Merkmal von Algorand ist die direkte Finalität. Sobald ein Block durch den Konsensprozess bestätigt wurde, gilt er als endgültig. Es müssen also nicht erst mehrere neue Blöcke darauf aufgebaut werden, um zusätzliche Sicherheit zu erhalten.

Es können maximal 10 Milliarden ALGO existieren. Alle 10 Milliarden Tokens wurden zu Beginn des Netzwerks erstellt. Nicht alle Tokens kamen sofort in Umlauf: Der zirkulierende Bestand wuchs danach, weil zuvor erstellte ALGO nach verschiedenen Verteilungsplänen freigegeben wurden.

Wichtigste Erkenntnisse

• Algorand ist eine eigenständige Layer-1-Blockchain für Zahlungen, Assets und Smart Contracts.
• ALGO ist die native Krypto für Transaktionskosten und die Teilnahme am Konsens.
• Das Netzwerk nutzt Pure Proof of Stake statt Mining.
• Teilnehmer werden per kryptografischer Lotterie für Konsensrollen ausgewählt.
• ASAs ermöglichen es, eigene Tokens direkt auf Algorand auszugeben.

Wie funktioniert Algorand?

Algorand sammelt Transaktionen in Blöcken. Anschließend müssen sich die Teilnehmer des Netzwerks darauf einigen, welcher Block gültig ist und an die Blockchain angehängt wird.

Dafür nutzt Algorand Pure Proof of Stake (PPoS) in Kombination mit einem Byzantine-Agreement-Protokoll. PPoS bestimmt, welche Konten eine Chance haben, einen Block vorzuschlagen oder darüber abzustimmen. Das Byzantine-Agreement-Protokoll sorgt anschließend dafür, dass sich die ausgewählten Teilnehmer auf einen gültigen Block einigen, auch wenn ein Teil von ihnen Fehler macht oder sich nicht korrekt verhält.

Konten, die online sind und gültige participation keys registriert haben, können ausgewählt werden, um einen Block vorzuschlagen oder darüber abzustimmen.

Ein participation key ist ein separater Schlüssel für die Teilnahme am Konsens. Er ist unabhängig von dem Privatschlüssel, mit dem du ALGO senden kannst. Dadurch muss der Privatschlüssel, mit dem du deine Tokens verwaltest, nicht auf dem Node liegen, der am Konsens teilnimmt.

Wer ausgewählt wird, bestimmt Algorand mit einer Verifiable Random Function (VRF). Du kannst dir das als kryptografische Lotterie vorstellen. Ein Konto führt lokal eine Berechnung aus, mit der es feststellen kann, ob es für eine bestimmte Rolle ausgewählt wurde. Andere Teilnehmer können anschließend prüfen, ob diese Auswahl gültig ist.

Die Wahrscheinlichkeit, ausgewählt zu werden, hängt von der Menge an ALGO ab, mit der ein Konto online am Konsens teilnimmt. Je mehr ALGO ein Konto online hat, desto höher ist die Chance, dass es ausgewählt wird, und desto größer ist das mögliche Stimmgewicht. Auch kleinere Konten können ausgewählt werden.

Für jeden Block werden erneut Teilnehmer ausgewählt, um einen Block vorzuschlagen und darüber abzustimmen. Dadurch steht nicht im Voraus für längere Zeit fest, welche Teilnehmer die nächsten Blöcke bestimmen werden.

Der Konsensprozess läuft grob in mehreren Schritten ab. Zuerst können ausgewählte Konten einen neuen Block vorschlagen. Danach stimmen erneut ausgewählte Komitees darüber ab, welcher Vorschlag bevorzugt wird und ob dieser Block schließlich zertifiziert werden kann.

Ein Block wird genehmigt, wenn genügend der ausgewählten Stimmkraft denselben Vorschlag unterstützt. Das Sicherheitsmodell geht davon aus, dass mehr als zwei Drittel des teilnehmenden Stakes ehrlich handeln.

Sobald der Konsensprozess einen Block zertifiziert hat, ist dieser Block endgültig. Algorand hat damit direkte Finalität: Es müssen nicht erst mehrere neue Blöcke folgen, bevor eine Transaktion als endgültig gilt.

Algorand (ALGO) Überblick

Wie funktioniert Pure Proof-of-Stake bei Algorand?

Bei Pure Proof-of-Stake bestimmt der online gehaltene Stake, welche Konten eine Chance auf eine Konsensrolle haben. Stake bedeutet hier die Menge an ALGO, die für die Teilnahme zählt. Du musst diese ALGO nicht sperren, um mitzumachen.

Für jeden Schritt im Konsensprozess führt ein online teilnehmendes Konto lokal eine VRF aus. Damit prüft das Konto, ob es ausgewählt wurde, etwa um einen Block vorzuschlagen oder einen Block zu bewerten. Die VRF erzeugt außerdem einen Beweis, den andere Teilnehmer verifizieren können.

Algorand wählt für jeden Konsensschritt neue, pseudorandomisierte Komitees aus. Ein Komitee ist eine Gruppe ausgewählter Konten, die über einen Vorschlag abstimmt. Da diese Gruppen sich ständig ändern, ist im Voraus nicht öffentlich bekannt, welche Konten eine Rolle übernehmen.

Der Prozess besteht grob aus drei Schritten: einen Block vorschlagen, den Vorschlag bestätigen und den Block zertifizieren. Wenn genügend ausgewählte Stimmkraft denselben Vorschlag unterstützt, wird der Block zertifiziert.

Das Wort Pure bedeutet nicht, dass alle den gleichen Einfluss haben. Die Auswahlwahrscheinlichkeit und das Stimmgewicht bleiben an die online gehaltene ALGO-Position gekoppelt. Jemand mit mehr online ALGO hat also eine höhere Chance auf eine Rolle im Konsens.

Die Teilnahme am Konsens bedeutet nicht automatisch, dass jeder ALGO-Inhaber auch eine Belohnung erhält. Berechtigte Blockvorschläger können eine Blockauszahlung erhalten, wenn ihr vorgeschlagener Block tatsächlich an die Blockchain angehängt wird.

Ein Konto muss dafür die Voraussetzungen erfüllen und einen aktiven, zuverlässigen Validator-Node verwenden. Wenn ein Konto online nicht ausreichend zuverlässig erscheint, kann es von diesen Auszahlungen ausgeschlossen werden.

Algorand nutzt dafür unter anderem Heartbeats. Damit kann ein Teilnehmer anzeigen, dass das Konto und der zugehörige Node noch online und verfügbar sind.

Welche Rolle spielen Smart Contracts und Algorand Standard Assets?

Smart Contracts sind Programme auf einer Blockchain, die nach vorher festgelegten Regeln ausgeführt werden. Auf Algorand geschieht das über die Algorand Virtual Machine (AVM). Diese virtuelle Maschine führt Smart-Contract-Code als Teil der Verarbeitung von Transaktionen aus.

Entwickler können Smart Contracts unter anderem mit Algorand Python und Algorand TypeScript schreiben. Dieser Code wird in Code kompiliert, den die AVM ausführen kann. Um einen stateful Smart Contract aufzurufen, wird eine Application-Call-Transaktion verwendet. Stateful bedeutet, dass ein Smart Contract Daten auf der Blockchain speichern und ändern kann.

Wenn die Ausführung eines Smart Contracts die geltenden Bedingungen nicht erfüllt, schlägt die Transaktion fehl und die zugehörigen Änderungen werden nicht endgültig auf der Blockchain gespeichert.

Neben Smart Contracts unterstützt Algorand Algorand Standard Assets (ASAs). Das sind digitale Assets, die direkt über das Algorand-Protokoll erstellt werden können. Eine ASA kann zum Beispiel einen fungiblen Token, aber auch ein einzigartiges digitales Objekt darstellen.

Eine ASA ist nicht dasselbe wie ALGO. ALGO ist die native Krypto des Algorand-Netzwerks, während eine ASA von einem Nutzer, Entwickler oder einer Organisation ausgegeben werden kann.

Eine ASA wird mit einer speziellen Transaktion auf der Algorand-Blockchain erstellt. Dabei kannst du verschiedene Adressen mit jeweils einer eigenen Verwaltungsfunktion festlegen, zum Beispiel für allgemeine Verwaltung, Reserve, Sperrung und Clawback.

Die Clawback-Adresse kann Tokens von einem Konto zurückholen und an eine andere Adresse senden. Das ist nur möglich, wenn eine solche Clawback-Funktion beim Erstellen der ASA festgelegt wurde.

Bevor ein Konto eine ASA empfangen kann, muss es normalerweise zuerst für dieses Asset „opt-in“ machen. Für jede ASA, die ein Konto erstellt oder hält, steigt das erforderliche Mindestguthaben um 0,1 ALGO.

Smart Contracts auf Algorand haben außerdem Grenzen, wie viel Rechenarbeit sie pro Ausführung leisten dürfen. Ein einzelner Application Call erhält standardmäßig ein Opcode-Budget von 700 Einheiten. Ein Opcode ist eine Anweisung, die die AVM ausführt.

Bei mehreren Application Calls in einer Transaktionsgruppe können diese Budgets zusammengeführt werden. Außerdem gibt es Techniken, mit denen zusätzliches Ausführungsbudget verfügbar werden kann. Das Maximum von 700 bedeutet also nicht, dass jeder komplexe Smart Contract immer über mehrere Blöcke verteilt werden muss.

Was ist der Unterschied zwischen Algorand und Bitcoin?

Algorand und Bitcoin sind beide eigenständige Blockchains, aber sie wurden für unterschiedliche Zwecke entwickelt.

Algorand ist eine Layer-1-Plattform, auf der Nutzer unter anderem Smart Contracts ausführen und digitale Assets erstellen können. Bitcoin wurde ursprünglich als Peer-to-Peer-elektronisches Geldsystem entworfen.

Ein wichtiger Unterschied ist die Art und Weise, wie beide Netzwerke Konsens erreichen:

• Algorand nutzt Pure Proof of Stake: Konten, die online am Konsens teilnehmen, können auf Basis ihrer ALGO-Menge pseudorandomisiert ausgewählt werden, um einen Block vorzuschlagen oder darüber abzustimmen.

• Bitcoin nutzt Proof of Work: Miner setzen Rechenleistung ein, um gültige Blöcke zu erzeugen und damit das Netzwerk zu sichern.

• Algorand hat direkte Finalität: Sobald ein Block über den Konsensprozess zertifiziert wurde, gilt er als endgültig.

• Bitcoin arbeitet mit Bestätigungen: Eine Bitcoin-Transaktion erhält mit jedem neuen Block, der auf den Block mit dieser Transaktion aufbaut, mehr Sicherheit. Deshalb achten Nutzer oft auf die Anzahl der Bestätigungen.

Auch die Art, wie Anwendungen und digitale Assets funktionieren, unterscheidet sich. Auf Algorand können Nutzer direkt Algorand Standard Assets (ASAs) erstellen und über Application-Call-Transaktionen mit stateful Smart Contracts kommunizieren.

Bitcoin nutzt ein UTXO-Modell. Dabei verwendet eine Transaktion bestehende Outputs als Input und erstellt neue Outputs. Bitcoin Script kann Bedingungen für das Ausgeben von Bitcoin festlegen, bietet aber nicht dieselben Möglichkeiten für stateful Smart Contracts wie Algorand.

Auch die Ausgabe der nativen Krypto unterscheidet sich. Es können maximal 10 Milliarden ALGO existieren, und diese Tokens wurden zu Beginn des Netzwerks erstellt.

Bitcoin gibt neue BTC schrittweise als Belohnung für Miner aus. Diese Block-Subsidy wird ungefähr alle vier Jahre halbiert, bis schließlich nahezu der gesamte maximale Bestand von 21 Millionen BTC ausgegeben ist.

Wie ist Algorand entstanden?

Die Idee für Algorand entstand 2017 in Cambridge, Massachusetts, rund um den Kryptografen und MIT-Professor Silvio Micali. Er ist der Gründer von Algorand und stand am Anfang des Pure-Proof-of-Stake-Konsensmechanismus.

Der öffentliche Mainnet-Start von Algorand folgte am 19. Juni 2019.

Die frühe technische Grundlage von Algorand wurde unter anderem in Forschung von Jing Chen und Silvio Micali zu einem sicheren und effizienten Distributed-Ledger-System beschrieben. Jing Chen war damit wichtig für die grundlegende Forschung hinter Algorand, während Silvio Micali als Gründer des Projekts gilt.

Was sind die Vorteile von Algorand?

Algorand hat einige klare Vorteile:

• Kein Lock-up oder Slashing für die Konsensbeteiligung: ALGO muss nicht gesperrt werden, um am Konsens teilzunehmen. Außerdem verwendet Algorand kein Slashing, bei dem Tokens als Strafe entzogen werden.

• Direkte Finalität: Sobald ein Block zertifiziert ist, gilt er als endgültig. Es müssen also nicht erst mehrere neue Blöcke folgen, um zusätzliche Sicherheit zu erhalten.

• Wechselnde Konsensrollen: Blockvorschläger und Stimmkomitees werden immer wieder pseudorandomisiert ausgewählt. Dadurch steht nicht im Voraus für längere Zeit fest, welche Konten die nächsten Blöcke bestimmen.

• Native Assets und Smart Contracts: Algorand unterstützt sowohl Algorand Standard Assets als auch stateful Smart Contracts direkt auf Layer 1.

• Atomare Transaktionsgruppen: Mehrere Transaktionen können als eine Gruppe ausgeführt werden. Wenn eine notwendige Transaktion fehlschlägt, wird die gesamte Gruppe nicht ausgeführt.

Was sind die Nachteile und Einschränkungen von Algorand?

Algorand hat auch einige wichtige Punkte, die du beachten solltest:

• Einfluss ist stake-gewichtet: Konten mit mehr online ALGO haben im Durchschnitt eine größere Chance, Konsensrollen zu erhalten, und können mehr Stimmgewicht repräsentieren.

• Aktive Teilnahme erfordert technische Schritte: Nur ALGO zu besitzen reicht nicht aus, um direkt am Konsens teilzunehmen. Du brauchst participation keys und einen zuverlässigen Node.

• Staking-Rewards sind nicht automatisch: Nicht jeder ALGO-Inhaber erhält eine Belohnung. Für Solo-Staking gelten zusätzliche Bedingungen, darunter ein minimales Online-Guthaben.

• ASAs erfordern zusätzliches Mindestguthaben: Für jede ASA, die ein Konto erstellt oder hält, steigt das erforderliche Mindestguthaben.

• Smart Contracts haben technische Grenzen: Die AVM arbeitet mit Limits unter anderem für Ausführungsbudget und Programmgröße. Entwickler müssen das beim Aufbau von Anwendungen berücksichtigen.

Fazit

Algorand ist eine eigenständige Layer-1-Blockchain für Transaktionen, digitale Assets und Smart Contracts. ALGO ist die native Krypto des Netzwerks und wird unter anderem für Transaktionskosten und die Teilnahme am Konsens verwendet.

Der Kern von Algorand ist Pure Proof of Stake. Online-Konten mit participation keys können per kryptografischer Lotterie ausgewählt werden, um Blöcke vorzuschlagen oder darüber abzustimmen. Sobald ein Block durch den Konsensprozess zertifiziert wurde, ist er sofort endgültig.

Außerdem unterstützt Algorand native Algorand Standard Assets und stateful Smart Contracts über die Algorand Virtual Machine.

Dem stehen auch Kompromisse gegenüber. Der Konsenseinfluss ist an die Menge an online ALGO gekoppelt, aktive Teilnahme erfordert einen Node und participation keys, und sowohl ASAs als auch Smart Contracts haben praktische und technische Grenzen.

Algorand kombiniert damit ein stake-basiertes Konsensmodell ohne Lock-up oder Slashing mit direkter Finalität und integrierter Unterstützung für Assets und Smart Contracts.