Was ist Proof of Authority (PoA) und wie funktioniert es?

Was ist Proof of Authority (PoA)?

Proof of Authority (PoA) ist ein Konsensmechanismus, der von Blockchains verwendet wird, um neue Transaktionen zu validieren und Blöcke zur Blockchain hinzuzufügen. Ein Konsensmechanismus ist ein System, das bestimmt, ob eine Transaktion gültig beziehungsweise korrekt ist. Dies geschieht innerhalb der Blockchain-Technologie dezentral, ohne eine zentrale Partei wie ein Unternehmen, das alles verwaltet. Die Art des Konsensmechanismus bestimmt, wie dies geschieht.

Der Konsens wird im Proof-of-Authority-System durch Nodes erreicht. Man kann innerhalb des PoA-Systems als Node fungieren, indem man aufgrund seiner Reputation ausgewählt wird. Reputation entsteht durch die Verifizierung der eigenen Identität, durch konsequent ehrliches und stabiles Netzwerkverhalten, durch transparente Arbeitsweise und dadurch, dass man innerhalb des Ökosystems als vertrauenswürdige Partei gilt.

Auf Grundlage dieser Reputation werden Nodes ausgewählt, die gemeinsam einen Konsens darüber finden müssen, ob eine Transaktion gültig ist. Anschließend darf einer dieser Nodes den Block erstellen, in dem die Transaktionen verarbeitet werden. Auf diese Weise bleibt die Blockchain funktionsfähig und aktuell.

Die Identität der Nodes ist bei Proof of Authority meist öffentlich. Dadurch kann Missbrauch aufgedeckt und bestraft werden, was das System fair hält. Gleichzeitig bedeutet dies, dass PoA weniger anonym ist als viele andere Blockchain-Lösungen, was für Nutzer und Projekte wichtig ist, die Wert auf Anonymität legen.

Dank des Reputationssystems funktioniert Proof of Authority anders als bekannte Konsensmechanismen wie Proof of Work (PoW) und Proof of Stake (PoS). Blockchains, die diese Mechanismen einsetzen, verlassen sich auf Rechenleistung (Mining) oder finanzielle Einsätze (Staking). Proof of Authority hingegen verlässt sich auf eine begrenzte Anzahl vertrauenswürdiger Validatoren, die aufgrund einer guten Reputation ausgewählt werden.

Wichtigste Erkenntnisse

• Proof of Authority (PoA) ist ein Konsensmechanismus, bei dem Transaktionen von einer kleinen Gruppe vorab ausgewählter, identifizierter Validatoren validiert werden.
• Validatoren werden aufgrund ihrer Reputation, Identität und Zuverlässigkeit ausgewählt, wodurch Missbrauch weniger attraktiv wird und Fehler verantwortlichen Parteien zugeordnet werden können.
• Durch die begrenzte Anzahl von Validatoren kann PoA Transaktionen sehr schnell, günstig und energieeffizient verarbeiten, im Gegensatz zu PoW und PoS.
• PoA wird vor allem in Private Blockchains, Konsortialnetzwerken, Unternehmenslösungen und schnellen Sidechains eingesetzt, bei denen Kontrolle, Skalierbarkeit und Vorhersehbarkeit wichtiger sind als maximale Dezentralisierung.
• Der Nachteil von PoA ist, dass es weniger dezentralisiert ist und anfälliger für Machtkonzentration oder Kollusion zwischen Validatoren sein kann.

Wie funktioniert Proof of Authority (PoA)?

Proof of Authority (PoA) funktioniert durch die Auswahl einer kleinen Gruppe vorab genehmigter Validatoren aufgrund ihrer Reputation und Identität. Das bedeutet, dass das System festlegt, welche Unternehmen oder Personen als Node fungieren und Transaktionen validieren dürfen und letztlich einen neuen Block zur Blockchain hinzufügen können. Im Gegensatz zu Proof of Stake, bei dem der finanzielle Einsatz im Mittelpunkt steht, setzen Validatoren im PoA-System vor allem ihre echte Identität, Reputation und Verantwortung aufs Spiel. Das macht Missbrauch weniger attraktiv und sorgt für ein zuverlässiges Netzwerk mit geringem Rechenaufwand.

Wie genau der Prozess abläuft, hängt von der jeweiligen Blockchain ab. Die spezifischen Schritte können variieren, aber dies sind die Kernschritte:

• Identitätsverifizierung
  Um als Node fungieren zu können, muss man einen strengen Identitätsprüfungsprozess durchlaufen, etwa ein KYC- oder KYB-Verfahren, bei dem Identität, Zuverlässigkeit und Hintergrund überprüft werden. So wird festgestellt, ob ein Validator vertrauenswürdig ist.
• Zuweisung von Validierungsrechten
  Nach erfolgreichem Abschluss des Verifizierungsprozesses erhält der neue Validator Zugang zu einem Node und kann mit der Validierung von Transaktionen beginnen. Eine wichtige Voraussetzung ist, dass der Validator seine Server gut pflegt, um weiterhin sicher validieren zu können. Das bedeutet regelmäßige Software-Updates der Node. So bleibt das System sicher und die Kontinuität des Netzwerks wird gewährleistet.
• Rotation oder feste Reihenfolge
  Auf Basis eines festen oder algorithmischen Schemas werden Validatoren ausgewählt, um neue Blöcke zu produzieren. In der Praxis schlägt oft ein Validator einen Block vor, während andere Validatoren den Vorschlag überprüfen und genehmigen. Dies geschieht häufig über ein BFT-ähnliches System, bei dem die Mehrheit zustimmen muss, um Konsens zu erreichen. Die genauen Bedingungen können je nach System variieren.
• Reputation als Sicherheit
  Da die Identität der Validatoren bekannt ist, ist das Risiko gering, dass sie versuchen, das System zu betrügen. Ihre Reputation steht schließlich auf dem Spiel. Fehlverhalten, Missbrauch oder das Verursachen von Störungen kann zu Sanktionen führen, etwa dem Verlust des Validatorstatus oder sogar vollständigem Ausschluss. Dies motiviert Validatoren, zuverlässig und sicher zu handeln.

Effizient, schnell und zuverlässig

Durch die Kombination aus Reputation, Automatisierung und Identitätskontrolle ist PoA ein schnelles, energieeffizientes und zuverlässiges System. Der Validierungsprozess verläuft sehr effizient, da im Voraus bereits eine ausgewählte Gruppe von Validatoren bestimmt wurde. Besonders im Vergleich zu Proof of Work, bei dem Tausende unbekannte Computer komplexe Berechnungen durchführen, ist dies ein energie- und kostenintensiver und im Allgemeinen weniger effizienter Prozess.

Auch im Vergleich zu Proof of Stake, bei dem Teilnehmer finanzielle Einsätze riskieren, ist PoA effizienter: Validatoren müssen keine großen Mengen an Tokens hinterlegen, sondern nutzen ihre Identität und Reputation als Sicherheit. Dies macht PoA besonders geeignet für Netzwerke, die hohe Leistung erfordern, aber dennoch kontrollieren möchten, wer das Netzwerk verwaltet.

Warum werden Transaktionen innerhalb von Proof of Authority validiert?

Parteien möchten als Node in einem Proof-of-Authority-Netzwerk fungieren, weil dies verschiedene Vorteile bietet. Diese Vorteile hängen vom jeweiligen Netzwerk ab, umfassen jedoch häufig:

• Anreize: Nodes erhalten finanzielle Belohnungen wie Block Rewards oder einen Teil der Transaktionsgebühren, ausgezahlt in Tokens.
• Einfluss innerhalb des Netzwerks: Nodes erhalten Einfluss, beispielsweise Stimmrechte über neue Vorschläge, wenn das Netzwerk über ein Governance-System verfügt. So können Nodes bei Entscheidungen über die Zukunft des Projekts mitwirken.
• Stärkung ihrer Reputation: Das erfolgreiche Validieren von Transaktionen verbessert die Zuverlässigkeit und Reputation eines Validators, wodurch die Wahrscheinlichkeit steigt, erneut ausgewählt zu werden.
• Reputation als Unternehmen: Die Teilnahme als Validator zeigt, dass ein Unternehmen zuverlässig und professionell innerhalb des Kryptosektors agiert, was für Partner, Kunden und Investoren attraktiv sein kann.

Wo wird Proof of Authority eingesetzt?

Proof of Authority (PoA) wird von Blockchains verwendet, die hohe Skalierbarkeit, Vorhersehbarkeit und Zuverlässigkeit benötigen. Bei PoA verlassen sich Blockchains auf eine begrenzte Anzahl vorab genehmigter Validatoren, im Gegensatz zu Netzwerken wie Bitcoin, in denen Tausende anonymer Nodes aktiv sind. Dadurch kann ein PoA-Netzwerk schneller und effizienter arbeiten, ist jedoch weniger dezentralisiert.

Proof of Authority eignet sich unter anderem für:

• Private und Konsortium-Blockchains
  PoA wird häufig in geschlossenen oder halbgeschlossenen Blockchains wie privaten oder Konsortium-Netzwerken verwendet. In diesen Systemen bestimmen eine oder mehrere ausgewählte Organisationen, wer Validator sein darf. Da Validatoren im Voraus bekannt und verifiziert sind, ist klar, wer für die Blockproduktion und Governance verantwortlich ist. Durch die begrenzte Anzahl von Validatoren kann das Netzwerk Transaktionen schnell und effizient verarbeiten.
• Unternehmen und Institutionen
  PoA-Blockchains eignen sich für Unternehmen, die eine zuverlässige, kontrollierbare und rechtlich verantwortbare Infrastruktur benötigen. In Branchen wie Transport und Logistik kann ein PoA-Modell dazu beitragen, Supply-Chain-Prozesse auf der Blockchain zu dokumentieren. Dies sorgt für Transparenz, klare Verantwortlichkeiten und verringert das Risiko von Betrug oder Datenmanipulation, da Validatoren identifizierbar sind.
• Schnelle und kostengünstige Transaktionsnetzwerke
  PoA ermöglicht schnelle, kostengünstige und vorhersehbare Transaktionen, da nur eine kleine Gruppe von Validatoren Blöcke verarbeitet. Daher wird PoA häufig von Sidechains, Testnets und einigen Layer-2-Ökosystemen verwendet, bei denen Skalierbarkeit wichtiger ist als vollständige Dezentralisierung. Diese Netzwerke nutzen PoA, um Transaktionen effizient abzuwickeln, ohne von großen Mengen anonymer Validatoren abhängig zu sein.

Welche Kryptowährungen verwenden Proof of Authority (PoA)?

In der Kryptobranche gibt es mehrere große Projekte, die Proof of Authority vollständig oder teilweise innerhalb ihres Ökosystems verwenden, zum Beispiel:

• VeChain (VET) - VeChain ist eine Blockchain, die sich auf die Tokenisierung von Geschäftsprozessen konzentriert, beispielsweise im Supply-Chain-Management. Ein Beispiel: Bei der Herstellung einer Tasche kann jeder Schritt im Produktionsprozess über QR-Codes und IoT-Sensoren auf der Blockchain dokumentiert werden. So kann der gesamte Weg von der Rohstoffgewinnung bis zur Lieferung an den Endnutzer effizient und transparent nachverfolgt werden. Das Netzwerk verwendet eine PoA-Variante namens PoA 2.0. In diesem Konsensmechanismus sind sogenannte Authority Masternodes für die Validierung der Blöcke verantwortlich. Diese Masternodes werden im Voraus streng nach Identität, Reputation und Zuverlässigkeit ausgewählt. Durch diese kontrollierte Validatorengruppe kann VeChain hohe Transaktionsgeschwindigkeiten, stabile Finalität und Sicherheit auf Enterprise-Niveau bieten.
• Binance Smart Chain (BSC) - Die Binance Smart Chain ist eine Smart-Contract-Plattform, die einen hybriden Konsensmechanismus namens Proof of Staked Authority (PoSA) verwendet. Dieser Mechanismus kombiniert Proof of Stake mit Elementen von Proof of Authority. Die Proof-of-Stake-Komponente bestimmt, welche Kandidaten als Validator infrage kommen, basierend auf der Menge an gestaktem BNB und ihren technischen Leistungen. Die Proof-of-Authority-Komponente stellt sicher, dass nur eine begrenzte, vorab genehmigte Gruppe von Validatoren tatsächlich Blöcke produzieren darf, was die Sicherheit und Stabilität des Netzwerks erhöht. Täglich wird ein Set von 21 Validatoren aktiviert, das für die Validierung von Transaktionen und neuen Blöcken verantwortlich ist. Diese Kombination führt zu schnellen Blockzeiten, niedrigen Transaktionskosten und einem effizienten Netzwerk, bedeutet jedoch, dass BSC weniger dezentralisiert ist als Plattformen wie Ethereum.

Vor- und Nachteile von Proof of Authority

Proof of Authority bringt viele Vorteile mit sich, hat jedoch auch einige Nachteile.

Vorteile:

• Hohe Transaktionsgeschwindigkeit
  Durch die begrenzte Anzahl der Validatoren können Blöcke schnell und kostengünstig erstellt werden.
• Geringer Energieverbrauch
  Keine hohe Rechenleistung erforderlich wie bei PoW.
• Zuverlässigkeit
  Validatoren sind bekannt und kontrollierbar, wodurch weniger Betrug oder andere Missbrauchsrisiken bestehen.
• Skalierbarkeit
  Sehr geeignet für große Unternehmen und Anwendungen mit vielen Transaktionen.

Nachteile:

• Weniger Dezentralisierung
  Eine kleine Gruppe von Validatoren bedeutet mehr Zentralisierung als bei anderen Blockchain-Netzwerken wie Bitcoin oder Ethereum.
• Potentielles Risiko von Kollusion
  Wenn mehrere Validatoren zusammenarbeiten, könnte das Netzwerk manipuliert werden.
• Weniger geeignet für vollständig offene, permissionless Blockchains
  Die erforderliche Identitätskontrolle passt nicht zu Blockchains, bei denen Anonymität ein Kernwert ist.

Fazit

Proof of Authority bietet einen effizienten, energieeffizienten und zuverlässigen Konsensmechanismus für Blockchains, die Wert auf Geschwindigkeit, Stabilität und klare Governance legen. Da Validatoren im Voraus anhand ihrer Identität und Reputation ausgewählt werden, können PoA-Netzwerke Transaktionen äußerst schnell und konsistent verarbeiten, ohne die hohen Kosten oder die Komplexität anderer Konsensmodelle. Gleichzeitig bringt dieser Ansatz weniger Dezentralisierung mit sich, weshalb PoA besonders für private Blockchains, Konsortialnetzwerke und Unternehmenslösungen geeignet ist, in denen Kontrolle und Verantwortlichkeit zentral sind. Für vollständig offene und permissionless Umgebungen ist PoA weniger geeignet, kann jedoch im richtigen Kontext eine leistungsstarke und skalierbare Lösung bieten.