Was ist Proof of Stake und wie funktioniert es?
Was ist Proof of Stake?
Proof of Stake (PoS) ist ein Konsensmechanismus, der von Blockchains verwendet wird, um Transaktionen zu validieren und neue Blöcke durch das Einsetzen (Staking) von Kryptowährungen hinzuzufügen. Dieser Vorgang wird als „Staking“ bezeichnet und ist energieeffizienter als Proof of Work (PoW), der Konsensmechanismus von Bitcoin. PoW ist energieintensiv, da Computer rund um die Uhr komplexe mathematische Probleme lösen müssen. Mit PoS können Nutzer Kryptowährungen über Nodes im Netzwerk einsetzen. Dadurch können Transaktionen verarbeitet werden, ohne dass leistungsstarke Computer erforderlich sind. Je mehr Nodes existieren, desto dezentraler ist das Netzwerk (vorausgesetzt, die Nodes gehören nicht derselben Person).
Wichtigste Erkenntnisse
- Proof of Stake (PoS) ist ein energieeffizienter Konsensmechanismus, der Blöcke auf Grundlage des Einsatzes (Staking) von Kryptowährungen validiert.
- PoS erfordert keine leistungsstarken Computer, sondern verwendet Staking zur Transaktionsvalidierung, zur Hinzufügung neuer Blöcke zur Blockchain und zur Sicherung des Netzwerks.
- Kleinere Nutzer können ihre Token über Staking-Pools an Validatoren delegieren, um Belohnungen zu erhalten.
- Es gibt mehrere Varianten von PoS, wie z. B. Delegated PoS, Bonded PoS, Pure PoS und hybride Formen.
- Große Blockchains wie Ethereum, Cardano, Solana, Cosmos und Algorand nutzen PoS oder eine entsprechende Variante.
- Zu den Vorteilen von PoS zählen Energieeffizienz, Skalierbarkeit und Zugänglichkeit.
Wie funktioniert Proof of Stake?
Proof of Stake arbeitet mit Nodes und Validatoren. Ein Validator ist ein Node, der aktiv an der Validierung von Transaktionen und dem Vorschlag neuer Blöcke teilnimmt. Nicht jeder Node ist ein Validator. Es gibt auch Nodes, die die Blockchain unterstützen, ohne Transaktionen zu validieren. Validatoren werden zufällig auf Grundlage der Menge an eingesetzten Token ausgewählt: Je mehr Token eingesetzt werden, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, einen Block zu validieren. Grundsätzlich kann jeder am Staking teilnehmen, doch einige Blockchains verlangen eine Mindestanzahl an Token, um selbst Validator zu werden.
So funktioniert es: Ein Validator wird durch andere Nodes ausgewählt, um einen Block hinzuzufügen. Zuvor muss der Validator alle Transaktionen validieren und verarbeiten. Danach kann ein neuer Block erstellt und zur Blockchain hinzugefügt werden. Der Validator erhält als Belohnung neue Token – als Anerkennung für die Unterstützung der Netzwerksicherheit und der Transaktionsverifizierung.
Sicherheit von Proof of Stake
Nodes spielen eine zentrale Rolle bei der Sicherung des Netzwerks. Sie überprüfen, ob Validatoren korrekt arbeiten und das Netzwerk nicht manipulieren. Besteht der Verdacht, dass ein Validator böswillig handelt, kann darüber abgestimmt werden. Wenn 51 % der Nodes den Validator für schuldig befinden, wird dieser vom Netzwerk ausgeschlossen. Zudem gibt es oft zusätzliche Strafen. Diese variieren je nach Blockchain, bestehen jedoch meist aus dem vollständigen oder teilweisen Verlust der eingesetzten Token.
Dies ist auch der Grund, warum ein Node mit hohem Einsatz eine größere Chance hat, einen Block zu validieren: Ein hoher Stake bedeutet mehr Risiko und somit ein größeres Interesse an ehrlich getätigten Handlungen. Kritiker bemängeln, dass dies zulasten der Dezentralisierung geht, da hauptsächlich große Validatoren Blöcke hinzufügen dürfen und dadurch mehr Belohnungen erhalten. Außerdem haben große Validatoren bei Abstimmungen im Netzwerk mehr Einfluss.
Staking als kleiner Teilnehmer
Für kleine Teilnehmer ist es oft schwierig, einen eigenen Validator-Node zu betreiben. Es gibt eine starke Konkurrenz durch Nodes mit größerer Kapazität. Die Wahrscheinlichkeit, einen neuen Block validieren zu dürfen, ist gering. Zudem sind technische Kenntnisse erforderlich. Deshalb besteht auch die Möglichkeit, Token an andere Validatoren zu delegieren.
Auf vielen Blockchains kann man Token über einen Staking-Pool an bestehende Validatoren delegieren. Man bleibt Eigentümer der Token, erhöht jedoch durch die Delegation den Einsatz des Validators, was dessen Chancen auf Blockvalidierung erhöht. Im Gegenzug erhält man einen Teil der vom Validator verdienten Belohnungen.
Die Delegation von Token ist jedoch nicht risikofrei. Man leiht dem Validator im Grunde genommen seine Token. Wenn dieser Validator sich als böswillig herausstellt, kann er von den anderen Nodes bestraft werden. Auch die eigenen Token sind dann gefährdet, da man dem Validator vertraut hat.
Daher sollte man immer gründlich recherchieren, bevor man seine Token delegiert. Wichtige Punkte:
- Recherchieren Sie den Ruf des Staking-Pools in der Community.
- Prüfen Sie die Uptime des Validators (läuft der Node zuverlässig?).
- Hat der Validator in der Vergangenheit technische Fehler gemacht und dafür Strafen erhalten?
- Welche Gebühren zahlt der Validator aus (Achtung: Hohe Gebühren bedeuten nicht automatisch hohe Zuverlässigkeit)?
- Wie viele Delegatoren gibt es und wie hoch ist der gesamte Einsatz (ein hoher Stake und viele Delegatoren können ein Zeichen für Zuverlässigkeit und Dezentralität sein)?
Welche Blockchains verwenden den Proof-of-Stake-Algorithmus?
Proof of Stake ist ein sehr beliebter Konsensmechanismus, da er deutlich energieeffizienter und skalierbarer ist als Proof of Work. Viele große Blockchains nutzen daher diese Technologie. Nachfolgend die größten Kryptowährungen, die Proof of Stake (PoS) verwenden:
Ethereum
Das bekannteste Beispiel ist Ethereum. In den ersten Jahren verwendete das Netzwerk noch Proof of Work, später erfolgte jedoch die Umstellung auf Proof of Stake. Im Rahmen des bekannten Ethereum-2.0-Upgrades (eine Reihe bedeutender Updates) wechselte Ethereum mit dem Update „The Merge“ im Jahr 2022 zu Proof of Stake.
Der Grund für den Wechsel: Skalierbarkeitsprobleme führten zu hohen Transaktionskosten für Nutzer (teilweise mehrere hundert US-Dollar) sowie zu niedrigen Transaktionsgeschwindigkeiten.
Cardano
Cardano nutzt ein auf Proof of Stake basierendes Konsensverfahren namens Ouroboros. Charles Hoskinson und sein Team nahmen Änderungen am klassischen PoS vor, um die Sicherheit zu erhöhen.
Solana
Solana kombiniert Proof of Stake mit einem selbst entwickelten Konsensmechanismus namens Proof of History (PoH). Solana ist bekannt für seine hohe Geschwindigkeit, niedrigen Gebühren und ausgezeichnete Skalierbarkeit.
Cosmos
Cosmos verwendet eine Variante namens Tendermint PoS. Dieser Konsensmechanismus kombiniert das klassische PoS-Modell mit Byzantine Fault Tolerance (BFT). Diese sehr skalierbare Variante ist für ihre Geschwindigkeit und Sicherheit bekannt. Cosmos konzentriert sich auf Interoperabilität und fungiert als Verbindung zwischen verschiedenen Netzwerken.
Algorand
Algorand nutzt Pure Proof of Stake und wählt Validatoren zufällig aus, was der Dezentralisierung zugutekommt. Das Netzwerk ist schnell und kann bis zu 1.000 Transaktionen pro Sekunde verarbeiten.
Welche Varianten von Proof of Stake gibt es?
Mittlerweile wurden zahlreiche Varianten von Proof of Stake entwickelt. Jede hat ihre eigenen Merkmale und Vorteile. Nachfolgend die bekanntesten Varianten:
Delegated Proof of Stake (DPoS)
Bei DPoS wählt das Netzwerk durch Abstimmung eine begrenzte Anzahl von Validatoren, die Blöcke hinzufügen dürfen. Das macht das System sehr skalierbar. Die Abstimmenden erhalten einen Teil der Belohnungen, die Validatoren für die Transaktionsvalidierung erhalten. Nachteilig ist, dass DPoS deutlich zentralisierter ist als andere PoS-Mechanismen, da stets dieselben Validatoren die Kontrolle behalten.
Beispiel: Tron
Bonded Proof of Stake
Bei diesem System werden Token für eine bestimmte Zeit festgelegt. Dies nennt man Bonding. Durch das Staking via Bonding unterstützt man das Netzwerk bei der Validierung von Transaktionen und erhält Belohnungen. Zudem erhält man Stimmrechte für wichtige Updates. Je mehr Token eingesetzt werden, desto größer ist das Stimmrecht. Nachteilig ist, dass Token nicht einfach wieder herausgenommen werden können, wodurch bei stark fallenden Preisen ein rechtzeitiger Verkauf unmöglich sein kann.
Beispiel: Cosmos
Pure Proof of Stake
Diese Variante ist besonders auf Dezentralität und Fairness ausgerichtet. Validatoren werden zufällig und anonym ausgewählt. Somit hat jeder die Chance, Transaktionen zu validieren und Belohnungen zu erhalten. Dennoch ist die Wahrscheinlichkeit höher, einen Block zu verifizieren, wenn man mehr Token besitzt.
Beispiel: Algorand
Nominated Proof of Stake (NPoS)
Polkadot verwendet NPoS, ein System, bei dem Nominatoren geeignete Validatoren auswählen. Nominatoren delegieren ihre eingesetzten Token an einen Validator. Je mehr Unterstützung ein Validator erhält, desto größer ist die Chance, dass er einen Block verifizieren darf.
Beispiel: Polkadot
Effective Proof of Stake
Bei dieser Variante erhalten die Staker mit der längsten Aktivität die höchsten Belohnungen. Je länger man aktiv bleibt, desto höher die Erträge. Das macht eine langfristige Beteiligung wirtschaftlich attraktiv.
Beispiel: Harmony
Anonymous Proof of Stake
Bei Anonymous Proof of Stake ist die Identität der Staker anonym. Es kombiniert Datenschutz mit PoS. Der gesamte Prozess – von der Validierung über das Hinzufügen neuer Blöcke bis zur Auszahlung der Belohnungen – ist anonym.
Beispiel: PIVX
Leased Proof of Stake
Diese Form ermöglicht es Nutzern, ihre Token direkt an Validatoren zu verleihen, um am Netzwerk teilzunehmen und Staking-Belohnungen zu erhalten. Die Validatoren bündeln die geleasten Token und verwenden sie zur Blockerstellung. Besonders ist, dass der Validator die Kontrolle hat und eigene Bedingungen festlegen kann. Gleichzeitig können Leaser leicht wechseln, falls die Bedingungen unangemessen sind.
Beispiel: Waves
Hybrid Proof of Stake
Hybrid Proof of Stake kombiniert PoS mit PoW. Dadurch sollen die Sicherheitsvorteile von PoW mit der Skalierbarkeit von PoS vereint werden. Häufig wird PoW zur Blockerstellung und PoS zur Validierung verwendet.
Beispiel: DASH
Secure Proof of Stake
Diese Form wird von Elrond genutzt und wählt Validatoren basierend auf deren Reputation und Einsatz aus. Jeder Staker erhält eine Bewertung, die sich durch das Verhalten verändert. Dadurch wird das System transparent. Schlechtes Verhalten führt zu einer schlechten Bewertung und geringerer Wahrscheinlichkeit, Transaktionen validieren zu dürfen. Manipulation wird streng geahndet.
Beispiel: Elrond
Thresholded Proof of Stake
Dieses System wird vom NEAR Protocol verwendet und schüttet erst dann Belohnungen aus, wenn ein Schwellenwert erreicht wird. Die Schwelle richtet sich nach Netzwerkaktivität und Einsatz.
Beispiel: NEAR
Vor- und Nachteile von Proof of Stake
| Vorteile von Proof of Stake | Nachteile von Proof of Stake |
|---|---|
| Energieeffizienz: PoS erfordert keine energieintensiven Berechnungen. | Zentralisierung: Nutzer mit vielen Tokens haben mehr Einfluss auf das Netzwerk. |
| Skalierbarkeit: Mehr Transaktionen pro Sekunde durch effizientere Validierung. | Lock-up-Perioden: Coins sind während des Stakings oft gebunden. |
| Zugänglichkeit: Teilnahme ohne teure Hardware durch Staking möglich. | |
| Schnellere Finalität: Blöcke werden schnell endgültig bestätigt. | |
| Flexibilität im Design: Innovative Möglichkeiten wie Nominierungen oder Leasing. |
Proof of Stake vs Proof of Work
| Merkmal | Proof of Stake (PoS) | Proof of Work (PoW) |
|---|---|---|
| Validierungsprozess | Validatoren werden auf Basis von Staking ausgewählt | Miner lösen komplexe Rätsel |
| Energieverbrauch | Niedrig | Hoch |
| Hardwareanforderungen | Standard-Computer oder Mobilgerät ausreichend | Spezialisierte Mining-Hardware erforderlich |
| Skalierbarkeit | Oft sehr skalierbar, besonders mit Technologien wie Sharding | Begrenzte Skalierbarkeit aufgrund rechenintensiver Prozesse |
| Zugänglichkeit | Niedrigere Einstiegshürden für die Teilnahme | Teilnahme schwierig durch erforderliches Fachwissen und teure Ausrüstung |
| Sicherheit | Abhängig von der Implementierung | Bewährt, aber anfällig für 51%-Angriffe |
| Beispiele | Ethereum, Cardano, Cosmos | Bitcoin, Dogecoin |
Fazit
Proof of Stake bietet eine effiziente und nachhaltige Alternative zu traditionellen Proof of Work-Systemen. Obwohl das Risiko einer Zentralisierung besteht und Tokens manchmal vorübergehend gebunden sind, ermöglicht es eine breite Teilnahme und ist leicht zugänglich. Darüber hinaus ist PoS sehr skalierbar und kann Transaktionen mit hoher Geschwindigkeit verarbeiten. Durch die vielen Varianten und Anwendungsmöglichkeiten hat sich PoS zu einem wichtigen Fundament in der Welt der Blockchain-Technologie entwickelt.
