Warum Proof-of-Work ein überlegener Konsensmechanismus für Bitcoin ist

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Es gab unzählige Argumente um den Proof-of-Work (PoW) und den Proof-of-Stake (PoS) als Mittel, um einen Konsens über ein Blockchain-Netzwerk zu erzielen.

Viele Leute haben sich gefragt, was besser ist und warum? In diesem Artikel gehe ich auf einige der wichtigsten Vor- und Nachteile der einzelnen Konsensverfahren ein.

Tauchen wir ein.

Was ist ein Proof-of-Work (PoW)?

Proof-of-Work ist ein dezentraler Konsensmechanismus, der erstmals von Bitcoin (BTC) eingeführt wurde. Wir werden das Bitcoin-Netzwerk als Beispiel verwenden, um den Proof-of-Work-Konsensmechanismus zu verstehen.

Das Bitcoin-Netzwerk erfordert im Wesentlichen, dass Mitglieder Rechenleistung wie Grafikprozessoren beisteuern, um willkürliche mathematische Rätsel zu lösen und zu verhindern, dass jemand die Kontrolle über das System erlangt oder es manipuliert.

Jede Transaktion, die stattfindet, wird validiert, bevor sie der Blockchain hinzugefügt wird. Jeder Block wird dann von den Bergleuten validiert, die BTC-Token als Belohnung erhalten, wenn sie die „Arbeit“ durch ihre Verarbeitungseinheiten geleistet haben. Daher wird dies als Proof-of-Work bezeichnet.

Der Proof-of-Work-Konsensmechanismus hat sich bewährt. Dieser Konsensmechanismus hat seit Jahren Milliarden von Transaktionen auf der Bitcoin-Blockchain erfolgreich validiert und seine Authentizität und Zuverlässigkeit als der sicherste und dezentralisierteste Konsensmechanismus, der bis heute geschaffen wurde, bewahrt.

Was ist Proof-of-Stake (PoS)?

Proof-of-Stake (PoS) ist ein Konsensmechanismus, der in Blockchain-Netzwerken verwendet wird und als Alternative zur PoW-Methode zur Validierung von Transaktionen entwickelt wurde.

Bei diesem Mechanismus können Kryptowährungsbesitzer Blocktransaktionen basierend auf der Anzahl der Münzen validieren, die der Validator einsetzt (anstatt dass Miner sie validieren). Daher wird dies Proof-of-Stake (PoS) genannt.

Die Validatoren in PoS werden zufällig ausgewählt. Um ein Validator zu werden, muss man eine bestimmte Menge an Kryptowährungstoken einsetzen, die von dieser bestimmten Blockchain benötigt wird.

Es gibt mehrere Varianten von PoS, wie z. B. Delegated-Proof-of-Stake (DPoS) usw. Diese wurden in verschiedenen Blockchain-Netzwerken entwickelt und implementiert, aber sie funktionieren alle größtenteils auf ähnliche Weise.

Wenn ein Transaktionsblock zur Verarbeitung bereit ist, wählt das Protokoll der Kryptowährung einen Validator aus, um den Block zu überprüfen. Der Validator prüft dann, ob die Transaktionen im Block vollständig korrekt sind, und wenn sie die Prüfungen bestehen, wird der Block zur Blockchain hinzugefügt.

Im Gegenzug wird der Validator für seinen Beitrag in Form von Kryptowährungstoken belohnt.

Wenn ein Validator jedoch einen Block mit ungenauen Informationen vorschlägt, verliert er als Strafe einige seiner gesetzten Token. Dies kann bei PoS passieren, da es keine Hardware gibt, die kryptografische Rätsel löst (anders als bei PoW).

Welcher Konsensmechanismus ist besser und warum?

Sowohl PoW als auch PoS sollen den Knoten in einem Blockchain-Netzwerk dabei helfen, alle auftretenden Transaktionen zu überprüfen.

Sobald sich die Knoten auf die Gültigkeit eines Transaktionsblocks geeinigt haben, werden die Transaktionen der Blockchain hinzugefügt. Beide Modelle bieten unterschiedliche Methoden, um das gleiche Endergebnis zu erzielen.

Proof-of-Work als System zur Validierung von Transaktionen und Sicherung des Blockchain-Netzwerks ist einem Proof-of-Stake (PoS)-Modell jedoch weit überlegen, hat jedoch seinen Preis.

Im Folgenden habe ich erläutert, was PoW im Vergleich zu PoS zu einem überlegenen Konsensmechanismus macht und welche Kosten damit verbunden sind.

Sicherheit und Datenauthentizität

PoW ist aus Sicht der Sicherheit und Datenauthentizität besser als PoS. Dies liegt daran, dass die Daten in PoW mit einer nachgewiesenen Geschichte menschlicher Entscheidungen verbunden sind, die in einem System, das jede einzelne Transaktion überprüft, nicht schummeln können.

Dieses System arbeitet mit 0% Vertrauen, und 100% der Transaktionen werden von den Netzwerkteilnehmern verifiziert und in einem öffentlichen Hauptbuch aufgezeichnet.

PoW ist auch ein hochsicherer Konsensmechanismus, da es das Netzwerk im Laufe der Zeit immer schwieriger macht, bis zu einem Punkt, an dem es unhackbar wird – weil das Netzwerk ständig von seinen Teilnehmern überwacht wird. Diese Teilnehmer haben jetzt Haut im Spiel (da sie „arbeiten“ müssen, um Transaktionen zu lösen). Dies macht das Hacken des Netzwerks extrem teuer.

Andererseits ist der PoS-Konsensmechanismus anfälliger für Hacks und Angriffe.

Theoretisch könnte, wenn ein Netzwerkteilnehmer (oder eine Gruppe von Teilnehmern) an einen Punkt gelangt, an dem er 51 % der gestaketen Coins besitzt, dieser Netzwerkteilnehmer (oder diese Gruppe) im Wesentlichen die gesamte Blockchain kontrollieren und verändern. Dies wird als 51 %-Attacke bezeichnet.

Netzwerkbesitz

Angesichts des Designs des „Mining“, um Belohnungen zu erhalten, ermöglicht das PoW-Modell eine dezentrale Struktur.

Bitcoin ist ein großartiges Beispiel dafür. Das Netzwerk von Bitcoin ist vollständig dezentralisiert. Keine Person, kein Unternehmen oder Land kontrolliert es. Es gehört und wird von Tausenden von Knoten kontrolliert, die das Netzwerk in einem dezentralisierten und gesicherten System betreiben, das von PoW unterstützt wird.

Andererseits ermöglicht PoS eine stärker zentralisierte Struktur. Die Teilnehmer, die mehr einsetzen können (häufig die Reichen), können theoretisch eine größere Kontrolle erlangen, indem sie einfach mehr setzen.

Dies ist ein riskantes Unterfangen, denn wenn eine Gruppe von Teilnehmern schließlich eine Kontrolle von 51 % erreicht, kann sie die Blockchain zu ihrem eigenen Vorteil verändern.

Haben wir nicht schon die Probleme mit dieser Art von System gesehen? Öffnen Sie einfach Ihre Augen und Sie werden sehen, dass wir jetzt schon eine Weile in diesem System leben und schauen, wohin es uns gebracht hat.

Anreizausrichtung und Gerechtigkeit

Das PoW-Modell belohnt Bergleute, wenn sie komplexe mathematische Rätsel lösen – eine Blockbelohnung und in einigen Fällen einen Anteil an den Transaktionsgebühren. Dies fördert das richtige Verhalten, da die Knoten um die Lösung des Rätsels konkurrieren, um die Belohnung zu erhalten.

Das Netzwerk wird immer härter und härter, wodurch sichergestellt wird, dass das Lösen dieser Rätsel immer mehr Rechenleistung erfordert. Dies wiederum macht das gesamte Netzwerk sicherer und teurer für Hacks oder Angriffe.

Wenn der Wert der Kryptowährung steigt, steigt der Wert der Belohnung. Jeder Miner im Netzwerk hat die gleiche Chance, die Belohnung zu verdienen, und sichert damit weiterhin das Netzwerk und macht es robust.

Dieses gesamte Setup fördert das richtige Verhalten und rät vom Forking ab, d. h. der Erstellung einer alternativen Blockchain, wenn das Protokoll aktualisiert wird.

Auf der anderen Seite besteht bei einem PoS-Modell der Anreiz, die Belohnung zu erhalten, darin, einfach mehr zu setzen. Dies führt zu dem Zentralisierungsproblem, bei dem die Teilnehmer mehr einsetzen und möglicherweise eine größere Kontrolle über die Blockchain erhalten. In einer nicht überwachten Blockchain führt dieser Anreiz zu einer größeren Sicherheitsbedrohung mit weniger Dezentralisierung und größerer Anfälligkeit für kostengünstige Angriffe.

Test der Zeit

Das PoW-Modell hat sich bewährt. Das Bitcoin-Netzwerk ist ein großartiges Beispiel dafür.

In den letzten 13 Jahren wurde das Bitcoin-Netzwerk niemals gehackt oder in irgendeiner Form kompromittiert. Es ist das leistungsfähigste Netzwerk der Welt und hat sich im Hinblick auf Netzwerkauthentizität, Zuverlässigkeit und Sicherheit über die Zeit bewährt.

Andererseits sind die Proof-of-Stake-Modelle relativ neu und befinden sich sowohl bei der Einführung als auch bei der Implementierung noch in einem frühen Stadium. Außerdem gibt es ein höheres Maß an Verwirrung in Bezug auf die Machbarkeit einiger dieser Modelle, da immer mehr Variationen auf den Markt kommen, die nicht vollständig getestet wurden.

Energieverbrauch

In der Vergangenheit gab es Argumente dafür, dass PoW-Modelle einen übermäßigen Energieverbrauch erfordern, was zu erhöhten Kosten und Umweltauswirkungen führt.

Das ist wahr. Tatsächlich verbraucht ein PoW-Modell viel mehr Energie als ein PoS-Modell.

Dies liegt daran, dass mit zunehmender Schwierigkeit des Netzwerks immer mehr Rechenleistung benötigt wird, um die Komplexität zu lösen. Dies sind die Kosten für den Betrieb eines hochsicheren Netzwerks.

Ein monetäres Netzwerk, das im Kern Sicherheit braucht, verbraucht Energie. Nehmen wir zum Beispiel Fiat-Währungen. Fiat-Währungen verbrauchen viel mehr Energie als das PoW-Modell, wie es das Bitcoin-Netzwerk verbrauchen würde.

Dies liegt daran, dass herkömmliches Banking, das durch Fiat-Währungen unterstützt wird, auf Papiergeld angewiesen ist, dessen Herstellung Ressourcen erfordert und zu viel Abfall führt. Wenn Sie die Energiekosten von Banken, Bürohochhäusern, Sicherheitstresoren, Sicherheitslastwagen und anderen Gemeinkosten berücksichtigen, zeigt sich, dass das traditionelle Bankensystem weitaus energieverbrauchender ist als Bitcoin.

Ein PoW-Modell, wie das Bitcoin-Netzwerk, benötigt keine physischen Ressourcen zur Produktion, abgesehen von der Rechenleistung, die zur Aufrechterhaltung der Blockchain benötigt wird. Obwohl das Bitcoin-Netzwerk Energie verbraucht, ist es immer noch umweltfreundlicher als das traditionelle Bankwesen und das Fiat-Währungssystem, das wir heute verwenden. Es ist eine viel bessere Lösung und eine Verbesserung des Anwendungsfalls für den Energieverbrauch und ein Upgrade des aktuellen Systems.

Mit anderen Worten, die Verlagerung unseres Geldsystems in das Bitcoin-Netzwerk wird nicht nur effizienter und sicherer, sondern auch ein wesentlicher Schritt im Kampf gegen die globale Erwärmung.

PoW ist ein überlegenes System (wie wir bereits besprochen haben) und es fördert Innovation und Kreativität auch im Bereich des Energieverbrauchs.

Der PoW-Energieverbrauch wurde in den letzten Jahren stark optimiert und nutzt erneuerbare Energien sowie Energie, die sonst verschwendet worden wäre.

Nehmen wir zum Beispiel das Bitcoin-Netzwerk. Laut den Q3 Global Bitcoin Mining Data erfolgt ein Großteil des Bitcoin-Minings durch erneuerbare Energien.

Tatsächlich beträgt der Energieverbrauch des Bitcoin-Minings im Vergleich zur weltweiten Gesamtenergie nur 0,122 %. Dem Bericht zufolge stieg die Bergbaueffizienz im dritten Quartal 2021 um 23 % und der nachhaltige Strommix um 3 %.

Bildquelle: bitcoinminingcouncil.com

Tatsächlich hat sich die Effizienz des Bitcoin-Minings in den letzten sieben Jahren um das 43-fache erhöht. Mit anderen Worten, sein Mining ist jetzt 4.237 % effizienter als vor sieben Jahren.

Dieser Bericht kommt zu dem Schluss, dass der Bitcoin Mining Council eine 3- und 2-fache Verbesserung der Mining-Effizienz in den nächsten vier und den folgenden vier Jahren geschätzt hat.

Es ist also nicht nur heute die effizienteste Nutzung von Energie (für die Anwendung eines Geldsystems), es wird innerhalb der nächsten acht Jahre garantiert dramatisch effizienter sein.

Die Belohnungen für das Schürfen von Bitcoin sind hoch, was die Schürfer dazu anregt, nach alternativen Energiequellen zu suchen, was zu Innovationen bei erneuerbaren Energien führt. Da der größte Teil der Kosten für das Mining von Bitcoin auf Strom entfällt, sind Miner bestrebt, die billigste und sauberste mögliche Quelle zu finden, um den Gewinn zu maximieren.

Tatsächlich könnte man sagen, dass Bitcoin-Mining eine der umweltfreundlichsten Großindustrien weltweit ist. Die meisten der größten Bergbaubetriebe befinden sich in Regionen, in denen erneuerbarer Strom reichlich vorhanden ist. Erneuerbare Energiequellen werden immer beliebter, da sie sauberer und billiger sind als herkömmliche Energieformen.

Viele Experten glauben, dass die Zukunft der erneuerbaren Energien rosig ist und die konventionellen Energieformen irgendwann überholen wird. Bitcoin-Mining führt diese Anklage an.

Der Energieverbrauch von Bitcoin ist angesichts des wirtschaftlichen und sozialen Werts, den es bietet, ein geringer Preis. Bitcoin ist jedes bisschen Energie wert, das benötigt wird, um es am Laufen zu halten.

Fazit

Wenn Sie sich alle Vorteile und Kosten eines PoW-Modells ansehen, stellen Sie fest, dass die Vorteile des PoW-Modells die Kosten bei weitem überwiegen.

PoW ist ein überlegenes System, da es fair und sicher ist und Anreize bietet, die auf das Ziel des Blockchain-Netzwerks abgestimmt sind, jede Transaktion zu sichern.

Der PoW-Energieverbrauch wurde in den letzten Jahren stark optimiert und verwendet erneuerbare Energie oder Energie, die sonst verschwendet worden wäre.

Bitcoin wird durch den PoW-Konsensmechanismus unterstützt und hat sich in den letzten 13 Jahren bewährt. Dies allein ist ein Beweis dafür, wie effektiv und mächtig das PoW-Konsensmodell ist.

Ein Netzwerk, das auf Gerechtigkeit, Sicherheit, Dezentralisierung und einem Proof-of-Work-Konsensmechanismus basiert, ist darauf ausgelegt, erfolgreich zu sein.

Dies ist ein Gastbeitrag von Mir Quadri. Die geäußerten Meinungen sind ausschließlich ihre eigenen und spiegeln nicht unbedingt die von BTC Inc oder Bitcoin Magazine wider.


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