Was ist Proof-of-Stake (PoS) und wie funktioniert es?

Was ist Proof-of-Stake (PoS)?

Proof-of-Stake (PoS) ist ein Blockchain Konsensmechanismus, der das Netzwerk synchron hält, indem er gestakte Tokens als wirtschaftliches Pfand verwendet, anstatt energieintensive Rechenleistung.

 

In einem PoS-System sperren Teilnehmer, auch bekannt als Validatoren, das native Token des Netzwerks, um das Recht zu verdienen, Transaktionen zu bestätigen und neue Blöcke zur Kette hinzuzufügen. 

 

Die Hauptidee ist einfach: Das Netzwerk bleibt sicher, weil Validatoren ein Eigeninteresse haben, sodass ehrliches Verhalten belohnt wird, während schlechtes Verhalten bestraft werden kann, manchmal durch den Verlust eines Teils des Einsatzes.

 

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Wie funktioniert PoS?

PoS hält die Blockproduktion fair und sicher, indem es die Aufgaben der Validatoren durch einen regelbasierten Auswahlprozess rotiert und dann unabhängige Überprüfungen von anderen Validatoren erfordert, bevor etwas finalisiert wird. 

 

Dies sind die 4 wichtigsten Schritte im PoS-Prozess:

 

1. Staking: Validatoren müssen eine bestimmte Menge an Kryptowährung als Einsatz sperren. Dieser Einsatz dient als Pfand und Anreiz für ehrliches Verhalten im Netzwerk.
   
   

2. Validierung: Validatoren werden ausgewählt, um neue Blöcke vorzuschlagen und zu überprüfen, basierend auf der Größe ihres Einsatzes und in einigen Fällen anderen Faktoren wie Zufälligkeit. Je höher der Einsatz, desto größer die Chance, ausgewählt zu werden.
   
   

3. Konsens: Sobald ein Block vorgeschlagen wird, überprüfen andere Validatoren seine Gültigkeit. Wenn er genehmigt wird, wird der Block zur Blockchain hinzugefügt, und der Validator, der den Block vorgeschlagen hat, erhält Belohnungen.
   
   

4. Strafen: Validatoren, die böswillig handeln oder ihre Aufgaben nicht erfüllen, riskieren, einen Teil ihrer gestakten Mittel zu verlieren. Dies hilft, die Integrität des Netzwerks zu schützen.

 

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Vorteile von PoS

1. Energieeffizienz
   PoS wird weithin als energieeffizienter Konsensmechanismus beschrieben, da es ein Blockchain-Netzwerk durch Staking und Validator-Anreize sichert, nicht durch energiehungrige Mining-Hardware. Ethereum's Umstellung auf PoS reduzierte den Energieverbrauch des Netzwerks um etwa 99,95%, weshalb PoS oft als sauberere Alternative zu Proof-of-Work (PoW) für groß angelegte Netzwerke dargestellt wird.
   
   

2. Skalierbarkeit und Leistung
   PoS-Blockchains sind oft darauf ausgelegt, die Skalierbarkeit zu verbessern, indem sie eine schnellere Blockproduktion, schnellere Bestätigungen und flexiblere Upgrade-Pfade unterstützen.
   
   Forschung und Protokolldokumentation zu modernen PoS-Designs betonen, dass die Beseitigung des Mining-Wettbewerbs es einfacher machen kann, die Leistung für einen höheren Transaktionsdurchsatz und reibungslosere Netzwerkoperationen zu optimieren. 

3. Zugänglichkeit
   PoS senkt die Eintrittsbarriere, da das Validieren keine spezialisierten Mining-Rigs erfordert. Stattdessen können Benutzer Tokens direkt staken oder an Validatoren delegieren, was das "Staking" zu einem zugänglicheren Einstieg in die Netzwerksicherheit macht als das Mining. 

Einschränkungen von PoS

1. Vermögenskonzentration und Zentralisierungsrisiko
   Da der Einfluss von Validatoren häufig nach Einsatz gewichtet wird, kann PoS zur Zentralisierung neigen, wenn sich der Einsatz auf eine kleine Gruppe von Validatoren oder großen Betreibern konzentriert.
   
   Polkadots Dokumentation weist ausdrücklich auf Zentralisierungsdruck als bekanntes Risiko in traditionellen PoS-Modellen hin, weshalb viele Netzwerke Designentscheidungen treffen, um eine breitere Teilnahme zu fördern. 

2. Anfängliche Verteilung und frühe Kontrolle
   Die anfängliche Token-Verteilung eines PoS-Netzwerks ist wichtiger, als viele zugeben möchten. Wenn die anfängliche Versorgung ungleich verteilt ist, kann die Stimmkraft und der Validierungseinfluss strukturell unausgewogen werden, insbesondere in den frühen Jahren einer Kette.
   
   

3. Sicherheitsmodell-Abwägungen
   PoS verändert die Angriffsfläche. Akademische Arbeiten zu PoS-Sicherheit diskutieren "Langstreckenangriffe" als eine Risikoklasse, wenn einem Protokoll starke Finalität und Checkpointing-Stil-Schutzmaßnahmen fehlen. Die gute Nachricht ist, dass viele PoS-Designs Gegenmaßnahmen enthalten, aber es bleibt eine zentrale Sicherheitsüberlegung bei der Bewertung einer PoS-Kette. 

 

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Warum ist PoS besser als Proof-of-Work (PoW)?

Proof of Work (PoW) sichert eine Blockchain durch Mining, was bedeutet, dass die Netzwerksicherheit an kontinuierlichen Energieverbrauch gebunden ist. PoS hingegen sichert das Netzwerk durch Staking und Validator-Ökonomie, weshalb Forschungs- und Protokollteams PoS oft als energieeffizienteren Weg zur Skalierung einer Blockchain positionieren, ohne Elektrizität in ein Geschäftsmodell zu verwandeln. 

 

Laut Ethereum.org hat Ethereum seine PoS-Umstellung am 15. September 2022 abgeschlossen und behauptet eine Energieeinsparung von etwa 99,95% nach dem Wechsel.

 

Führende PoS-Netzwerke umfassen jetzt Ethereum, Cardano (Ouroboros PoS), Solana (PoS verwendet neben Proof of History), Polkadot (Nominated Proof of Stake) und Avalanche (Validatoren staken AVAX). 

 

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