Was ist Proof of Work?

Proof of Work in der Blockchain

Proof of Work ist ein dezentraler Konsensmechanismus, der von verschiedenen Blockchains eingesetzt wird, um Kryptowährungen zu minen. Er fußt darauf, dass die Netzwerkteilnehmer eine mathematische Aufgabe lösen müssen, um die Transaktion zu bestätigen. Dabei werden neue Coins generiert.

Als Ein-Rang-Methode zur Bearbeitung von Transaktionen gewährleistet Proof-of-Work die gleichen Rechte für alle Netzwerkteilnehmer, dezentrale Verteilung von Daten unter ihnen und maximalen Schutz gegen Betrug und Hacker-Attacken. Dank Proof-of-Work müssen die Teilnehmer keine Dritten aufsuchen, um die Transaktionen durchzuführen und zu validieren.

Die Geschichte der Proof-of-Work-Methode

Obwohl Proof-of-Work (PoW) fast immer mit Bitcoin in Verbindung gebracht wird und 2008 gerade dank dieser Kryptowährung so bekannt wurde, als jemand mit dem Decknamen Satoshi Nakamoto das sogenannte White Paper für Bitcoin veröffentlichte, ist der PoW-Algorithmus in Wirklichkeit wesentlich älter. In der IT-Welt war dieses Konzept schon seit Anfang der 1990-er Jahre bekannt. Besonders aktiv wurde es 1999 benutzt, nachdem die Programmierer Markus Jakobsson und Ari Juels ihn in ihren Artikeln erwähnt hatten.

Einige Jahre später, und zwar 2004, hat Hal Finney das PoW-Konzept den Anforderungen an die Sicherheit der digitalen Investitionen dadurch angepasst, dass sein Mechanismus mit dem Hashing-Algorithmus SHA-250 verstärkt wurde. Gleich nach der Entstehung des Bitcoins, der Proof of Work hauptsächlich als Sicherheitsinstrument eingesetzt hat (je mehr Blöcke die Miner in die Blockchain eingefügt haben, desto stabiler ist sie), ist PoW sehr schnell zum dominierenden Algorithmus auf dem Markt geworden. Übrigens: ausgerechnet Hal Finney war es, der als erster eine Bitcoin-Transaktion abgewickelt hat. Deshalb kann man behaupten, dass der erste praktische Einsatz von PoW unter seiner Kontrolle abgelaufen ist.

Wie funktioniert Proof of Work?

Proof-of-Work bedeutet folgendes: Miner beweisen dem jeweiligen Blockchain-Netzwerk, dass sie die Arbeit geleistet haben, die erforderlich war, um einen Transaktionsblock zu erzeugen und ihn dem Register zuzufügen. Vom Standpunkt der Miner aus umwandeln sie mithilfe der Rechenleistung ihrer technischen Anlage die Elektroenergie in die Suche nach Blöcken und in die Lösung von kryptografischen Aufgaben. Dadurch werden sie zu einer Art Triebkraft für das gesamte Netzwerk und für die darin stattfindenden Operationen. Als Belohnung erhalten die Miner dafür neue Coins, verdienen Kryptowährung und erhöhen dadurch ihre Einnahmen.

Das Mining durch PoW ist im Grunde genommen ein Wettbewerb, in dem jeder Miner bemüht ist, das kryptografische Puzzle als erster zu lösen, weil er dadurch die Möglichkeit bekommt, der Blockchain einen neuen Block hinzuzufügen, eine Transaktion vorzunehmen und dafür belohnt zu werden. Der Miner, der als erster damit fertig wird, ist sozusagen der Sieger im mathematischen Rennen. Die Belohnung steht ihm allerdings erst dann zu, wenn seine Rechnung vom PoW-Protokoll auf Echtheit und Richtigkeit geprüft worden ist.

Mining stellt eine kolossale Arbeit mit Ziffern dar. Diese Arbeit wird an Computern und Anlagen durchgeführt, die mit dem Netz verbunden sind. Bevor der Miner den richtigen Hash entdeckt und die Aufgabe gelöst hat, unternimmt der Computer Tausende von Versuchen und macht viele Code-Fehler. Je leistungsfähiger der Computer ist, und je mehr Video-Karten mit hoher Leistungsfähigkeit in den Prozess einbezogen werden, desto mehr Hashs entdeckt der Miner, und desto mehr Kryptowährung verdient er.

Proof-of-Work ist einer Lotterie sehr ähnlich, weil die Miner bei ihren Versuchen viele Probe-Blöcke erzeugen und warten, bis einer davon die Netzwerkbedingungen erfüllt. Oft vergleicht man diesen Mechanismus mit der Suche nach Diamanten in der Diamantenmine: Um viel Ausbeute zu haben, braucht man eine super moderne Ausrüstung. Aber auch dann stößt man auf viel Abfallgestein, bis etwas wirklich Wertvolles entdeckt wird.

Außerdem hat das Proof-of-Work-System eine Funktion, mit dem das Arbeitsverfahren komplizierter oder einfacher gemacht werden kann. Wenn die Blöcke zum Beispiel zu aktiv erzeugt werden und das Netzwerk kurz vor einem Zusammenbruch steht, werden die Algorithmen und die Erzeugungsbedingungen schwieriger gemacht, damit die Miner mehr Zeit aufbringen müssen. Genauso kann das andersherum funktionieren.

Proof of Work: Vor- und Nachteile

Zu den unbestrittenen Vorteilen des Proof-of-Work-Mechanismus gehören folgende:

• Ein Höchstmaß an Sicherheit. Dadurch, dass immer neue Blöcke erzeugt werden und das Netzwerk sich ständig weiterentwickelt, sind weder DDoS noch schwerere Hacker-Angriffe in der Lage, das Blockchain-System zu unterminieren und die Daten zu fälschen. Gerade deshalb funktioniert der Bitcoin schon seit mehr als zehn Jahren so zuverlässig.
• Hohe Einnahmen. Wenn die Anlage genug Leistung aufbringt oder wenn die Miner sich zu Gemeinschaften (Pools) vereinigen, können sie sich stabile passive Einnahmen in Form von Kryptowährungen sichern.
• Dezentralisierung. Im PoW-Mechanismus ist die Dominanz eines oder mehrerer Spieler unmöglich. Alle Teilnehmer haben immer die gleichen Rechte und Chancen.

Andererseits entpuppen sich diese Vorteile mitunter auch als Nachteile, die das Bestehen des Proof-of-Work-Protokolls sogar in Frage stellen:

• Zu hoher Energieverbrauch. Laut einer Studie der University of Cambridge verbrauchen die Miner in der ganzen Welt jährlich so viel Energie wie das gesamte Land Argentinien.
• Umweltschäden und weltweite Ächtung. Als Folge des vorherigen Punktes fügt das Mining der Umwelt einen unwiederbringlichen Schaden zu. Dafür wird es in den Ländern Europas heftig kritisiert, und in einigen Ländern ist es sogar gänzlich verboten, wie zum Beispiel in China.

• Teures Equipment. Um Mining ernsthaft zu betreiben und ein wirklich stabiles Einkommen zu gewährleisten, muss man ein solides Budget für den Erwerb der ASIC-Graphikkarten oder zumindest ihres Cloud-Äquivalents aufbringen.
• Zu hohe Gebühren bei geringer Geschwindigkeit von Transaktionen. Dieses Manko ist nicht allen Blockchains auf PoW-Basis eigen. Trotzdem ist es bei vielen davon zu verzeichnen, was ziemlich einfach zu erklären ist: je mehr Miner an der Generierung von Blöcken teilnehmen, desto höher ist die Konkurrenz und desto schlechter die Bedingungen für jeden einzelnen.

Proof of Work vs Proof of Stake

Proof-of-Work gilt als der älteste und bewährteste Konsensmechanismus im Bereich der Kryptowährungen, weil seine erste Alternative, und zwar Proof of Stake (PoS), die man auch als Minting oder Staking bezeichnet, erst 2012 erschienen ist, gleichzeitig mit dem Start des Peercoin-Systems. Die PoS-Nutzer nennt man Validierer. Sie werden nicht für die geleistete Arbeit belohnt, sondern für die ursprüngliche Coinmenge, die sie auf dem Konto deponieren und im Netzwerk einfrieren.

Der größte Unterschied zwischen Proof of Work und Proof of Stake besteht darin, dass PoS keine leistungsfähigen technischen Anlagen benötigt und nicht viel Elektroenergie verbraucht. Diese Methode lässt sich leicht vervielfältigen und bearbeitet die Transaktionen nicht nur viel schneller, sondern auch viel kosteneffizienter. Deshalb ist PoS in der heutigen Situation viel attraktiver als PoW. Darüber hinaus ist PoS umweltfreundlich und einfach zu handhaben. Das bedeutet, dass diese Methode einer großen Menge von Nutzern zugänglich ist und der Kryptobranche helfen kann, endlich eine Brücke zur traditionellen Wirtschaft zu schlagen.

Ernstzunehmende Nachteile hat Proof-of-Stake so gut wie nicht, außer dem Umstand, dass Proof of Work als sicherer gilt. Aber dieses Problem lässt sich durch zusätzliche Verschlüsselungsalgorithmen und kalte Wallets leicht lösen.

Alternativen zu Proof of Work

Neben der bereits beschriebenen Proof-of-Work-Methode gibt es auch alternative Mechanismen dazu:

• Proof of Authority. Um Validierer zu werden, muss der Nutzer zuerst einen guten Ruf erlangen, was ziemlich aufwändig ist. Das motiviert ihn aber, sich an seinen Platz zu klammern und an Transaktionen aktiv zu beteiligen, weil ein Verstoß gegen die Netzwerkbedingungen den Verlust aller bisher gesammelten Reputationspunkte nach sich zieht.
• Proof of Weight. Diese Konsens-Art hat mehrere Varianten. Aber jede davon erfasst in der Regel den Umfang der Nutzerdaten, das heißt, die Menge der Kryptowährung im Netzwerk. Daraus folgt: je größer die Netzwerk-Ersparnisse des Nutzers sind, desto schneller wächst sein Kontostand. Das ist ein sehr flexibler und leicht einstellbarer Mechanismus, deshalb verbreitet er sich sehr gut. Aber er bietet leider keine zuverlässigen Methoden für die Nutzerstimulierung.
• Delegated Proof of Stake (DPoS). Ausgehend von der Definition dieses Mechanismus stimmen die Nutzer nicht für die Echtheit des Blocks, sondern für die Kandidaten, die diese Echtheit in ihrem Namen prüfen sollen. Das ist ähnlich wie bei den Präsidentschaftswahlen: bei EOS zum Beispiel kann es nur 21 Kandidaten geben, die im Netz aus tausend Freiwilligen ausgewählt werden und sich regelmäßig abwechseln. Wenn der ausgewählte Delegierte es nicht geschafft hat, den Block und die Wirksamkeit der Transaktion zu validieren, wird er sofort durch einen anderen ersetzt. Die wichtigste Besonderheit der delegierten Validierung besteht darin, dass sie nicht auf dem Wettbewerb wie bei PoW, sondern auf der Zusammenarbeit fußt. Das spart den Teilnehmern viele Ressourcen und erhöht die Energieeffizienz der Stakes.

Die besten Coins für Mining auf Proof-of-Work-Basis

Da Proof of Work als erster Konsensmechanismus indirekt sozusagen der Urheber des Bitcoins ist, wird gerade dieses Protokoll immer noch von den meisten Kryptowährungen genutzt. Die bekanntesten und zuverlässigsten davon sind folgende:

• Bitcoin. Das beste PoW-Beispiel, das unbedingt in der Hitliste ganz oben stehen muss. Dieser Coin, der 2009 gestartet wurde, gilt immer noch als unerreichbarer Marktführer und erhält ein relativ hohes Preisniveau gegenüber der Konkurrenz aufrecht.
• Litecoin. Einer der ersten Altcoins, der 2011 auf der Grundlage des Bitcoin-Codes gegründet wurde. Er hat eine hohe Transaktionsgeschwindigkeit und zeichnet sich durch eine ebenso hohe Stabilität aus.
• Dogecoin. Das ist die sogenannte „Meme-Kryptowährung“, die 2013 ursprünglich als Gag erschienen ist, am Ende jedoch eine ziemlich feste Position auf dem Krypto-Markt eingenommen hat – auch wenn ihre Kennwerte nicht ganz hervorragend sind.

In dieser Liste könnte auch die Kryptowährung Ethereum stehen. Das ist der wichtigste Konkurrent von Bitcoin mit einer beachtenswerten Marktkapitalisierung, der einen guten Wechselkurs, eine eigene Blockchain und ein ganzes Ökosystem von Projekten aufweist. Zurzeit ist aber schon die Neufassung von Ethereum 2.0 auf der Proof-of-Stake-Basis erschienen. Deshalb zweifelt man derzeit daran, ob dieser Altcoin immer noch zur Liste der besten Proof-of-Work-Coins gehören soll.