Was ist Proof-of-Work?

PoW (Proof of Work) ist einer der grundlegendsten Konsensmechanismen im Blockchain-Bereich. Frühe Blockchain-Projekte wie Bitcoin, Ethereum und Litecoin nutzten das PoW, um die Konsistenz und Manipulationssicherheit der Blockchain sicherzustellen.

Eine einfache Erklärung für PoW ist, dass alle Netzwerkknoten versuchen, dieselbe mathematische Frage zu beantworten. Wer es zuerst herausfindet, kann Transaktionen aufzeichnen und eine entsprechende Auszahlung erhalten (neue Kryptowährung, die von der Blockchain ausgegeben wird).

1993 schlugen zwei Pioniere der Kryptografie, Cynthia Dwork und Moni Naor, das PoW erstmals in einem Papier vor. Im Jahr 2008 wählte Satoshi Nakamoto PoW als Konsensmechanismus für Bitcoin aus. Als der Preis von Bitcoin in die Höhe schoss, wurde die Macht von PoW allmählich von der Welt erkannt. Heute ist PoW zu einem der etablierten Konsensmechanismen geworden.

Am 7. August 2010 veröffentlichte Satoshi Nakamoto im Bitcoin Talk-Forum, dass „Proof-of-Work die schöne Eigenschaft hat, dass er durch nicht vertrauenswürdige Zwischenhändler weitergegeben werden kann“. Proof of Work erfordert viel Energie, was wiederum der Blockchain eine starke Fähigkeit verleiht, Angriffen zu widerstehen. Es ist also extrem kostspielig, Blockchains unter PoW zu manipulieren.

Wie funktioniert PoW?

Um innerhalb eines bestimmten Zeitraums einen Konsens über Transaktionen zu erzielen, verlangt PoW von den Nodes, dass sie an einem Wettlauf um die Abrechnung teilnehmen. Beim Proof-of-Work ist das sogenannte „Work“ eigentlich eine mathematische Berechnung, bei der die Rechenleistung (Hash-Rate) eine entscheidende Rolle spielt.

Die einzige Möglichkeit, das Problem in PoW zu lösen, besteht darin, Rechenleistung aufzubauen und immer wieder zu versuchen, schließlich die einzig richtige Antwort zu finden. Sobald das richtige Ergebnis erreicht ist, kann es von allen Knoten einfach per Broadcast verifiziert werden. Dann werden die Transaktionen auf diesem Block vom gesamten Netzwerk verifiziert. Schließlich geht das Netzwerk in die nächste Wettbewerbsrunde über. Dieser ganze Prozess wird „Mining“ genannt.

Obwohl in jeder Wettbewerbsrunde nur ein Knoten die Belohnungen erhalten kann, ist jede Runde unabhängig voneinander, sodass der Kampf um die Aufzeichnung von Transaktionen eigentlich ein Krieg um die Rechenleistung ist. Je höher die von einem Knoten kontrollierte Hash-Rate ist, desto mehr Belohnungen erhält er. Je größer die Anzahl der Knoten und je mehr Energie das gesamte Netzwerk verbraucht, desto sicherer wird die Blockchain.

PoW ist klar gestaltet und Bitcoin mit PoW ist theoretisch die am stärksten dezentralisierte Kryptowährung. Ohne sie würde ein vertrauenswürdiges Bitcoin-Netzwerk niemals funktionieren.

Vorteile von PoW:

1. Einfach, zuverlässig und einfach zu implementieren.
2. Stark dezentralisiert. Keine zentrale Behörde erforderlich. Knoten können die Blockchain frei betreten und verlassen.
3. Die theoretischen Kosten eines Angriffs sind sehr hoch, was eine PoW-Blockchain sicher und zuverlässig macht. Ein Angreifer, der die Informationen auf der Blockchain manipulieren will, muss mehr als die Hälfte der Rechenleistung des gesamten Netzwerks (51 % der Hash-Rate) kontrollieren.

Nachteile von Pow:

1. Energieintensiv.

Sich nur auf den Computerwettbewerb zu verlassen, macht PoW energieintensiv.

Da die Hash-Rate des Bitcoin-Netzwerks wächst, ist der Energieverbrauch des Bergbaus zu einem globalen Problem geworden. Das Cambridge Centre for Alternative Finance schätzt, dass der weltweite jährliche Stromverbrauch für das Bitcoin-Mining am 10. Mai 2021 149,37 TWh erreichte. Wenn man diese Zahl mit Ländern vergleicht, verbraucht Bitcoin mehr Energie als 100 Länder wie Malaysia und die Ukraine und ist fast gleichauf mit Vietnam, das auf Platz 25 liegt.

Darüber hinaus stammt ein großer Teil des von Bitcoin verbrauchten Stroms aus nicht erneuerbaren Energiequellen wie Kohle, was zu Umweltbedenken geführt hat. Infolgedessen haben mehrere Länder, darunter China, das Bitcoin-Mining vollständig verboten.

1. Ineffizient

Bei PoW dauert es lange, bis Transaktionen auf der Bitcoin-Blockchain bestätigt werden, und der Durchsatz im Netzwerk ist sehr gering.

Aufgrund der von PoW eingestellten Schwierigkeit beträgt die Bitcoin-Blockzeit etwa 10 Minuten, was bedeutet, dass es bis zu einer Stunde (nach etwa 6 Blöcken) dauert, bis eine Transaktion tatsächlich bestätigt wird. Der TPS des Bitcoin-Netzwerks liegt bei etwa 7, was bedeutet, dass nur 7 Transaktionen pro Sekunde verarbeitet werden können.

1. Ausrüstungsbedarf und Zentralisierung

Während in den frühen Tagen von Bitcoin persönliche CPUs die gängigsten Mining-Geräte waren, verschärfte sich mit steigenden Bitcoin-Preisen der Wettbewerb um Rechenleistung. Hochleistungsgrafikkarten und sogar dedizierte ASIC-Miner wurden zum Mainstream des Minings. Da die Ausrüstungsschwelle für das Mining höher wird, kontrollierten professionelle Mining-Pools den größten Teil der Hash-Rate, was der ursprünglichen Absicht der Dezentralisierung zuwiderlief.

Andere Blockchains, die PoW verwenden

Bitcoin und Litecoin

Bitcoin ist die erste Kryptowährung in der Geschichte der Menschheit und der Geburtsort des PoW-Mechanismus; Der energieverbrauchende PoW-Mechanismus wiederum ist zu Bitcoins einzigartigem Etikett geworden. Auf absehbare Zeit wird Bitcoin mit dem PoW-Konsensmechanismus weitermachen.

Neben Bitcoin haben viele frühe Währungen von Bitcoin geliehen und den PoW-Mechanismus übernommen, wie z. B. Litecoin (LTC). Darüber hinaus haben auch mehrere Forks von Bitcoin den PoW-Mechanismus übernommen, wie Bitcoin Classic (BGH), Bitcoin Cash (BCH) usw.

Ethereum

Ethereum, geboren im Jahr 2014, verwendet ebenfalls den PoW-Konsensmechanismus. In Anbetracht mehrerer Mängel des PoW-Mechanismus ist Ethereum jedoch dabei, auf den Konsensmechanismus PoS (Proof of Stake) umzusteigen, der weniger Energie verbraucht und effizienter ist, und dieser Prozess ist genau das, was sie ETH 2.0 nennen.
Ende 2020 ist Ethereum bereits mit einer Beacon-Kette unter Verwendung des PoS-Konsensmechanismus live gegangen, und es wird erwartet, dass die Ethereum-Hauptkette im Laufe des Jahres 2022 mit der Beacon-Kette verschmilzt und sich somit vollständig auf den PoS-Konsensmechanismus umstellt.
Neben Ethereum werden auch mehrere Kryptowährungen, die zuvor den PoW-Konsensmechanismus verwendeten, für die Umstellung auf den PoS-Mechanismus in Betracht gezogen, wie z. B. Dogecoin (DOGE).

Fazit

Als frühester Blockchain-Konsensmechanismus war das PoW weit verbreitet und hat alle nachfolgenden Blockchain-Projekte inspiriert. Der PoW-Mechanismus hat sowohl unersetzliche Vorteile als auch erhebliche Nachteile. Als die Blockchain-Industrie wuchs und die Zahl der Benutzer zunahm, tauchte auch das Problem der Energieverschwendung und der mangelnden Effizienz von PoW-Mechanismen auf.
Gegenwärtig sind verschiedene neue öffentliche Ketten unter dem Banner entstanden, dezentraler, energieeffizienter und effizienter zu sein und eine Reihe neuer Benutzer zu gewinnen, aber am Ende ist es schwierig, den Status von Bitcoin zu erschüttern, das immer noch das PoW verwendet Mechanismus. Wird es in Zukunft einen „perfekten Konsens“ geben, der die Probleme des PoW-Mechanismus löst und gleichzeitig Sicherheit und Dezentralisierung aufrechterhält? Es lohnt sich, ein Auge darauf zu haben.

Autor: Ashley Übersetzer: Ashley
Rezensent(en): Hugo , Edward
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