Proof of Work – Erklärung, Definition, Funktionsweise und Vergleich

Die Dezentralisierung war ein wesentlicher Bestandteil der ursprünglichen Vision für Kryptowährungen. Um dies zu erreichen, musste es eine Möglichkeit geben, Transaktionen ohne die Beteiligung von Finanzinstituten zu bestätigen. Die erste Lösung für diese Herausforderung wurde Proof of Work genannt.

Proof of Work (PoW) ist eine Form des Hinzufügens neuer Transaktionsblöcke zur Blockchain einer Kryptowährung. Die Arbeit besteht in diesem Fall darin, einen Hash (eine lange Zeichenfolge) zu erzeugen, der mit dem Ziel-Hash für den aktuellen Block übereinstimmt. Der Krypto-Miner, dem dies gelingt, gewinnt das Recht, diesen Block zur Blockchain hinzuzufügen und eine Belohnung zu erhalten.

Kryptowährungen begannen mit dem Proof of Work, da es der Konsensmechanismus ist, der von der ersten Kryptowährung, Bitcoin (CRYPTO:BTC), verwendet wurde. Er ist bekannt für seine Sicherheit, aber auch für seine Ineffizienz und die starken Auswirkungen auf die Umwelt.

Wenn Sie den Proof of Work verstehen, können Sie die Coins, die ihn verwenden, besser einschätzen. Dies kann Ihnen auch dabei helfen, zu entscheiden, wo Sie Ihr Geld anlegen, wenn Sie in Kryptowährungen investieren. Lesen Sie weiter für eine vollständige Erklärung von Proof of Work.

Erklärung

Diese Erklärung wird sich auf den Arbeitsnachweis konzentrieren, wie er im Bitcoin-Netzwerk funktioniert. Bitcoin ist eine digitale Währung, die sich auf eine Art verteiltes Hauptbuch stützt, das als “Blockchain” bekannt ist. Dieses Hauptbuch enthält eine Aufzeichnung aller Bitcoin-Transaktionen, die in aufeinanderfolgenden “Blöcken” angeordnet sind, so dass kein Benutzer einen seiner Bestände zweimal ausgeben kann. Um Manipulationen zu verhindern, ist das Hauptbuch öffentlich oder “verteilt”; eine veränderte Version würde von anderen Nutzern schnell zurückgewiesen werden.


In der Praxis erkennen die Nutzer Manipulationen durch Hashes, lange Zahlenfolgen, die als Arbeitsnachweis dienen. Wenn man einen bestimmten Datensatz durch eine Hash-Funktion (bitcoin verwendet SHA-256) laufen lässt, wird immer nur ein Hash erzeugt. Aufgrund des “Lawineneffekts” führt jedoch schon eine winzige Änderung an einem beliebigen Teil der Originaldaten zu einem völlig unkenntlichen Hash. Unabhängig von der Größe des ursprünglichen Datensatzes hat der von einer bestimmten Funktion erzeugte Hash dieselbe Länge. Der Hash ist eine Einwegfunktion: Er kann nicht verwendet werden, um die Originaldaten zu erhalten, sondern nur, um zu überprüfen, ob die Daten, die den Hash erzeugt haben, mit den Originaldaten übereinstimmen.

Die Generierung eines beliebigen Hashwerts für eine Reihe von Bitcoin-Transaktionen wäre für einen modernen Computer trivial, daher legt das Bitcoin-Netzwerk einen bestimmten “Schwierigkeitsgrad” fest, um den Prozess in “Arbeit” zu verwandeln. Diese Einstellung wird so angepasst, dass etwa alle 10 Minuten ein neuer Block “gemined” wird, d. h. der Blockchain durch Erzeugung eines gültigen Hashs hinzugefügt wird. Die Einstellung des Schwierigkeitsgrads erfolgt durch die Festlegung eines “Ziels” für den Hash: Je niedriger das Ziel, desto kleiner ist die Menge der gültigen Hashes und desto schwieriger ist es, einen zu erzeugen. In der Praxis bedeutet dies einen Hash, der mit einer sehr langen Folge von Nullen beginnt.

Beispiel

Beim Arbeitsnachweis muss ein Computer nach dem Zufallsprinzip Hash-Funktionen ausführen, bis er zu einer Ausgabe mit der richtigen Mindestanzahl führender Nullen gelangt. Der Hash für Block #660000, der am 4. Dezember 2020 erstellt wurde, lautet zum Beispiel 00000000000000000008eddcaf078f12c69a439dde30dbb5aac3d9d94e9c18f6.2 Die Blockbelohnung für diesen erfolgreichen Hash betrug 6,25 BTC.

Dieser Block enthält immer 745 Transaktionen mit knapp über 1.666 Bitcoins sowie den Header des vorherigen Blocks. Wenn jemand versuchen würde, einen Transaktionsbetrag auch nur um 0,000001 Bitcoin zu ändern, wäre der resultierende Hash unkenntlich, und das Netzwerk würde den Betrugsversuch zurückweisen.

Anwendungen

Die meisten Kryptowährungen nutzen das Proof-of-Work-Verfahren, einige experimentieren jedoch mit anderen Methoden zur Sicherung ihrer Netzwerke. Zu den beliebtesten Kryptowährungen, die das Proof-of-Work-Verfahren nutzen, gehören:

  • Bitcoin
  • Ethereum (obwohl Ethereum vor kurzem mit dem langwierigen Prozess der Umstellung auf Ethereum 2.0 begonnen hat, einem Upgrade, das die Kryptowährung stattdessen auf das potenziell umweltfreundlichere Proof-of-Stake umstellen wird)
  • Bitcoin-Cash
  • Litecoin
  • Monero

Vorteil –  Sicherheit

Der Hauptvorteil des Proof-of-Work-Verfahrens besteht darin, dass es einen soliden Mechanismus zur Erzielung eines Konsenses und zur Verhinderung von Missbrauch und Missbräuchen bietet. Beachten Sie, dass der Konsens das Herzstück der Blockchain-Technologie und ihrer spezifischen Anwendungen ist, zu denen auch Kryptowährungen gehören, sowie ihre Vorteile wie Sicherheit, Vertrauen und Legitimität und Dezentralisierung.

Beachten Sie, dass eine Blockchain eine dezentrale oder verteilte Datenbank ist, die ein Hauptbuch der Transaktionen darstellt. Ein Peer-to-Peer-Netzwerk von Teilnehmern verwaltet die Datenbank, indem es einen Konsens erzielt oder sich über Dinge wie die Reihenfolge von Transaktionen und Kontostände einigt.

PoW ist im Grunde ein System zur Authentifizierung von Transaktionen ohne die Notwendigkeit einer dritten Partei sowie zur Verhinderung von Manipulationen der Datenbank durch Einzelpersonen oder Organisationen. Der Mechanismus erschwert es, irgendeinen Aspekt des Transaktionsbuchs zu verändern, und gewährleistet so die Authentizität und Rückverfolgbarkeit jeder Transaktion.

Es gibt noch weitere Konsensmechanismen, die in der Blockchain-Technologie verwendet werden. Dazu gehören Proof-of-Stake (PoS) und Proof-of-Burn (PoB). PoS ist zwar effizienter, hat aber zahlreiche Schwachstellen, darunter eine größere Anfälligkeit für Angriffe und Manipulationen.

Ein besonderer Vorteil von PoW ist, dass es von den Rechenkapazitäten abhängt. Obwohl es theoretisch möglich ist, dass eine Einzelperson die Blockchain manipuliert, würde dies den Einsatz von Rechenkapazitäten erfordern, die so unpraktisch und unwirtschaftlich sind, dass die Kosten die Gewinne oder Vorteile deutlich überwiegen.

Nachteile

Es gibt zumindest ein paar Probleme mit Proof-of-Work:

  • Hoher Energieverbrauch: Bitcoin verbraucht wegen des Proof-of-Work-Verfahrens so viel Energie wie die gesamte Schweiz. Und der Energieverbrauch steigt, da immer mehr Miner auf die Jagd nach Bitcoins gehen, auch wenn ein Teil davon mit erneuerbarer Energie betrieben wird.
    51%-Angriffe: Wenn es einer Mining-Einheit gelingt, 51 % der Bitcoin-Mining-Hashrate anzuhäufen, kann sie sich vorübergehend über die Regeln hinwegsetzen, Münzen doppelt ausgeben und Transaktionen blockieren.
  • Zentralisierung des Schürfens: Beim Proof-of-Work geht es darum, eine Währung zu schaffen, ohne dass ein einziges Unternehmen die Verantwortung trägt. In der Praxis ist das System jedoch etwas zentralisiert, da nur drei Mining-Pools fast 50 % der Rechenleistung von Bitcoin kontrollieren. Die Entwickler versuchen jedoch, dieses Problem zumindest abzumildern.

FAQ

Nachfolgend ein Überblick zu den am häufigsten gestellten Fragen zu Proof of Work.

Warum befolgen die Miner die Regeln?


Miner verdienen Bitcoin-Belohnungen für jeden Block, für den sie die Lösung finden. Das ist der Grund, warum sie überhaupt schürfen.

Diese monetäre Belohnung veranlasst sie auch, die Regeln zu befolgen – zum Beispiel ihr Geld nicht doppelt auszugeben. Nehmen wir an, Alfred, der Miner, findet einen Gewinn-Hash für einen Block. Wenn Alfred die Lösung mit dem Block einreicht, aber gegen die Regeln innerhalb des Blocks verstößt – z.B. mehr als einmal Münzen ausgibt – wird der Rest des Bitcoin-Netzwerks Alfreds Block ablehnen. Alfred wird alle Bitcoins verlieren, die er hätte gewinnen sollen. Die Drohung, die Bitcoin-Belohnungen zu verlieren, hält die Miner ehrlich.

Warum wird ein Proof-of-Work benötigt?


Das Ziel des Proof-of-Work ist es, zu verhindern, dass Benutzer zusätzliche Münzen drucken, die sie nicht verdient haben, oder dass sie doppelt ausgeben. Wenn Benutzer ihre Münzen mehr als einmal ausgeben könnten, würde die Währung effektiv wertlos werden.

Bei den meisten digitalen Währungen ist dieses Problem leicht zu lösen. Die Bank, die für das System verantwortlich ist, behält den Überblick darüber, wie viel Geld jede Person hat. Wenn Alice Bob 1 $ schickt, zieht die Bank 1 $ von Alice ab und gibt Bob 1 $.

Aber bei Kryptowährungen gibt es keine solche Instanz. Proof-of-Work bietet eine Lösung.

Wer hat Proof-of-Work erfunden?


Der Bitcoin-Erfinder Satoshi Nakamoto hat Proof-of-Work erfunden, um Bitcoin auf den Weg zu bringen. Niemand weiß, wer Nakamoto ist, oder ob der Name ein Pseudonym ist.

Zusammenfassung

Proof of Work ist ein Konsensmechanismus, der sicherstellt, dass Miner einen neuen Block erst dann zur Blockchain einer Kryptowährung hinzufügen, wenn sie eine beträchtliche Menge an Rechenarbeit geleistet haben, um seine Gültigkeit zu beweisen.

Da der Arbeitsnachweis eine erhebliche Investition in Ressourcen erfordert, wird es immer unwahrscheinlicher, dass Miner und Netzwerkteilnehmer versuchen, die Blockchain einer Kryptowährung zu untergraben. Dies ist insbesondere bei Bitcoin der Fall, das seit etwa 12 Jahren in großem Maßstab läuft, ohne dass es zu einem Double-Spend-Angriff kam.

Der Arbeitsnachweis erfordert jedoch auch den Einsatz einer großen Menge an Strom. Kritiker von Bitcoin würden argumentieren, dass dies zu große Auswirkungen auf die Umwelt hat, um die verbesserte Sicherheit zu rechtfertigen, die es im Vergleich zu Mechanismen wie Proof of Stake bietet.

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