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Kryptowährungen: Das unterscheidet Proof-of-Work und Proof-of-Stake

Mit Ethereum 2.0 kommt auch die Umstellung des Netzwerks von Proof-of-Work auf Proof-of-Stake. Aber was genau bedeutet das eigentlich und ist das wirklich eine gute Idee? Die Analyse von Bitcoin2Go liefert die Antworten.

5 Min. Lesezeit
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Bitcoin-Mining. (Bild: Cryptographer/Shutterstock)

Seit zwölf Jahren basiert das Bitcoin-Netzwerk auf dem Konsensmechanismus Proof-of-Work (PoW). Während Ethereum nach wie vor auf den PoW-Algorithmus setzt, befindet sich das Netzwerk in einer fundamentalen Umbauphase. Ziel der Umstellung auf Ethereum 2.0 ist die Änderung von Proof-of-Work auf Proof-of-Stake (PoS). Damit stellt sich wohl unweigerlich die Frage, welcher Konsensmechanismus nun besser ist. Die Debatte um den ewigen Kampf zwischen PoW und PoS lässt nicht nach. Beide Seiten haben starke Befürworter und Argumente, die für den jeweiligen Algorithmus sprechen. In diesem Artikel betrachten wir daher die Vor- und Nachteile der beiden Konsensmechanismen.

Vor- und Nachteile von PoS und PoW

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Bei der Diskussion um den besseren Mechanismus geht es primär immer wieder um die drei Themengebiete Stromverbrauch, Skalierbarkeit und natürlich Sicherheit. Jeder Algorithmus hat dabei seine Vor- und Nachteile, die es im Vorfeld zu erkennen gilt.

Bei Proof-of-Stake gibt es vor allem Vorteile in Bezug auf Skalierbarkeit und Stromverbrauch. Im Gegensatz zu Proof-of-Work wird keine kostspielige Mining-Hardware benötigt. Validatoren brauchen nur eine bestimmte Anzahl an Coins, um das Netzwerk abzusichern. Das führt unweigerlich dazu, dass auch kleine Investoren das Netzwerk mit absichern können und passiv eine Belohnung dafür vom Netzwerk erhalten. Auf den ersten Blick spricht das für einen höheren Grad an Dezentralität. Doch das geht nicht ohne Tradeoffs einher.

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Proof-of-Stake: Begrenzte Dezentralität

Im Fall von Proof-of-Stake beginnt der Tradeoff bei einer begrenzten Dezentralität: Solange der Preis für den nativen Coin niedrig ist, kann jeder Investor problemlos mit einer kleinen Summe am Staking-Prozess teilnehmen. Wenn im Laufe der Zeit der Preis ansteigt, schließt es automatisch die kleinen Investoren aus, weil sie sich die Mindestanzahl an Coins nicht mehr leisten können. Genau diese Kritik wird in der Regel gegenüber Bitcoin geäußert. Nun zeigt das vorherige Beispiel, dass auch bei einem Proof-of-Stake-Konsensmechanismus die Dezentralität begrenzt ist.

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Mehr zum Thema: 80 Prozent mehr als 2020: Stromfresser Bitcoin wird rasant hungriger

Während in der Anfangszeit die Verteilung weitestgehend fair ausfällt, können steigende Preise im Verlauf der Zeit zu einer zunehmenden Konzentration von Vermögen führen. In diesem Zuge werden auch kleinere Investoren von dem Prozess ausgeschlossen. Ein gutes Beispiel ist hierfür Ethereum. Staker brauchen mindestens 32 ETH, um als Validator im Netzwerk in Erscheinung zu treten. Vor knapp einem Jahr waren das umgerechnet 6.400 US-Dollar. Mittlerweile müssen Investoren knapp 100.000 Dollar auf den Tisch legen, um die Mindestanzahl an ETH zu erwerben.

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Zinseszinseffekt für finanzstarke Investoren

Zudem hat Proof-of-Stake ein großes Problem mit frühen Investoren, die einen großen Anteil der Gesamtmenge der Coins halten. Damit können sie im schlimmsten Fall über das Netzwerk entscheiden und nicht nur Transaktionen oder Teilnehmer ausschließen, sondern auch die Konsensregeln verändern.

Durch das Staking bekommen die frühen Investoren immer mehr Coins, da sie mehr Blöcke finden als die Konkurrenz. Hier besteht die Gefahr, dass sich eine Konzentration des Kapitals sowie der Macht in den Händen weniger Investoren ergibt. Gerade finanzstarke Investoren profitieren stark von dem dadurch entstehenden Zinseszinseffekt. Dadurch können sie, ohne ein weiteres Risiko einzugehen oder zusätzliche Investments tätigen zu müssen, ihre Macht im Netzwerk weiter ausbauen. Eine Möglichkeit, von außen zu intervenieren, besteht kaum.

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(Grafik: t3n)

Darüber hinaus kann ein Validator oder eine Gruppe von Validatoren, die mehr als 51 Prozent aller Coins halten, Blöcke aus der Vergangenheit mit Leichtigkeit umschreiben. Somit besteht die Gefahr, dass die gesamte Geschichte der PoS-Blockchain, die eigentlich in Stein gemeißelt sein sollte, umgeschrieben werden kann. Daraus resultiert die Problematik, dass insbesondere frühe Investoren ihre Machtstellung festigen und zementieren. Langfristig führt das zu einer extremen Zuspitzung der Machtverhältnisse und Zentralisierung, die an Zentralbanken und die aktuelle Verteilung von Fiat-Währungen erinnern.

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Proof-of-Work: Energieaufwand als Sicherheitsmechanismus

Proof-of-Work verfolgt hingegen einen anderen Ansatz, der die genannten Probleme in der Form nicht aufweist. Im Bitcoin-Netzwerk spielt zum Beispiel die Anzahl der Coins keine Rolle für die Machtverhältnisse im Netzwerk. Per Definition ist das Bitcoin-Mining unabhängig vom Besitz. Damit genießen frühe Investoren keine Vorteile in Form von Stimmrechten und Belohnungen. Durch die geringe initiale Komplexität genießen frühe Miner lediglich das Privileg, „günstig“ Bitcoin minen zu können.

Des Weiteren ist Proof-of-Work kein geschlossenes System, hier fließt aus der realen Welt echte Energie in das Netzwerk in Form von Strom über Mining-Hardware. Der Mining-Prozess ist im Prinzip eine Umwandlung von Energie in Sicherheit und Bitcoin. Denn Energie wird niemals verbraucht, sondern nur umgewandelt. Durch innovative Chip-Entwicklungen und neue Player mit smarten Ansätzen kann sich die Verteilung der Hashrate und somit die Macht im Netzwerk immer wieder verändern. Bei PoW sind die Machtverhältnisse im Netzwerk nicht in Stein gemeißelt.

Realistisch betrachtet zeigt das Bild der Vergangenheit jedoch auch, dass es schwierig ist, etablierte Player vollständig vom Markt zu verdrängen. Fakt ist jedoch auch, dass die Verteilung der Hashrate schwankt und sich die Konzentration von Mining-Power konstant ändert. Dieser Konkurrenzdruck führt unweigerlich dazu, dass die aktiven Miner immer wieder Investitionen tätigen und ein hohes Risiko eingehen müssen, um auch zukünftig erfolgreich am Mining-Prozess teilzunehmen. Diese Investitionen wiederum sorgen dafür, dass die Motivation, die Regeln zu brechen, noch geringer wird oder mit einem enormen Risiko verbunden ist.

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Proof-of-Work versus Proof-of-Stake: Eine Frage der Perspektive

Die Meinung über das bessere Netzwerk hängt also immer von der Perspektive ab. Die Antwort liegt somit auf der Priorisierung und der Frage, ob Sicherheit oder doch Skalierbarkeit im Fokus stehen soll. Daher kann es keine grundlegende Antwort geben, bei welchem Konsensalgorithmus es sich um den besten handelt. Alles hat seine Vor- und Nachteile. Nichts geht ohne Tradeoffs.

Proof-of-Work hat sich für die erste und größte dezentrale Kryptowährung seit über zwölf Jahren bewährt. Der Konsensmechanismus hat sich bewiesen und kann auf den längsten Track-Record zurückblicken. Der hohe Energieverbrauch stellt die nötige Sicherheit bereit, die durch echte Investitionen in der realen Welt stattfinden. Zudem erfordert der Mining-Prozess immer wieder neue Investitionen, die das Risiko der Miner erhöhen und somit die Motivation, die Regeln zu brechen, minimieren. Die Spieltheorie greift hier perfekt.

Diese Absicherung ist notwendig, um ein monetäres Netzwerk vor Angreifern jeglicher Art zu schützen. Denn niemand weiß, welche Gefahren Bitcoin in Zukunft erwarten. Proof-of-Stake ist aktuell für Bitcoin keine Option. Die Erfahrungen mit PoS halten sich in Grenzen und es ist nicht abzusehen, welche Probleme in Zukunft bei so einem Algorithmus entstehen könnten. Es kann durchaus passieren, dass sich in Zukunft PoS bewährt und eine echte Alternative zu PoW darstellt. Dennoch wird es immer Tradeoffs geben, die für manche Use-Cases ungeeignet sind.

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Markus

Beim nächsten Versuch so einen wertenden Vergleich zu schreiben, wäre es vielleicht nicht schlecht wenn etwas weiter über die Tellerränder von BTC und ETH geschaut wird.
BTC hat mit PoS nix am Hut und ETH ist in dem Bereich deutlich weniger führend und innovativ als es sein derzeitiger Status in der PoW Welt vermuten lässt.

„Durch das Staking bekommen die frühen Investoren immer mehr Coins, da sie mehr Blöcke finden als die Konkurrenz …“
Das mag vielleicht für frühe und primitive PoS-Konzepte zutreffen. Die wissenschaftliche Forschung und Entwicklung dazu ist inzwischen aber schon deutlich weiter. Die einseitigen Zuwächse gibt es für jene Protokolle die Teilnahmehürden als Sicherheitskonzept vorsehen. Am Beispiel Cardano sieht man z.B. dass es sehr wohl möglich ist, selbst mit geringsten Mengen am Staking teilzunehmen, und anteilsmäßig gleich zuzulegen wie die großen Fische.

„Darüber hinaus kann ein Validator oder eine Gruppe von Validatoren, die mehr als 51 Prozent aller Coins halten …“
Ok, grundsätzlich also das selbe Risiko wie PoW-Miners mit ihrer Hashpower. Allerdings wird bei dem Versuch PoS-Mehrheiten anzuhäufen – bzw. es schlecht zu schreiben – leider oft übersehen, welcher Marktmechanismus hier schützend wirkt: Um 51% eines PoS-Coins vereinnahmen zu können muss man ihn massiv kaufen, nicht blos staken. Was passiert aber wenn jemand versucht große Mengen eines Coins zu kaufen? Richtig, der Preis steigt sehr stark und immer mehr an. Damit wird so ein Unterfangen sehr schnell sehr viel teurer als es vielleicht zu Beginn erscheinen mag. Im sehr schwer zu erreichenden Fall einer extrem teuren 51% Übernahme, befindet sich der Angreifer dem großen und realen Risiko ausgesetzt, dass der Wert schlagartig ins Bodenlose fällt und die eigenen Coins keine Käufer mehr finden. Im Unterschied zu PoW Hash-power Hardware die auf kleinere PoW-Projekte zwecks 51% Attacke angesetzt werden kann (wie bereits mehrfach erfolgt), gilt dieser Preis-Schutz für jeden PoS-Coin mit seinem Supply individuell. Niemand kann DOT, ETH2 … verwenden um die ADA Mehrheit zu übernehmen, sondern muss zuerst zu ADA traden.

„Des Weiteren ist Proof-of-Work kein geschlossenes System, hier fließt aus der realen Welt echte Energie in das Netzwerk… … Denn Energie wird niemals verbraucht, sondern nur umgewandelt“
Gott oh Gott, im Ernst jetzt?
Es scheint als ob man sich hier hinter den Energieerhaltungssatz verstecken will, ignoriert dabei aber dass die beim desperaten Zahlenraten (=PoW) umgewandelte Energie nicht mehr in bevorzugt nutzbarer Form vorliegt, und einen deutlich schlechteren Umwelt-Status (+C02, Wärme, Luftverschmutzung, …) hinterlässt. https://de.wikipedia.org/wiki/Energieerhaltungssatz
Eurer ziemlich abwegigen Theorie zur Folge dürfte es dann ja überhaupt kein CO2-Problem, Diesel-Gates und andere Umweltprobleme geben, weil ja alles nur „umgewandelt“ wird. Das passiert im Kohlekraftwerk genauso wie im Kernreaktor, dem Verbrennungsmotor und der Dampflokomotive.
Tatsache ist, dass PoS mit dem auskommt, was es selbst ist und hat, nämlich dem Wert des eigenen Supply. Wenn etwas IN/AUS diesem System fließt dann sind es gehandelte Geldwerte. Der große Vorteil und Entwicklungsschritt gegenüber PoW ist, dass es keine fremde externe und begrenzte Ressource benötigt und ständig „umwandeln“ muss um selbst überhaupt existieren zu können. Erst dadurch werden System-Eigenschaften wie Effizient, Nachhaltig und Skalierbarkeit möglich. PoW hängt da viel eher am Begriff „Raubbau“, ähnlich wie EcoFuels das Brot in Afrika und auch Europa teurer machen und den Flächenbedarf samt Reduzierung der Artenvielfallt und Einsatz von Pestiziden deutlich erhöhen.

„Während in der Anfangszeit die Verteilung weitestgehend fair ausfällt, können steigende Preise im Verlauf der Zeit zu einer zunehmenden Konzentration von Vermögen führen. “
Zuvor habt ihr behauptet die frühen Investoren bekommen mehr Coins. Jetzt soll es Anfangs eh noch fair sein, und erst wenn die Preise steigen konzentriert es sich? Warum bitte? Was jetzt dann? Der Artikel widerspricht sich selbst!

„… kleinere Investoren von dem Prozess ausgeschlossen. Ein gutes Beispiel ist hierfür Ethereum …“
Jein! Ja ETH setzt ein gewisses Grundinvestment voraus. Aber eben deshalb ist es kein gutes Beispiel sondern eines das noch voll in Entwicklung ist, und erst zeigen muss wann, ob und wie es aus den Startlöchern in ein PoS-Mainnet kommt. Algorand, Polkadot, Cardano, Cosmos, … es gäbe da so einiges das man berücksichtigen könnte, … wenn man denn wollte.

„Hier besteht die Gefahr, dass sich eine Konzentration des Kapitals sowie der Macht in den Händen weniger Investoren ergibt…“
Ich glaube ihr habt euch hier nur vertan, und meint damit das Treffen von Elon Musk mit Großinvestor Saylor und einigen sehr großen BTC mining pools?

Antworten
Peter

„gewisses Grundinvestment“: 32×2200= 70400 Euro, man merkt dass Sie nicht arm sind, und nie waren.

Zwischen 70400 und 1000 Euro ( Einsteiger Mining) ist ein gewaltiger Unterschied. Und ja, das ganze wird dann wie eine Bank, damit die Reichen immer reicher werden. Der Diener sollen Diener bleiben. SO war es, so ist es, und so wird es immer bleiben. Zumindest so ist das auch gewollt. Das versteckt sich hinter der „Ich mach auf ÖKO- Diktatur“. Und jeder Depp macht mit. Bin gespannt wie lange es dauern wird bis ETH keine Massenware mehr ist und wie der Kurs nach unten kracht, ach ja, und wenn ich nicht an den Erfolg teilnehmen kann, wozu soll ich bitte schön ETH2 als Zahlungsmittel verwenden, es gibt den USDT Tether 1 zu 1 korreliert mit dem USD, als, STABLE COIN, ohne „- 25 Prozent- overnight-Wertverlust-„. Ach ja , und man wird einfach andere Coins minen und mit denen Handeln. Die Reichen sollen sich die eigenen Ghettos bilden.
So lächerlich das Ganze, die „Weltretter“ Politik geführt aus dem eigenen Tesla Model S.
Und ja, der Autor hat Recht, alles gehört einem Kreislauf der Natur zu, leider auch ein Model S Tesla. Und um das Gleichgewicht kümmert sich im Normalfall seit Milliarden Jahren die Natur. Dadurch, dass ich weniger furze wird die Erde nicht kälter. So lustig. Will sehen wenn auf einmal eine kleine Gemeinde mit nur 2000 Haushalt gleichzeitig 2000 x 11 KWP Strom ( dreiphasigen Starkstrom) für die tollen Elektroautos (dei ökologisch sooo sinnvoll sind) anzapft, haben Sie dann ausgerechnet dass das Hauptstromkabel im Querschnitt so groß wie ein Haus sein muss, damit es nicht buchstäblich zu schmelzen anfängt? Die Miner sind schuld an der globalen Erwärmung… mhmhmh… Nicht in etwa Elon Musk mit seinen GIGAFABRIKEN auch?
Ach ja.

Antworten
Patrick

Für mich als Laien – in Bezug zum Thema PoW vs PoS – wirkt die ganzheitliche Schreibe dieses Artikels etwas „tapsig“ und nicht wirklich erklärend. Man hat den Eindruck, dass der Verfasser des Artikels selbst nicht gerade als versiert in diesem Gebiet einzustufen ist. Sehr schade, da das Thema sehr interessant ist und dieser Artikel inhaltlich mit Sicherheit wertvoller ausgearbeitet sein könnte.

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