Der Proof of Work (PoW) ist ein Verfahren zum Prüfen und Verifizieren von Transaktionen, die in verschiedenen Blöcken gespeichert werden. Geprüft wird auf Richtigkeit und Vollständigkeit basierend auf einem physikalischen Nachweis in Form von Thermischer Energie (Wärmeentwicklung) die durch Rechenleistung (also Arbeitsaufwand) entstanden ist.

Proof-of-Work (PoW)

Überblick:
Implementierung: Bitcoin, Ethereum, Litecoin, Dogecoin
Vorteile: Formal und praktisch bewiesene Resilienz
Nachteile: Nicht performant, hoher Energiebedarf
Eignung: für Public, permissionless Blockchains

 

Der PoW war der erste Blockchain spezifische Konsensus Algorithmus.
Es wird ein Output erzeugt, welcher schwierig (teuer, zeitaufwendig) zu erstellen, aber für andere leicht zu überprüfen ist und bestimmte Anforderungen erfüllt. Die Erstellung eines Arbeitsnachweises kann ein zufälliger Prozess mit geringer Wahrscheinlichkeit sein, so dass im Durchschnitt viele Versuche erforderlich sind, bevor ein gültiger Proof erstellt wird.
Bitcoin verwendet das Hashcash Proof-of-Work System. Aufgrund der sehr geringen Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Generierung ist es unvorhersehbar, welcher Arbeitsplatzrechner im Netzwerk den nächsten Block erzeugen kann.
Jeder Block enthält den Hash des vorhergehenden Blocks, so dass jeder Block eine Kette von Blöcken hat, die zusammen eine große Menge an „Arbeit“ enthalten. Das Ändern eines Blocks (was nur möglich ist, wenn ein neuer Block mit dem gleichen Vorgänger erstellt wird) erfordert die Neugenerierung aller Nachfolger und das erneute Ausführen der darin enthaltenen „Arbeit“.

 

In der Blockchain werden Transaktionen in Blöcken zusammengefasst.

Jeder Block verweist auf den vorherigen Block und dieser wieder auf den Vorgänger und immer so weiter bis zum Ursprung, den Genesis Block. (Kette von Blöcken ~ BLOCKCHAIN)

Somit ergibt sich eine chronologische Historie.

Die Miner kann man mit Validierer oder Buchhalter vergleichen.

Sie schauen sich neue Transaktionen an und verifizieren diese hinsichtlich Korrektheit für die jeweilige festgelegte Blockchain Regel. (1. Schritt)

Somit ist die Arbeit der Miner ungemein wichtig!

Gleichzeitig da die Blockchain grundsätzlich (nur öffentliche Blockchains!) dezentral ist, kann jeder auch Miner sein.

Deshalb vertrauen sich Miner untereinander nicht.

Um nun zu verhindern, dass Miner das System manipulieren, müssen sie komplexe mathematische Aufgaben lösen. (2. Schritt)

 

Diese mathematischen Aufgaben können in jeder Blockchain unterschiedlich ausgelegt sein. Siehe dazu unterschiedliche Varianten: https://de.wikipedia.org/wiki/Proof_of_Work

 

So um diese mathematischen Rätsel zu lösen, wird hohe Rechenleistung vorausgesetzt.

Derjenige der nun als erster diese Aufgabe löst, kann den Block verifizieren.

Aufgrund dieses Verfahrens kann ein Miner das System nur dann manipulieren, wenn er über 50% der Rechenpower aller anderen beteiligten Miner verfügt.

 

Das Ergebnis der mathematischen Aufgabe wiederum kann sehr rasch von allen Minern überprüft werden. Stimmt das Ergebnis, darf der Block inklusive Transaktionen versiegelt und an die Blockchain fortlaufend angehängt werden.

Passiert das, werden sofort alle Peers (Nodes oder Knoten) auf den aktuellsten Stand gebracht. (Synchronisation)

 

Für diesen Arbeitsnachweis (Proof of Work) wird ein Miner einerseits mit den Transaktionsgebühren der jeweiligen Transaktionen und andererseits mit der jeweilig zugewiesenen Anzahl an Coins belohnt. (Block Reward)

Man spricht hier auch von einem Anreizsystem.

 

Das heißt auch im Umkehrschluss, dass das Vertrauen bei PoW letztlich aus physikalischen Prozessen der Thermodynamik basiert.

 

Der Allergrößte Nachteil bei diesem Verfahren (Proof of Work) ist der hohe Energieverbrauch, da dieser wiederum von der Rechenleistung direkt proportional abhängig ist. (es gibt hier ein weltweites Wettrüsten)

 

Deshalb wird aktuell ein neues Verfahren Namens Proof of Stake erprobt.

 

Der größte Vorteil besteht darin, dass kein hoher Energieaufwand für das Erstellen eines Blockes angewandt werden muss. (ökologisch)

 

Natürlich wo es Vorteile gibt, gibt es auch Nachteile.

 

Der größte Nachteil liegt an der Technologie selbst.

 

Die Blockchain-Technologie ist demokratisch ausgelegt.

 

Wenn nun einige Entwickler meinen die Blockchain in eine bessere Richtung zu entwickeln, haben sie hierfür 2 Möglichkeiten:

  1. Sie entwickeln eine komplett neue Blockchain und erweitern sie mit ihren geplanten Änderungen oder
  2. Sie forken die öffentliche Blockchain und gehen ihren eigenen Weg. Das heißt sie führen auf der aktuellen Blockchain eine Gabelung durch und haben somit dieselbe Historie wie die bisherige vor dem Hard-Fork.

 

Mit dem Proof of Work Verfahren hat man nicht nur den Schutz dass andere Miner versuchen das System zu manipulieren (51% Attacke), sondern ebenso hinsichtlich Hard-Fork.

Da beim Proof of Work der Anreiz einen Konses zu finden wesentlich höher ist, als beim Mining auf der neuen Blockchain mit der alten Hardware-Ausrüstung, ist auch hierfür ein großer Schutz vor ausuferten Hard-Forks gegeben.

 

Software/Protokoll-Änderungen müssen somit gemeinsam demokratisch entschieden werden.

 

 

Da die Blockchain-Technologie demokratisch ist, müssen vorgeschlagene Änderungen (wie gerade bei Software/Protokoll…beschrieben) große Mehrheiten finden, ansonsten kommt es zu einem Hard-Fork (Teilung der bisherigen Blockchain, ab einem bestimmten Zeitpunkt).

 

Beim Proof of Stake, hält man theoretisch genauso viele Coins bzw. Vermögen (Stake) auf der neuen (geforkten) wie auf der alten (bisherigen vor dem Hard-Fork) Blockchain und kann weiter staken.

 

Somit meinen Kritiker, könnte es deshalb in Zukunft mehr Hard-Forks geben.

Um dieses Problem zu lösen, arbeiten die Ethereum Core Developer schon seit 2016/2017.

Proof of Stake soll mit dem Casper Protokoll eingeführt werden.

Aktuell wird es im Kovan Public Test Net getestet. 

Für das Jahr 2018 ist es nicht mehr so wahrscheinlich, dass Casper in der Public Blockchain ausgerollt wird.

Bevor nicht diese beiden Probleme gelöst sind:

  1. Incentivierung (extrinsische Motivation): die Spieltheorie oder auch Anreizsystem ist essentiell für das Betreiben des gesamten Netzwerk oder auch Infrastruktur. Bei Proof of Work ist der Anreiz, durch das Lösen der Aufgabe und durch die anschließende Block Initialisierung eine gewisse Anzahl an Coins zu erhalten.
  2. Schutz vor unkontrollierenten Hard-Forks der Public Blockchain. Zu viele Hard-Forks würden viele Teilnehmer verunsichern. Außerdem könnten so viele Entwickler abhanden kommen. Nochdazu hat dann die geforkte Blockchain dieselbe Historie und ohne richtiger Reply Protection kann enormer Schaden entstehen.

 

Natürlich gibt es bei Proof of Stake viel mehr Vorteile, die ich jetzt nicht aufgezählt habe. https://blockchainwelt.de/proof-of-work-und-proof-of-stake/

 

 

Die öffentliche, dezentrale Blockchain ist bis dato nicht im Besitz einzelner oder Gruppen – sie ist demokratisch aufgebaut!

Quelle:

https://blockgeeks.com/guides/proof-of-work-vs-proof-of-stake/

https://medium.com/@karthik.seshu/cryptocurrency-proof-of-work-vs-proof-of-stake-e1eee1420b10

https://medium.com/novamining/main-differences-between-pow-and-pos-cryptocurrency-mining-c4cc279d9739

 

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