Das dezentrale verteilte Netzwerk der Blockchain-Technologie schafft ein System ohne Korruption und bietet höhere Sicherheit, Transparenz und Unveränderlichkeit: Das wissen Sie bereits! Aber haben Sie sich schon einmal gefragt, wie ein System ohne zentrale Instanz gesteuert wird oder wie Entscheidungen über Transaktionen verifiziert werden?
Eines der wichtigsten Versprechen der Blockchain-Technologie ist ein vertrauenswürdiges Peer-to-Peer-System, bei dem eine Community hilft, zu überprüfen, ob Transaktionen echt sind. Aber haben Sie sich jemals gefragt, wie genau das passiert? Nun, verschiedene Blockchains verwenden unterschiedliche Methoden, die als Blockchain-Konsensalgorithmen bezeichnet werden.
Diese Algorithmen, die auch als Konsensprotokolle bezeichnet werden, sind Regelsätze, nach denen die Netzwerke arbeiten. Wenn das interessant klingt, lesen Sie unseren umfassenden Leitfaden, um zu erfahren, was Blockchain-Konsensalgorithmen sind, welche Ziele sie haben, wie sie funktionieren und welche Unterschiede zwischen den beiden heute am häufigsten verwendeten bestehen.
Inhaltsverzeichnis
Wie Blockchains funktionieren
Die Blockchain ist ein System zur Aufzeichnung von Informationen, die nicht verändert oder gehackt werden können. Blockchain wird auch als Distributed Ledger Technology (DLT) bezeichnet und verwendet dezentralisiertes kryptografisches Hashing, um eine sichere und transparente Historie digitaler Assets zu erstellen.
Während die Blockchain auf einem komplexeren System läuft, erklärt die Analogie irgendwie, wie sie funktioniert – die einfachste Illustration, wie die Blockchain funktioniert, ist Google Doc. Sie können alle über Google Docs erstellten Dokumente innerhalb eines Teams teilen und verteilen, anstatt sie zu kopieren und zu übertragen.
Google Docs verwendet eine dezentrale Vertriebskette, die es allen Teammitgliedern ermöglicht, gleichzeitig auf das Dokument zuzugreifen. Alle am Dokument vorgenommenen Änderungen werden in Echtzeit aufgezeichnet und sind transparent, da kein Mitglied gesperrt wird.
Jeder Block in der Kette von Blöcken trägt mehrere Transaktionen. Jedes Mal, wenn ein Benutzer eine neue Transaktion in der Blockchain hinzufügt, wird der Transaktionsdatensatz allen Teilnehmerbüchern hinzugefügt.
Wenn ein Benutzer einen Block in der Kette ändert, wird es in ähnlicher Weise für alle teilnehmenden Computer offensichtlich, dass eine Änderung vorgenommen wurde. Jeder Hacker, der das System beschädigen will, müsste alle Blöcke in der Kette über jede verteilte Version der Kette hinweg ändern.
Was ist ein Blockchain-Konsensmechanismus?
Ein Konsensmechanismus ist eine Formel, mit der eine beliebige Gruppe von Personen ohne übergeordnete zentrale Instanz Entscheidungen trifft und die Einhaltung von Vereinbarungen sicherstellt. Ein Blockchain-Konsensalgorithmus bezieht sich auf den Prozess, durch den Benutzer oder Peers innerhalb eines Blockchain-Netzwerks eine gemeinsame Vereinbarung oder einen Konsens über den Echtzeitzustand der Blockchain erzielen.
Das Konsensprotokoll ermöglicht es dem Blockchain-Netzwerk, Zuverlässigkeit zu erreichen und Vertrauen zwischen verschiedenen Notizen zu schaffen, neben der Gewährleistung der Sicherheit innerhalb des verteilten Ledgers. Ein Konsensalgorithmus wird zu einem integralen Bestandteil jeder Blockchain-App oder jedes DApps-Projekts innerhalb der Blockchain.
Blockchain-Konsensmechanismen sind im Allgemeinen für die folgenden drei Dinge verantwortlich:
- Sie stellen sicher, dass der nächste Block in der Kette die einzig richtige Version der Wahrheit ist.
- Sie hindern böswillige Angreifer daran, 51 % Hash-Power zu erreichen, das System an sich zu reißen und die Kette erfolgreich zu forken.
- Sie garantieren die Zuverlässigkeit eines Netzwerks, einschließlich mehrerer Knoten, was zu den wichtigsten Aspekten gehört, da es die Integrität des Netzwerks bestätigt. Das wichtigste Element von Konsensmechanismen ist sicherzustellen, dass Benutzer dieselbe Kryptowährung nicht zweimal ausgeben (Double Spending).
Andere Finanzdienstleister wie Kredit- und Debitkartenunternehmen betreiben keine Konsensmechanismen, da die Unternehmen im Gegensatz zu Blockchain-Unternehmen ihre Netzwerke kontrollieren. Das System sendet die Informationen an eine zentrale Datenbank, wenn Sie ihre Kreditkarten verwenden. Kreditkartennutzer glauben, dass Unternehmen sowohl ihre Daten als auch den Ablauf ihrer jeweiligen Bestellungen bei Transaktionen schützen können.
Da nur das Kreditkartenunternehmen sein gesamtes Netzwerk kontrolliert, behält es sich das Recht vor, Transaktionen rückgängig zu machen oder zu zensieren. Neben dem Recht auf Zensur und ihrer Unfähigkeit, Streitigkeiten beizulegen, sind die meisten zentralisierten Datenbanken sehr anfällig für das Risiko von Hacking und Korruption.
Betreten Sie die Blockchain und das Zeitalter der Kryptowährungen; Es wurde möglich, Peer-to-Peer-Transaktionen durchzuführen, die innerhalb eines dezentralen Netzwerks vertrauenswürdig, unveränderlich und nachvollziehbar sind. Da es innerhalb solcher Netzwerke keine zentrale oder übergeordnete Instanz gibt, die die Einhaltung der festgelegten Regeln durchsetzt, sorgen die unterschiedlichen Arten von Blockchain-Konsensalgorithmen dafür, dass jeder Teilnehmer im Netzwerk den Regeln zustimmt und nach ihnen spielt.
Ziele von Blockchain-Konsensmechanismen
Die folgenden gehören zu den Hauptzielen von Blockchain-Konsensmechanismen.
#1. Einheitliche Vereinbarung
Das Erreichen einer einheitlichen Einigung ist eines der Hauptziele des Konsensmechanismus. Die in das verteilte Netzwerk der Blockchain eingebetteten Protokolle stellen sicher, dass alle während des Prozesses eingegebenen Daten wahr und genau sind und dass der Status des Ledgers aktuell bleibt. Infolgedessen können Benutzer Transaktionen durchführen, ohne unbedingt Vertrauen zu ihren Kollegen aufzubauen.
#2. Schaffen Sie einen gemeinsamen wirtschaftlichen Anreiz
Da die Blockchain ein vertrauensloses System ist, das sich selbst reguliert, müssen die Interessen aller Beteiligten in Einklang gebracht werden. In einer solchen Situation belohnt ein Blockchain-Konsensalgorithmus diejenigen, die sich an die Linie halten, und bestraft die schlechten Akteure, während wirtschaftliche Anreize reguliert werden.
#3. Fairness und Gerechtigkeit
Konsensprotokolle stellen sicher, dass alle interessierten Benutzer mit den gleichen Grundlagen am Netzwerk teilnehmen können. Infolgedessen rechtfertigt es die Dezentralisierung und Open-Source-Aspekte des Blockchain-Systems.
#4. Störungen beseitigen
Die Methode des Konsensmechanismus stellt außerdem sicher, dass die Blockchain konsistent, zuverlässig und fehlerfrei ist, sodass das System jederzeit unabhängig arbeiten kann, auch bei Ausfällen und Bedrohungen.
Arten von Blockchain-Konsensalgorithmen: Proof of Work vs. Proof of Stake
Es gibt zahlreiche Konsensalgorithmen innerhalb des Blockchain-Ökosystems, und viele weitere werden noch entwickelt. Daher muss jeder Benutzer oder Unternehmer mit den Merkmalen der verschiedenen Konsensmechanismen vertraut sein und wissen, wie man schlechte erkennt. Nachdem Sie die Grundlagen von Blockchain-Konsensalgorithmen gelernt haben, ist es an der Zeit, die Stärken und Schwächen der beiden beliebtesten Konsensverfahren zu entdecken.
Proof of Work (PoW) und Proof of Stake (PoS) sind die am weitesten verbreiteten Blockchain-Konsensverfahren. Beide regeln den Prozess, durch den Peer-to-Peer-Transaktionen verifiziert und ohne eine zentrale Behörde in das öffentlich verteilte Hauptbuch einer Blockchain aufgenommen werden. Wenn Sie die Unterschiede zwischen PoW und PoS kennen, können Sie die Kryptos in Ihrem Portfolio einfach bewerten.
Was ist ein Arbeitsnachweis (PoW)?
Die Proof-of-Work-Konsensmethode wurde Anfang der 1990er Jahre eingeführt, um mit E-Mail-Spam fertig zu werden. Die Idee dahinter war, dass ein Computer ein wenig Arbeit leisten muss, bevor er eine E-Mail senden kann. Während die Arbeit für jeden, der ein oder zwei legitime E-Mails versendet, trivial sein sollte, erforderte sie enorme Mengen an Ressourcen und Rechenleistung für jeden, der beabsichtigte, Massen-E-Mails zu versenden. Der Schöpfer von Bitcoin, Satoshi Nakamoto, war die erste Person, die digitale Geldtechnologie in Bitcoins Whitepaper anwandte.
a. Blockchain-Bestellung
Sie wissen bereits, dass eine Blockchain aus einer Reihe von Blöcken besteht, die chronologisch angeordnete Gruppen von Transaktionen darstellen. Der erste Block im Proof of Work-based Blockchain ist fest in die Software codiert und wird als Block 0 oder Genesis-Block bezeichnet. Während der erste Block auf keine vorherigen Blöcke verweist, müssen alle anderen Blöcke, die in die Blockchain eintreten, auf vorherige Blöcke verweisen. Jeder trägt eine Kopie des aktualisierten Hauptbuchs.
b. Energieverbrauch
Der Proof-of-Work-Algorithmus verwendet ein Wettrennen, um zu bestimmen, wer von den Teilnehmern (Kryptowährungs-Minern) das Hauptbuch anpassen kann. Bergleute müssen Rechenleistung aufwenden, um sich zu qualifizieren, gültige Blöcke gemäß den Regeln des Netzwerks vorzuschlagen.
Computer, auf denen die Bitcoin-Software ausgeführt wird, sogenannte Nodes, validieren Transaktionen, verhindern doppelte Ausgaben und bestimmen, ob ein vorgeschlagener Block der Kette beitreten soll. Bitcoin-Miner treten gegeneinander an, um die Chance zu erhalten, einen neuen Block zu erstellen, indem sie komplexe mathematische Summen durch einen Prozess namens Hashing lösen. Die mathematischen Probleme sind schwer zu lösen, aber das Netzwerk kann die richtige Lösung leicht überprüfen.
c. Beteiligung
Die PoW-Konsensmethode kombiniert Rechenleistung mit Kryptographie, um einen Konsens aufzubauen und in der Blockchain aufgezeichnete Transaktionen zu validieren. Miner, die am Hashing-Prozess teilnehmen, müssen die richtige Antwort auf das mathematische Problem generieren, um sich für das Hinzufügen eines neuen Blocks zur Kette zu qualifizieren.
Die teilnehmenden Miner erraten eine Reihe von Pseudozufallszahlen, die, wenn sie mit den Informationen im Block kombiniert und durch einen Hash-Funktionscomputer geleitet werden, eine Lösung liefern müssen, die den im Voraus vom Algorithmus festgelegten Bedingungen entspricht.
Sobald eine Antwort abgeleitet wurde, sendet das System den Gewinner-Hash an das Netzwerk, damit andere Miner seine Gültigkeit überprüfen können. Wenn die anderen Miner den Hash verifizieren, wird der Block der Blockchain hinzugefügt und der erfolgreiche Miner erhält eine Vergütung über die Blockbelohnung.
d. Belohnungsverteilung
Die Person, die einen innerhalb des Netzwerks als gültig akzeptierten Block schürft, erhält eine Blockbelohnung, normalerweise eine neue Kryptowährung. Bei Kryptowährungen wie Bitcoin reduziert die Blockchain systematisch den Blockbelohnungsbetrag, nachdem eine bestimmte Anzahl von Blöcken erstellt wurde, um den Gesamtbetrag der Mittel endlich und deflationär zu halten.
Was ist Proof-of-Stake (PoS)?
Die Proof of Stake (PoS)-Konsensmethode ist eine Ergänzung des PoW, die 2012 eingeführt wurde. Anstatt sich nur darauf zu verlassen, dass Computer gegeneinander antreten, um den richtigen Hash zu erstellen, besteht das Ziel eines PoS-Konsensprotokolls darin, die Teilnahme durch das Eigentum zu ermöglichen der jeweiligen Kryptowährung. Ziel war es, in erster Linie den hohen Energieverbrauch des PoW zu berücksichtigen, um die Blockchain-Bestellung zu bestimmen.
Der PoS-Algorithmus verwendet einen vordefinierten Satz von Faktoren, um pseudozufällig einen Knoten unter den Münzbesitzern auszuwählen, um den nächsten Block für die Blockchain vorzuschlagen. Es ist die Rolle des ausgewählten Knotens, die Gültigkeit von Transaktionen innerhalb eines Blocks zu überprüfen, zusätzlich zum Signieren und Vorschlagen des Blocks an die Blockchain zur Validierung.
a. Blockchain-Bestellung
Wie der PoW-Mechanismus besteht die PoS-Konsensusmethode aus einer Reihe von Blöcken, die chronologisch angeordnet sind. Der erste Block innerhalb einer PoS-basierten Blockchain ist ebenfalls in der Genesis-Blocksoftware fest codiert. Alle nachfolgenden Blöcke, die der Blockchain hinzugefügt werden, müssen auf den vorherigen Block verweisen und eine vollständige Kopie des aktualisierten Ledgers enthalten. Anders als bei der PoS-Methode konkurrieren die teilnehmenden Knoten jedoch nicht darum, ausgewählt zu werden, um Blöcke hinzuzufügen. Infolgedessen werden neue Blöcke normalerweise geschmiedet oder geprägt, anstatt abgebaut zu werden.
b. Energieverbrauch
PoS-basierte Blockchains sind bekannt dafür, ein energieeffizientes System zu verwenden, um zu bestimmen, wer neue Blöcke vorschlagen kann, und sind nicht auf hohen Energieverbrauch und Rechenleistung angewiesen. Befürworter des PoS-Konsensmechanismus bezeichnen ihn als einen umweltfreundlichen Mechanismus, bei dem ein einzelner Node die Aufgabe erhält, neue Blöcke zu erstellen, anstatt gegeneinander zu konkurrieren.
Da PoW-Mining und PoS-Mining beide Energieverbrauch erfordern, sind Mining- und Mining-Knoten motiviert, die billigste Form von Strom zu verwenden, die meistens aus erneuerbaren Ressourcen wie Wasserkraft, Wind oder Sonne stammt und nicht aus treibhausgasemittierenden Quellen wie Kohle.
Während PoS-Miner nur eine aktive Internetquelle benötigen, die eine geringe Menge an Energie benötigt, müssen PoW-Miner andererseits spezialisierte Hardware (GPUs), Mining-Ausrüstung und andere teure Geräte erwerben, um die Chance zu haben, einen Block zu produzieren.
c. Beteiligung
Um an der PoS-Konsensmethode teilzunehmen und die Chance zu haben, ausgewählt zu werden, um Blöcke zur Kette hinzuzufügen, muss ein Benutzer eine bestimmte Menge der Token der Blockchain in einem bestimmten Smart Contract einsetzen oder sperren. Ihre Chance, für die Teilnahme ausgewählt zu werden, hängt von der Menge an Kryptowährung ab, die Sie einsetzen.
Benutzer, die böswillig handeln oder gegen die festgelegten Regeln verstoßen, könnten zur Strafe ihren Einsatz verlieren. Der PoS-Algorithmus verwendet mehrere andere bestimmende Faktoren, um zu vermeiden, dass nur die reichsten Nodes bevorzugt werden, von denen einige eine reine Randomisierung oder die Häufigkeit beinhalten, mit der ein Node Coins gesetzt hat.
d. Belohnungsverteilung
Wie beim PoW-Konsensmechanismus werden Benutzer, die erfolgreich einen gültigen Block vorschlagen, mit einer Blockbelohnung belohnt, die sich auf die Kryptowährung der Blockchain bezieht. Da der Besitz von Coins die Auswahl bestimmt, bieten einige Kryptowährungsbörsen Stake-Services an, indem sie Stakes im Namen der Benutzer gegen regelmäßige Auszahlungen platzieren.
PoW vs. PoS: Wohin gehört die Zukunft?
Unser Urteil über den Proof-of-Work- vs. Proof-of-Stake-Blockchain-Konsensalgorithmus lautet, dass beide unterschiedlich funktionieren, um denselben Zweck zu erreichen. Da der Proof of Stake jedoch noch relativ neu auf dem Markt ist, kann es unfair sein, zu beurteilen, welcher von ihnen der absolute Gewinner ist.
PoW war der traditionelle Konsensmechanismus in den meisten ursprünglichen Blockchains wie Bitcoin und Ethereum. Ethereum ist jedoch dabei, ein neues PoS-Protokoll zu übernehmen, um das Potenzial der aufkommenden Konsensverfahren zu demonstrieren.
Der PoW-Konsensmechanismus hat sich bewährt und sich als Möglichkeit zur Sicherung einer Blockchain bewährt. Es wirkte sich jedoch negativ auf die Skalierbarkeit des Netzwerks aus, was sich negativ auf Transaktionen auswirkt. Heutzutage haben Einzelpersonen selten die Möglichkeit, Mining zu betreiben, da große zentralisierte Mining-Organisationen mit immenser Rechenleistung dies übernommen haben, was die damit verbundenen Kosten untragbar macht.
Der PoS-Algorithmus hingegen ist energieeffizienter, und die darunter liegenden Netzwerke genießen eine höhere Skalierbarkeit und effizientere Transaktionen. Der Mechanismus bietet jedoch weniger Sicherheit für die von den Teilnehmern eingesetzten Kryptowährungen.
Fazit
PoS kam ins Spiel, um Mängel zu beheben, die dem PoW-Mechanismus innewohnen, und gedeiht natürlich auf der Seite der Energieeffizienz. Beide Blockchain-Konsensalgorithmen könnten jedoch in absehbarer Zeit verfügbar sein, wenn man bedenkt, dass Bitcoin bei PoW feststeckt, während Ethereum in Richtung PoS tendiert.
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