Proof-of-Work (PoW) vs. Proof-of-Stake (PoS)

Proof-of-Work und Proof-of-Stake sind die beiden bekanntesten Konsensmechanismen in der Krypto-Welt. Führende Kryptowährungen setzen auf diese Mechanismen, um die Leistung zu steigern und die Netzwerk-Integrität aufrechtzuerhalten. In diesem Artikel werden wir erläutern, wie sie funktionieren und ihre Vor- und Nachteile hervorheben.

Was ist Proof-of-Work (PoW)?

Proof-of-Work (PoW) ist ein Konsensmechanismus, der es Minern (Verifizierern) ermöglicht, Transaktionen zu bestätigen und sie zu neuen Blöcken hinzuzufügen. Dazu lösen sie komplexe mathematische Aufgaben und erhalten als Belohnung für ihre Bemühungen eine Vergütung. Dieses System bietet eine transparente und zuverlässige Möglichkeit, wie das gesamte Netzwerk den Zustand der Blockchain und alle Transaktionen vereinbart und gilt als der sicherste Mechanismus. Um einen gültigen Block zu erzeugen, durchlaufen Miner Billionen von Zahlkombinationen.

Wie funktioniert PoW?

Proof-of-Work funktioniert folgendermaßen: Miner konkurrieren darum, komplexe kryptografische Rätsel schneller zu lösen. Ihr Ziel ist es, die richtige Nonce zu finden – eine einzigartige Zahl, die den Hash des Blocks so gestaltet, dass er bestimmte Bedingungen erfüllt. Sobald ein Miner das Rätsel löst, sendet er den neuen Block an das restliche Netzwerk. Wenn andere Teilnehmer den Block validieren, wird er Teil der Blockchain, und der Miner erhält eine Belohnung.

Ein Durchbruch dieses Ansatzes war die Lösung des Double-Spending-Problems, bei dem jemand versuchte, dieselbe Krypto mehr als einmal auszugeben. Miner im PoW-System müssen beweisen, dass sie echte Arbeit – sowohl Zeit als auch Rechenleistung – in die Erstellung jedes neuen Blocks investiert haben. Daher stammt der Name: es ist ein Beweis dafür, dass echte Arbeit geleistet wurde.

Beispiele für PoW Coins

Einige Coins arbeiten mit dem PoW-Konsensmechanismus, und um zu sehen, wie er in der Praxis funktioniert, schauen Sie sich die folgende Liste an:

• Bitcoin (BTC): der Pionier, der Proof-of-Work übernommen hat und den SHA-256 Algorithmus nutzt. Wie alle PoW-Netzwerke bietet Bitcoin robuste Sicherheit, erfordert jedoch einen enormen Energieverbrauch. In Bezug auf die Geschwindigkeit erscheinen Blöcke alle 10 Minuten oder langsamer in Spitzenzeiten, was die Transaktionsgeschwindigkeit begrenzt. Trotzdem bleibt Bitcoin der Maßstab für Dezentralisierung und verdient sich seinen Ruf als „digitales Gold“ des Krypto-Marktes.

• Kaspa (KAS): eine Next-Gen PoW-Münze mit GHOSTDAG-Protokoll und kHeavyHash-Algorithmus. Kaspa unterstützt parallele Blockverarbeitung und liefert rasante Geschwindigkeit – Dutzende von Blöcken pro Sekunde – bei gleichzeitig geringerem Energieverbrauch. Es ist für GPU-Mining optimiert und hebt sich durch seinen technologieorientierten Ansatz zur Skalierbarkeit ab.

• Litecoin (LTC): Oft als „Silber“ im Vergleich zu Bitcoins „Gold“ bezeichnet. Litecoin läuft ebenfalls auf PoW, jedoch mit dem Scrypt-Algorithmus. Blöcke werden alle 2,5 Minuten erstellt, was schnellere und günstigere Transaktionen im Vergleich zu BTC bedeutet. Die leichtere Struktur macht es zu einer beliebten Wahl für alltägliche Zahlungen.

• Dogecoin (DOGE): die erste Meme-Münze, die breite Aufmerksamkeit erlangte. Dogecoin arbeitet mit dem Scrypt-Algorithmus und erzeugt alle Minute einen Block im Netzwerk. Es ist energieeffizienter als BTC, und Miner können Pools beitreten, was den Einstieg erleichtert. Jeder Block gibt eine feste Belohnung von 10.000 DOGE – einer der Gründe, warum die Münze eine so treue Community aufgebaut hat.

Nachdem wir nun das ursprüngliche und erprobte Konsensmodell behandelt haben, schauen wir uns die Hauptalternative an – Proof-of-Stake.

Was ist Proof-of-Stake (PoS)?

Proof-of-Stake (PoS) ist ein alternativer Konsensmechanismus und einer der beliebtesten Algorithmen in der Kryptowelt, bei dem validatorsTransaktionen bestätigen und die Netzwerksicherheit aufrechterhalten, ohne auf enorme Rechenleistung angewiesen zu sein.

Das Hauptziel von PoS ist es, Netzwerksicherheit mit hoher Energieeffizienz bereitzustellen. Anstatt eines wettbewerbsorientierten Rennens zur Erstellung eines Blocks, wie bei PoW, bestätigen PoS-Teilnehmer ihr Interesse am fairen Betrieb des Netzwerks durch staking – das „Einfrieren“ eines Teils ihrer Tokens. Jeder Benutzer mit der erforderlichen Mindestanzahl an Münzen kann ein Validator werden oder seine Mittel an das Staking-Pool delegieren.

Dies macht die Teilnahme an der Unterstützung des Netzwerks für eine breite Nutzerbasis zugänglich und senkt die Einstiegshürde erheblich, indem der Bedarf an teurer Hardware und billiger Elektrizität, wie sie in PoW erforderlich ist, entfällt.

Wie funktioniert PoS?

PoS funktioniert so, dass ein zufälliger Prozess, der auf einer Kombination von Faktoren basiert, einschließlich des Staking-Alters, der Randomisierung und des Reichtums eines Knotens (Anzahl der gestakten Tokens), verwendet wird, um den nächsten Validator (entsprechend den Minern) auf der Blockchain auszuwählen. Nach dem ursprünglichen PoS-Konzept wird die Kontrolle über die Blockchain unter den Teilnehmern proportional zu der Anzahl der Coins verteilt, die sie besitzen. Benutzer werden zu Validatoren, indem sie eine bestimmte Menge an Kryptowährung im Netzwerk blockieren.

Der Prozess der Erstellung neuer Blöcke wird als „Forging“ bezeichnet, und die Vergütung der Validatoren wird in der Regel aus Transaktionsgebühren generiert. Benutzer, die am Forging-Prozess teilnehmen möchten, müssen eine bestimmte Anzahl von Tokens – das Staking ihrer Coins – im Netzwerk hinterlegen. Die Höhe des Stakes beeinflusst die Wahrscheinlichkeit, dass ein Knoten vom nächsten Validator ausgewählt wird: je größer der Anteil, desto höher die Chance. Wenn ein Knoten den nächsten Block erstellt, verifizieren die Validatoren die Transaktionen und fügen den neuen Block zur Blockchain hinzu.

Um zu verhindern, dass die reichsten Knoten den Verifizierungsprozess dominieren, setzen PoS-Netzwerke häufig zusätzliche Mechanismen wie zufällige Blockauswahl und Auswahl des Coin-Alters ein. Der Algorithmus wählt einen Staker durch eine Lotterie basierend auf dem Anteil jedes Stakers an den insgesamt blockierten Mitteln aus. Wenn ein Staker beispielsweise 30 Prozent aller auf einem bestimmten Netzwerk gestakten Mittel kontrolliert, hat er eine 30-prozentige Chance, den nächsten Block zu „minen“.

Beispiele für PoS Coins

Jetzt wissen Sie, dass einige Kryptowährungen auf Proof-of-Stake laufen und es ist auch erwähnenswert, dass ein Netzwerk PoS entweder bereits von Anfang an in der Entwicklungsphase oder aus dem ursprünglichen Token-Verkauf übernehmen kann. In einigen Fällen läuft eine Blockchain zunächst auf dem Proof-of-Work-Algorithmus und wechselt dann zu Proof-of-Stake, wie es bei Ethereum der Fall war.

Nun schauen wir uns einige PoS-basierte Kryptowährungen genauer an:

• Ethereum (ETH): Die Blockchain lief zunächst auf dem PoW (Ethash)-Algorithmus, stieß jedoch aufgrund hoher Gebühren und langsamer Übertragungsgeschwindigkeiten auf ernsthafte Einschränkungen. Mit der Umstellung auf Ethereum 2.0 und der Einführung von Proof-of-Stake verließ das Netzwerk das Mining zugunsten der Sicherheitsstruktur durch Validatoren. Nun kann jeder Benutzer ein Validator werden, indem er 32 ETH staket. Mit PoS hat Ethereum den Energieverbrauch um über 99,95 % reduziert und die Grundlage für zukünftige Upgrades, einschließlich Sharding, geschaffen, das die Skalierbarkeit erheblich erhöht.

• Avalanche (AVAX): Es nutzt eine proprietäre PoS-Variante im Avalanche Consensus-Protokoll, das durch hohe Geschwindigkeit und parallele Verarbeitung gekennzeichnet ist. Validatoren nehmen durch lokales Subsampling an der Entscheidungsfindung teil, anstatt global, was es ermöglicht, den Konsens in weniger als einer Sekunde zu erreichen. Um am Staking teilzunehmen, muss ein Validator mindestens 2000 AVAX staken. Ein wichtiger Unterschied ist, dass Validatoren nicht zufällig ausgewählt werden, sondern an der Validierung aller Blöcke teilnehmen, was die Wahrscheinlichkeit eines Angriffs verringert und die Fehlertoleranz erhöht.

• Cardano (ADA): verwendet seinen proprietären Ouroboros-Algorithmus, den ersten formal verifizierten PoS-Mechanismus, der auf wissenschaftlicher Forschung basiert. Das System ist in Epochen und Slots unterteilt, in denen Validatoren zu bestimmten Zeiten Blöcke produzieren. Jeder Benutzer kann ADA an das Staking-Pool delegieren und einen Anteil an der Belohnung erhalten. Die Teilnahme erfordert keine Blockchain-Mittel – Staker behalten ihre Tokens flüssig. Cardano legt großen Wert auf nachhaltige Dezentralisierung, breite Inklusivität und mathematisch fundierte Sicherheit.

• Algorand (ALGO): implementiert das Modell „Pure Proof-of-Stake“ (PPoS), bei dem Sicherheit und Konsens durch die zufällige Auswahl eines Komitees aus allen ALGO-Token-Inhabern erreicht werden. Schon ein minimaler Wallet-Bestand ist ausreichend, um teilzunehmen – der PPoS-Algorithmus erfordert keine blockierten Mittel. Dank des leichten Algorithmus verarbeitet Algorand Transaktionen in weniger als 5 Sekunden und garantiert eine sofortige Finalisierung – Blöcke können nicht rückgängig gemacht oder umgeschrieben werden.

Vollständiger Vergleich von PoW und PoS

Proof-of-Work und Proof-of-Stake sind die beiden Hauptmethoden zur Verifizierung von Kryptowährungstransaktionen. Der Hauptunterschied zwischen PoW und PoS besteht darin, dass Proof-of-Stake von den Teilnehmern verlangt, Kryptowährungen als Sicherheit bereitzustellen, um Transaktionen erfolgreich zu genehmigen. Proof-of-Work erfordert von den Minern, komplexe mathematische Berechnungen durchzuführen. Aber was funktioniert effizienter? Lassen Sie uns die beiden Algorithmen anhand wichtiger Kriterien genauer vergleichen.

Energieverbrauch

PoW verbraucht eine große Menge an Energie. Während dieser hohe Energieverbrauch die Sicherheit der Blockchain gewährleistet, verlangsamt er auch den Transaktionsverifizierungsprozess und ist kostspielig für die Miner. Im Gegensatz dazu wurde Proof-of-Stake als Antwort auf die hohen Rechenkosten der Proof-of-Work-Protokolle entwickelt. PoS-Netzwerke verbrauchen deutlich weniger Energie, was die Umweltbelastung, die typisch für PoW ist, verringert. Während das Mining teure Hardware erfordert, die nicht jeder Nutzer sich leisten kann, umfasst das Staking lediglich das Sperren einer bestimmten Anzahl von Coins im Netzwerk.

Was die Nachhaltigkeit betrifft, hat PoW einen negativen Einfluss auf die Umwelt. Je mehr Computer erforderlich sind, um das Netzwerk am Laufen zu halten, desto mehr Energie wird verbraucht. PoW führt zum Problem von Elektroschrott, daher ist PoS eine bessere und „grünere“ Option. Proof-of-Stake benötigt nicht so viel Energie oder High-Tech-Hardware und Software.

Sicherheit

PoW kann aufgrund der hohen Kohlenstoffemissionen aus dem Mining kritisiert werden, hat sich jedoch als zuverlässiger Algorithmus zur Sicherung von Blockchain-Netzwerken bewährt. Wenn Miner komplexe kryptografische Probleme mit PoW lösen, wird es für sie viel schwieriger, ungültige Blöcke zu verifizieren oder Kryptowährung doppelt auszugeben. Dadurch wird das Untergraben der Authentizität der Blockchain nahezu unmöglich.

PoS hingegen verlässt sich auf Validatoren, die die Sicherheit und Integrität der Blockchain durch wirtschaftliche Anreize aufrechterhalten. Wenn sie „ungültige“ Transaktionen oder Blöcke validieren, droht ihnen das, was als „Shearing“ bekannt ist, d. h. eine Bestrafung. Ein wesentlicher Nachteil ist, dass einige Systeme dazu neigen, die Validatoren mit dem meisten Geld auszuwählen. Dies bedeutet, dass PoS in vielen Fällen wahrscheinlich deutlich weniger demokratisch ist als PoW.

Skalierbarkeit

PoS verspricht eine bessere Skalierbarkeit und Durchsatzleistung als PoW, da Transaktionen und Blöcke schneller genehmigt werden können, ohne komplexe Gleichungen zu lösen. In der Theorie bedeutet dies, dass PoS effizienter sein kann. PoS ist jedoch neuer und wurde noch nicht im gleichen Maßstab wie PoW getestet.

Um Ihnen die Unterschiede zwischen den Algorithmen noch deutlicher zu zeigen, haben wir eine Vergleichstabelle für Sie vorbereitet:

Nachdem Sie diesen Artikel gelesen haben, können Sie zwischen den beiden Algorithmen wählen, abhängig von Ihren spezifischen Zielen und den Prioritäten des Blockchain-Netzwerks. Wenn Sie noch Fragen haben, stellen Sie diese in den Kommentaren!