Proof of Stake

Konsensmodell für Blockchains. Per gewichtete Zufallsauswahl werden Mitglieder im Netzwerk ausgewählt, die den nächsten Block generieren dürfen.

Der Proof-of-Stake-Mechanismus ist eine Form der sogenannten Konsens-Mechanismen, um im Netzwerk einen Konsens zu erzielen und sich gemeinsam auf eine identische Version der Blockchain zu einigen.

Ausschlaggebend ist der Stake eines Nutzers, also der Anteil an der gesamten Menge an Token, die er besitzt. Je größer der Anteil, desto wahrscheinlicher ist es, dass dieser Nutzer ausgewählt wird, um den nächsten Block zu minen. Grob betrachtet lässt sich der Proof-of-Stake-Mechanismus im Vergleich zu Proof of Work eher mit einer Aktiengesellschaft vergleichen – wer einen größeren Anteil am Unternehmen besitzt, erhält im Normalfall mehr Stimmrechte, die zu Entscheidungen berechtigen.

Ein wichtiger Unterschied ist dennoch, dass beim Proof-of-Stake-Mechanismus für die Konsens-Bildung eines Blockchain-Netzwerks ein Zufalls-Algorithmus eingesetzt wird. Dieser zieht einen Teilnehmer, der anschließend das Recht hat, den Block zu minen. Vereinfacht gesagt ist jeder Token dann ein Gewinnlos – folglich besitzen Nutzer mit einem höheren Stake (= mehr Gewinnlose) auch eine höhere Wahrscheinlichkeit, ausgewählt zu werden. Genauer betrachtet wird das Proof of-Stake Mining als Forging bezeichnet.

Was ist der Unterschied zwischen Proof of Work und Proof of Stake?

Proof of Work

Der Anteil der Rechenkapazität im gesamten Netzwerk der Miner ist ausschlaggebend für die Wahrscheinlichkeit, einen Block erfolgreich zu minen.

Proof of Stake

Der Anteil der Token im gesamten Netzwerk der Miner ist ausschlaggebend für die Wahrscheinlichkeit, einen Block erfolgreich zu minen.

Beim Mining eines Blockes geht es in der Regel darum, mit Hashfunktionen einen bestimmten Wert zu finden. Da die Hashfunktionen nicht umkehrbar sind, kann man nicht etwa einfach berechnen, welches X man in die Funktion einsetzen muss, um das gewünschte Y zu erhalten. Stattdessen lösen die Miner das Problem durch Ausprobieren von vielen Werten (siehe dazu auch Proof of Work). Zwar gibt es verschiedene Arten dieser Berechnungen, vereinfacht kann man aber folgende Analogie nutzen:

„Finde einen Hashwert, der die vorgegebenen Eigenschaften erfüllt“

Je strenger die gewünschten Eigenschaften sind, desto schwieriger wird es, einen Wert zu finden, der all diese Anforderungen erfüllt. Beim Proof-of-Stake beeinflussen wir die Schwierigkeit aber unter anderem mit dem Stake eines Nutzers – je größer der Stake, desto geringer sind die Anforderungen an das Ergebnis. Damit ist es für Nutzer mit höherem Stake einfacher, Ergebnisse mit diesen Eigenschaften zu treffen.

Mathematisch kann man sich diese Problemstellung wie folgt (vereinfacht) vorstellen:

Suchraum = [0, 50 + 5*Stake]

Der Miner muss ein Ergebnis finden, das im Bereich von 0 und 50+5*Stake liegt. Besitzt der Nutzer einen Stake von 0, dann ist der Suchraum sehr klein, in diesem Beispiel genauer gesagt zwischen 0 und 50.

Besitzt er hingegen einen Stake in Höhe von 10, erweitert sich der Suchraum auf das Intervall von 0 bis 550. Es gibt also wesentlich mehr günstige Ergebnisse und der Nutzer besitzt eine höhere Wahrscheinlichkeit, ein solches Zufallsergebnis zu finden. Deshalb ist die Erfolgswahrscheinlichkeit beim Proof-of-Stake-Mechanismus von der Größe des Stakes abhängig und bildet analog die Idee eines Unternehmensanteils mit Stimmrechten ab.

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