Casper: Wie Ethereum seine Blockchain neu erfinden will

Jeder, der sich auch nur ein wenig mit dem technischen Hintergrund von Ethereum vertraut gemacht hat, wird wahrscheinlich wissen, dass das Projekt viel Zeit auf den Proof of Stake verwendet.

Der Proof of Stake ist ein Ansatz, wie auf anderen Wegen als dem klassischen Proof of Work ein dezentraler Konsens erreicht werden kann. Während der Proof of Work den Konsens durch komplexe Rechnungen erreichen will, soll beim Proof of Stake das durch ein pseudozufälliges Auswählen basierend auf der Höhe eines angelegten Deposits erreicht werden.

Um zu verstehen, warum diese Ideen interessant sind,wagen wir einen kurzen Blick in die Vergangenheit:Seit 2011 gibt es nicht wenige Entwickler, die sich Sorgen machen, dass der Proof of Work insgesamt extrem viel Energie verbrauchen würde – einige Schätzungen meinen, dass der weltweite Konsens soviel Energie wie ganz Dänemark verbrauchen würde. Kein Wunder also, dass Mining immer mehr zum Big Business wird und der einzelne kaum minen kann – was am ursprünglichen Sinn des Netzwerks vorbeigeht.

Auch wenn Proof of Work ein sicheres Netzwerk geschaffen hat und Moores Law viele bzgl einer mittelfristgen Marktregulierung beruhigt, suchten und suchen viele nach einer ressourcentechnisch nachhaltigeren Lösung. Proof of Stake ist dabei der prominenteste Kandidat.

Mit Peercoin und Nxt gibt es zumindest zwei Kryptowährungen,die schon Proof of Stake nutzen. Besonders bei Ethereum ist, dass hier der Wechsel von Proof of Work beim lebenden Objekt geschehen soll: die Blockchain wird weiterlaufen.

Ein solches gewagtes Vorhaben bleibt natürlich nicht ohne Kritik. Viele meinen, dass sowohl der Proof of Stake an sich als auch der Implementationsansatz von Ethereum nicht funktionieren werden.

2015 hat die Bitfury Group ein White Paper veröffentlicht und darin die Unterschiede zwischen beiden Konsensansätzen dargestellt. Außerdem wurden in besagtem Paper die Angriffsmöglichkeiten vorgestellt, die erste Konzepte des Proof of Stake im Keim erstickten.

Trotz dieser schlechten Reputation haben Ethereum-Entwickler immer die Fahne dafür hochgehalten. Die Arbeit am Wechsel des Konsens-Paradigmas benötigte eine Menge an Iterationen und formte schließlich eine finale Idee: man möchte einen Proof implementieren, der von Vitalik Buterin als “Konsens durch Wetten” bezeichnet wird.

Der Kopf hinter Ethereum führte dazu aus, dass aktuell unter dem Codenamen Casper (benannt nach dem leicht nervigen Geist aus dem gleichnamigen Film) eifrig untersucht wird, wie man jene Stakeholder, denen das funktionierende Ethereum-Netzwerk zu verdanken ist, besser entlohnen kann:

“Im aktuellen Entwicklungsprozess werden wirtschaftliche und auch spieltheoretische Fragen betrachtet. Wir untersuchen Protokolle, die auch gegenüber dem Byzantinischen Fehler tolerant sind und suchen nach der Eier legenden Wollmilchsau: dem Protokoll, dass unterschiedliche Anforderungen erfüllt.”

Keine Sorge, das liest sich komplexer als es tatsächlich ist. Der Byzantinische Fehler ist ein Konstrukt, dass letztlich einen schwer erfassbaren, allgemeinen Fehler ausdrückt: ein Server, der an verschiedene Clients bei derselben Anfrage unterschiedliche, protokollkonforme Antworten schickt wäre ein solcher Fehler.

In Laiensprache ausgedrückt geht es Buterin darum, Ethereums Alternative zum Proof of Work korrekt aufzubauen. Im September haben Buterin und ein Co-Developer der Ethereum Foundation, Vlad Zamfir, auf unterschiedlichen Wegen die Vision implementieren wollen. Beide sind davon überzeugt, dass unter den richtigen Konditionen die Kosten für das Mining signifikant verringert werden.

Casper im Detail

Das Entwickler-Team hinter Ethereum bemüht sich, in öffentlichen Diskussionen und mittels open-source Simulationen das Protokoll Interessierten vorzuführen.

Erst vor kurzem hat Buterin einen Bericht veröffentlicht, der auch das Protokoll behandelt. Zamfir hat parallel dazu eine Serie auf seinem Blog veröffentlicht, der quasi eine Art Making of dieses Protokolls darstellt. Neben diesen beiden haben noch andere wie Rick Dudley oder Loi Luu zu diesem Projekt beigetragen.

Doch sprechen wir über das Protokoll. Dazu erinnern wir uns daran, dass mit dem Proof of Stake dasselbe wie mit dem Proof of Work erreicht werden soll, die Konsensfindung (d.h. Nodes sollen Einigung hinsichtlich der korrekten Transaktionsgeschichte erlangen) jedoch deutlich energieeffizienter ablaufen soll.

Nun soll also Proof of Stake implementiert worden sein. Seit 2013 gab es einige Beta-Versionen und Buterin hat seitdem gesagt, dass Ethereum wahrscheinlich von Proof of Work wechseln würde.

Betrachten wir diese Beta-Versionen: Die erste von ihnen hatte ein Problem, dass man als “Nothing at stake” bezeichnet: Stakeholder, die mehr als eine Version der Vergangenheit bestätigten, wurden nicht bestraft, wodurch das Netzwerk die wahre Vergangenheit nicht erkennen konnte.

“Ein fataler Fehler, wenn die Daseinsberechtigung der Technologie sich daran misst, ob diese eine unbestreitbare, offizielle zeitliche Anordnung der Transaktionen vorgibt”, wie Ciaran Murray, ein Technologieberater mit Fokus auf der Blockchain, betonte.

Das ändert nun Casper: Hier werden Stakeholder, die sich nicht an die Regeln halten, bestraft. Vitalik Buterin nutzt eine Analogie, um dieses Prinzip zu erklären: Sagen wir, hundert Leute haben sich um einen Tisch versammelt.

Jemand holt einen Stapel mit Zetteln, auf jedem dieser steht eine andere Transaktionsgeschichte. Der erste Teilnehmer unterzeichnet eine dieser Transaktionsgeschichten und gibt den Stift weiter. Der zweite kann nun wählen, ob er denselben Zettel oder einen anderen unterzeichnet.

Jeder Teilnehmer kann einen Euro bekommen, wenn er zu jenen gehörte, der die Transaktionsgeschichte mit den meisten Unterschriften unterzeichnete.

Und sollte jemand erst den einen, dann den anderen Zettel unterschreiben, bekommt er eine Strafe.
Mit dieser Art von Zuckerbrot und Peitsche Taktik möchte Buterin zu einem stabilen Proof of Stake kommen.

Casper: Noch ein weiter Weg

Natürlich gibt es noch einige Probleme zu lösen. Letztlich gehören diese zum Themenkreis der Krypto-Ökonomie. Diesen Begriff hört man in letzter Zeit häufiger in der Ethereum Community und er umreißt ein sich entwickelndes Studiengebiet, dass klären will, wie Kryptographie Leute durch die richtigen Anreize zu dem richtigen Verhalten erziehen kann.

Im Fall von Proof of Work haben die Miner einen Anreiz, sich fair zu verhalten und korrekte Transaktionen zu bestätigen – sonst verlieren sie Geld. Vitalik Buterin und seine Mitstreiter möchten nun das Netzwerk letztlich ohne Dominanz der Miner durch Anreize zu regelkonformen Verhalten erziehen.

Dafür braucht es laut Buterin erstmal Höflichkeit, sprich einen gesellschaftlichen Konsens. Doch in einigen Fällen wird es schwierig sein, die richtigen Anreize zu schaffen. So sollte beispielsweise ein Block, der der Blockchain hinzugefügt wurde, nur durch einen Konsens der Leute, die Transaktionen bestätigen (d.h. das geplante Äquivalent zu klassischen Minern, Validatoren genannt), wieder entfernt werden können – und dann auch nur durch Verlust der zuvor erhaltenen Rewards.

Eine andere Herausforderung ist, dass man die Validatoren davon abhalten sollte, sich gegenseitig widerrechtlich um die Rewards zu bringen. Gemäß Vitalik Buterins Äußerungen sind noch drei Schritte zu tun: Der Algorithmus muss fertiggestellt werden, man muß ihn debuggen und im Testnet untersuchen und schließlich über alle sieben offiziellen Ethereum Clients verteilen.

Murray kommentiert hierzu:

“Um Probleme wie das Nothing at Stake Problem, das Kartellproblem und das Problem der Finalität zu lösen, scheint Casper der fortgeschrittenste Konsensmechanismus in der Blockchainsphäre zu sein.”

Die nächsten Schritte

Die Frage ist nur: Wann wird aus diesen Konzepten Realität? Buterin möchte hier keine Deadlines nennen, auch wenn er an anderer Stelle grob Ende 2017 als solche genannt hat.

Das wäre selbst für Skeptiker des Proof of Stake interessant. Luke Dashjr, ein Bitcoin Core Entwickler sagte dazu, dass er einen Proof of Stake-Algorithmus, der wirklich funktioniert, unterstützen würde.

Murray rät aber zu einem behutsamen Vorangehen:

“Ich warte gespannt darauf, dass Casper bereit für eine Peer Review ist. So kann man auch überprüfen, ob bei all den Bemühungen, Probleme mit bisherigen Proof of Stake Ansätzen zu lösen, andere entstanden sind.”

Kommentar des Autors (Philipp Giese):