Elon Musk hat mit seiner Bitcoin-Rüge vom 13. Mai die Kritik am Energieverbrauch und die vermeintlich schlechte CO2-Bilanz des Netzwerks ins mediale Rampenlicht gezerrt. Dabei ist die Diskussion um den vermeintlichen “Klimakiller Bitcoin” beinahe so alt, wie das digitale Gold selbst. So hatte mit dem US-amerikanischen Programmierer Hal Finney ein Bitcoiner der ersten Stunde – der auch als möglicher Satoshi Nakomoto gehandelt wird – bereits wenige Wochen nach dem Genesis-Block verkündet, an einer klimafreundlicheren Implementierung von Bitcoin arbeiten zu wollen:
Ob berechtigt oder nicht – die wachsende Kritik an Bitcoins Proof of Work bietet eine dankbare Argumentationsgrundlage für Altcoins, die alternative Konsens-Mechanismen, allen voran den Proof of Stake (PoS), verwenden. Tatsächlich setzen immer mehr Bitcoin-Epigonen auf PoS. Während etwa Ethereum aktuell mit der Mammutaufgabe befasst ist, das Netzwerk von PoW auf PoS umzusatteln, bauen jüngere Netzwerke bereits “ab Werk” auf Proof of Stake. Im Coin des Monats haben wir bereits zahlreiche Projekte beleuchtet, die mit ihrem Proof of Stake Ethereum Beine machen wollen.
Nun ist Proof of Stake nicht gleich Proof of Stake. Seitdem Peercoin bereits im Jahr 2012 mit seinem hybriden PoS/PoW-Modell Pionierarbeit geleistet hat, haben sich diverse weitere Implementierungen von PoS herausgebildet, die jeweils eigene Regeln für das Fortspinnen der Blockchain haben. (Fun Fact: Der fast vergessene Peercoin explodierte regelrecht nach Elon Musks Bitcoin-Kritik – allerdings deutet viel auf ein Strohfeuer hin).
Was die allermeisten PoS-Netzwerke vereint: Wer sich als Validator (in etwa das Pendant zu Bitcoins Miner) betätigen will, muss zunächst eine Mindestmenge an Token im Netzwerk hinterlegen (staken). Das Kalkül: Wer viel hat, hat auch viel zu verlieren und daher wenig Interesse daran, dem Netzwerk durch unehrliches Handeln zu schaden – das Grundprinzip von PoS.
Beim Delegated Proof of Stake – einer besonders weit verbreiteten PoS-Variante – haben Holder die Möglichkeit, ihre Coins einem Validator zuzuweisen, um dessen Chance auf die Block-Belohnung zu vergrößern. Im Gegenzug erhalten sie einen Anteil an der Block-Belohnung, wenn der von ihnen gewählte “Delegierte” den nächsten Block produziert hat. Das Problem: Hodler mit besonders tiefen Taschen haben mehr Stimmgewicht, wodurch DPoS-Netzwerke Gefahr laufen, zu einer Plutokratie zu verkommen, bei der nur wenige reiche Akteur:innen für die Block-Produktion verantwortlich sind. Das kann Abstriche bei der Dezentralisierung sowie der Netzwerksicherheit bedeuten, weil eine vergleichsweise kleine Teilmenge aller Netzwerkteilnehmer:innen über die Geschicke der Blockchain bestimmt.
Algorand: “Purer” Proof of Stake
Die Smart-Contract-Plattform Algorand will das besser machen. Algorand wurde im Jahr 2017 von Silvio Micali, einem Informatiker und Turing-Preisträger von der Elite-Hochschule MIT, aus der Taufe gehoben. Um das Blockchain-Trilemma aus Dezentralisierung, Sicherheit und Skalierbarkeit zu lösen, setzt Algorand auf einen Konsens-Mechanismus namens “Pure Proof of Stake” (PPoS).
Die Konsensfindung in Algorand ähnelt einer Lotterie. Zunächst wird unter allen ALGO-Holde diejenige oder derjenige ausgesucht, die oder der dann einen neuen Block vorschlägt. Jeder Token dient dabei als “Los”. Das heißt, je mehr Token man hat, desto höher ist die Chance, vom Zufallsgenerator ausgewählt zu werden. Eine zentrale Rolle spielt dabei die sogenannte Verifiable Random Function (VRF), eine bahnbrechende Erfindung von Micali, die auch von Cardanos Proof-of-Stake-Mechanismus Ouroboros verwendet wird.
Vereinfacht ausgedrückt ermöglicht VRF die Überprüfung, ob ein Wert, der zufällig generiert werden sollte, auch zufällig generiert und nicht künstlich manipuliert wurde.
Das ist wichtig, denn der Zufall entscheidet in Algorand darüber, wer den nächsten Block erstellt und wer ihn anschließend bestätigt.
Für jeden Block lost dieses Protokoll ein Komitee aus Netzwerkteilnehmer:innen aus, die mindestens 1 ALGO besitzen und online sind. Aus dem Komitee wird ein Netzwerkknoten zufällig ermittelt, der aus einem Pool von unbestätigten Transaktionen (bei Bitcoin “Mempool” genannt) einen neuen Block zusammenstellt, wobei eine Kontrolle durch die anderen Komitee-Teilnehmer erfolgt. Steht der Block, muss er noch bestätigt werden, bevor er an die Blockchain angehängt wird. Dafür wird ein neues Komitee aus ALGO-Holder gebildet. Ist der Block bestätigt, wird er an die Algorand Blockchain angehängt. Der ganze Prozess dauert weniger als 5 Sekunden. Weil die Komitee-Mitglieder erst nach getaner Arbeit sichtbar werden, ist es für Angreifer:innen unmöglich, im Vorfeld zu wissen, welche Nodes sie ins Visier nehmen müssten.
Gleichzeitig erlaubt dieser Ansatz, dass Algorand-Blöcke sofort über Finalität verfügen. Zum Vergleich: Bei Bitcoin gilt eine Transaktion erst nach 5-6 Blöcken (50-60 Minuten) als unumkehrbar. Damit verbunden ist der Umstand, dass es in Algorand keine Forks geben kann.
