Kryptowährungen werden für immer mehr deutsche Anleger:innen spannend. Doch vor einem voreiligen Investment solltest du die Grundlagen kennen. Diese klären wir in „Krypto-Buzzwords unchained“. Heute: Was ist eigentlich ein Konsensmodell und welche Arten der Validierung gibt es?
Was ist ein Konsensmodell?
Die Blockchain zeichnet sich durch ihre Unabhängigkeit von einer zentralen Instanz zur Bewertung ab. Wenn ein neuer Block, also ein neuer Baustein an die Blockchain gehängt wird, muss dieser auf seine Korrektheit überprüft werden.
Um die Validierung eines Blocks abzuschließen, ist die Zustimmung aller Teilnehmer:innen notwendig. Die Verifizierung des Vorgangs geschieht über ein Konsensmodell.
Konsensmodell setzt auf Demokratie und verhindert Betrug
Dieses Konsensmodell gibt vereinfacht ausgedrückt die Spielregeln vor, anhand derer neue Blöcke auf ihre Korrektheit überprüft werden. Durch die Einbeziehung aller Teilnehmer:innen in den Prozess wird das System vor Betrügern geschützt.
Zugleich trägt das gewählte Konsensmodell dazu bei, Betrug zu minimieren und unattraktiv zu gestalten. Das heißt: Wer sich beispielsweise einen Bitcoin erschleichen will, muss einen so hohen Aufwand betreiben, der in keinem Verhältnis mehr zum Gewinn steht.
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Welche Konsensmodelle für Kryptowährungen gibt es?
Die bisherigen Erläuterungen zum Konsensmodell sind eher technisch. Mehr Klarheit bringt dabei ein Blick auf die unterschiedlichen Konsensmodelle, die bei Kryptowährungen zum Einsatz kommen.
Zum Einstieg ist ein Blick in die Politik hilfreich: So lässt sich ein Konsensmodell mit der Kompromissfindung im Parlament vergleichen. Es handelt sich folglich um die schnellste Methode, um eine einheitliche Antwort auf eine Frage (Entspricht der neue Block den Anforderungen der Validierung?) zu finden.
1. Proof of Work
Das wohl bekannteste Konsensmodell im Bereich der Kryptowährungen ist der sogenannte Proof of Work (PoW). Dieser kommt beim Bitcoin und auch (noch) bei Ethereum zum Einsatz.
Die Idee dahinter stammt von den beiden Wissenschaftlern Cynthia Dwork und Moni Naor. Das Prinzip ist simpel: Bevor Dienstleister:innen auf einen Dienst (Bitcoin) Anspruch haben, müssen sie Arbeit verrichten.
Mit Blick auf das Mining oder Schürfen von Bitcoin bedeutet das: Miner müssen vereinfacht ausgedrückt komplexe mathematische Rätsel mit Hilfe von Rechenleistung lösen. Nach dem Lösen erhält der Miner einen individuellen Hashwert.
Diesen Hashwert erhalten dann alle Teilnehmer:innen im entsprechenden Netzwerk zur Überprüfung. Ist der Wert korrekt, wird der neue Block validiert und an die Blockchain gehängt. Dafür erhält der Miner, der die Aufgabe gelöst hat, dann eben beispielsweise Bitcoin.
Der Nachteil des Proof of Work
Aus den Erklärungen geht bereits der größte Nachteil des PoW hervor: Das Bitcoin-Mining – und auch das Mining anderer Kryptowährungen – ist extrem energie- und kostenintensiv. So verbraucht das Bitcoin-Mining laut der University of Cambridge schon heute mehr Energie als ganz Schweden in einem Jahr.
Zusammenfassung: Beim Proof of Work tauschen Nutzer:innen ihre Rechenleistung für mathematische Rätsel gegen Kryptowährungen.
2. Proof of Stake
Um dieses Problem zu lösen, werden immer wieder andere Konsensmodelle entwickelt. Die bekannteste Alternative ist dabei der sogenannte Proof of Stake. Dieses Konsensmodell erlaubt es allen Besitzer:innen von Coins, neue Coins zu erschaffen.
Oder anders ausgedrückt: Wer 32 Ethereum auf Ethereum 1.0 (Proof of Work) besitzt, bekommt die Berechtigung auf der neuen Blockchain Ethereum 2.0 (Proof of Stake) neues Ethereum zu erhalten.
Das Konsensmodell, auf das Ethereum-Erfinder Vitalik Buterin ab dem Jahr 2021 setzen will, setzt also nicht mehr auf Mining.
Stattdessen wird vom System ein Teilnehmer per Zufall ausgewählt. Davon profitieren all jene Menschen, die viel Ethereum besitzen. Denn: Je mehr Coins in einer Wallet liegen, desto höher ist die Chance, vom Zufallsgenerator ausgewählt zu werden.
Der Nachteil des Proof of Stake
Dadurch sinkt der Energieverbrauch deutlich, da das Mining entfällt. Zugleich besteht die Gefahr einer Monopolbildung. Wer sowieso schon viel Ethereum besitzt, hat auch bessere Chancen, neue Münzen zu erhalten.
Zusammenfassung: Beim Proof of Stake haben Nutzer:innen mit vielen Anteilen an einer Kryptowährung eine höhere Chance, neue Anteile zu erhalten. Wer keine Anteile besitzt, kann auch keine neuen erhalten.
3. Proof of Space und Proof of Capacity
Als besonders nachhaltig gilt derweil das Modell des Proof of Space oder des Proof of Capacity. Im Sprachduktus verschwindet dabei der Begriff des Mining. An dessen Stelle tritt das Farming. Auf dieses Modell setzt beispielsweise die grüne Kryptowährung Chia.
Das Modell ist nicht nur nachhaltig, sondern auch sehr verständlich. Wer eine Kryptowährung erhalten („farmen“) will, stellt dafür Speicherplatz in Form von Festplatten oder Rechenzentren zur Verfügung.
Je mehr Speicherplatz Nutzer:innen dem Netzwerk zur Verfügung stellen, desto schneller erhalten sie einen Anteil einer Kryptowährung. Somit kann in der Theorie jeder Mensch mit verfügbarem Speicherplatz an diesen Kryptowährungen partizipieren.
Der Nachteil des Proof of Space und Proof of Capacity
Was in der Theorie nach Demokratie, Gleichberechtigung und einer Ressourcen-schonenden Alternative klingt, entwickelt sich schnell ins Gegenteil.
So nutzen professionelle Miner ihren verfügbaren Speicher, um schnell möglichst viel Kryptowährungen zu farmen. Zum Teil aktivieren Gruppierungen sogar ganze Rechenzentren, um den Abbau und somit natürlich auch den Gewinn zu beschleunigen.
Im Fall von Chia hat das beispielsweise dafür gesorgt, dass nach gerade einmal zwei Wochen schon 460 Terabyte Speicherplatz für ein Chia nötig sind. Wer dagegen nur ein Terabyte hat, wartet schon über 20 Jahre.
Außerdem sorgt auch der Proof of Space zumindest indirekt für hohe Energie- und Material-Kosten. Schließlich brauchen Festplatten zahlreiche Materialien. Und auch Rechenzentren verbrauchen viel Energie. Die Gewinnung ist dabei nicht immer nachhaltig.
Zusammenfassung: Beim Proof of Space tauschen Nutzer:innen ihren Speicherplatz gegen Kryptowährungen.
Fazit und neue Konsensmodelle
Der Blick auf die drei wichtigsten Konsensmodelle im Bereich der Kryptografie zeigt: Es gibt kein perfektes Konzept. Jedes Konsensmodell weist früher oder später Schwächen auf. Dadurch entstehen Nachteile für Teilnehmer:innen. Die Ausprägungen unterscheiden sich nach Art des Modells.
Nichtsdestotrotz zeigt das Konsensmodell der Kryptowährungen, dass es nicht zwingend eine zentrale Kontrollinstanz braucht. Und auch der Blick in die Zukunft stimmt durchaus optimistisch.
Warum hat sich der Proof of Elapsed Time noch nicht durchgesetzt?
Schließlich erscheinen immer wieder neue Konsensmodelle auf dem Markt. So hat der Chip-Hersteller Intel im Jahr 2016 beispielsweise den Proof of Elapsed Time entwickelt.
Dabei teilt ein Algorithmus allen Teilnehmer:innen eine zufällige Wartezeit zu. Wessen Wartezeit zuerst abgelaufen ist, darf einen neuen Block an die Blockchain hinzufügen. Danach erhalten alle Teilnehmer:innen erneut zufällige Wartezeiten zugeteilt.
Obwohl das Konsensmodell fair und energiearm ist, gibt es noch keine Kryptowährung, die auf dieses Konsensmodell setzt. Der Grund dafür ist einfach. Die Verifizierung und Validierung übernimmt mit Intel ein Unternehmen als zentrale Instanz und eben keine dezentrale Blockchain.
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