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Proof of Work (PoW) in der Blockchain verstehen: Schlüsselmechanismus erklärt

Was ist Proof of Work (PoW)?

Proof of Work (PoW) ist ein grundlegender Konsensmechanismus in der Blockchain-Technologie. Er erfordert erhebliche Rechenleistung, um Transaktionen zu validieren und so die Sicherheit und Integrität des Blockchain-Netzwerks ohne Abhängigkeit von einer vertrauenswürdigen dritten Partei zu gewährleisten. Ursprünglich durch Bitcoin populär gemacht, bildet PoW die Grundlage für viele Kryptowährungen, indem es eine sichere Peer-to-Peer-Transaktionsverarbeitung ermöglicht.

Wichtige Erkenntnisse

Proof of Work (PoW) ist ein Konsensmechanismus, der von Kryptowährungen wie Bitcoin verwendet wird, um Transaktionen zu validieren und die Blockchain zu sichern.
Mining bei PoW erfordert erhebliche Rechenleistung, um Verschlüsselungsrätsel zu lösen, was zu einem hohen Energieverbrauch führt.
Im Gegensatz zu Proof of Work verwendet Proof of Stake eingesetzte Kryptowährung als Sicherheit und benötigt weniger Energie und Rechenleistung.
Aufgrund der Rentabilität und Ressourcenintensität hat der wettbewerbsorientierte Charakter des PoW-Minings die Macht bei großen Unternehmen zentralisiert.
Proof of Work macht Vertrauen in finanzielle Transaktionen überflüssig, indem ein Netzwerk zur Überprüfung von Informationen eingesetzt wird, was Sicherheit und Integrität gewährleistet.
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Wie Proof of Work Blockchain-Transaktionen validiert

In einigen Blockchains zeigt Proof of Work, dass ein Programm die Aufgaben erledigt hat, die zum Vorschlagen eines neuen Blocks erforderlich sind. Es wird allgemein als Konsensmechanismus bezeichnet, da schließlich ein Netzwerkkonsens erreicht wird, nachdem der Nachweis erbracht wurde, dass die Arbeit ehrlich ausgeführt wurde (in diesem Fall bedeutet „ehrlich“, dass es keine Versuche gab, Daten zu manipulieren).

Proof of Work wird erbracht, indem die Informationen in einem Block durch einen Hashing-Algorithmus gesendet werden und dann variable Felder angepasst werden, bis eine hexadezimale Zahl erreicht ist, die einen niedrigeren Wert als das Schwierigkeitsziel des Netzwerks hat. Dies dient als Nachweis, dass das Programm den Rechenaufwand aufgewendet hat, um den Block zu „hashen“, bis eine Lösung gefunden wurde.

Blockchain-Konsens mit Proof of Work erreichen

Hier ist eine kurze Übersicht, wie der Proof-of-Work-Prozess auf der Bitcoin-Blockchain abläuft.

Zunächst erstellt der Arbeiter, der als Miner bezeichnet wird, eine temporäre Datei (einen Block). Wenn dieser den Wettbewerb um die Lösung eines Gewinner-Hashes gewinnt, wird diese Datei in der Blockchain gespeichert. Der Block hat die folgenden vier Felder:

Blockgröße

Blockheader

Transaktionszähler

Transaktionen

Der Blockheader enthält die folgenden Felder:

Softwareversion

Hash des vorherigen Blocks

Merkle-Wurzel

Zeitstempel

Schwierigkeitsziel

Nonce

Das Mining-Programm erstellt einen Block und fügt die von ihm priorisierten Transaktionen in das Transaktionsfeld ein. Es passt kontinuierlich die Nonce und die zusätzliche Nonce (die Teil der Coinbase-Transaktion im Merkle-Baum ist) an und sendet die Informationen im Block durch einen Hashing-Algorithmus.

Der Prozess wiederholt sich, bis eine Lösung gefunden wird – ein Wert, der gleich oder kleiner als das Schwierigkeitsziel ist. Das Schwierigkeitsziel ist so festgelegt, dass eine bestimmte Anzahl von Hashes pro Sekunde versucht werden muss, bevor eine Lösung gefunden wird. Zum Beispiel hatte Block 843.900 am 17. Mai 2024 ein Schwierigkeitsziel von 83,148T, also 83,148 Billionen Versuche pro Sekunde pro Miner.

Der Gewinner-Hash für diesen Block war:

000000000000000000033028b3c8296ed776653032030cd01290f4345f5a9b6e

Dieser Hash diente dem Netzwerk als Nachweis, dass der Miner die Arbeit geleistet hat. Der Block wurde zur Blockchain hinzugefügt, und das Netzwerk begann mit dem Prozess der Konsensfindung.

Konsens

Konsens, ein Zustand der Übereinstimmung im gesamten Blockchain-Netzwerk, tritt ein, nachdem ein Block geschlossen und zur Kette hinzugefügt wurde. Während der Arbeit am Vorschlagen neuer Blöcke und der Erzeugung von Gewinner-Hashes validiert jeder Miner auch jeden neuen Block, sobald er hinzugefügt wird. Jeder Miner sendet an das Netzwerk, dass der von ihm bestätigte Block gültig ist.

Neue Blöcke verwenden den Header-Hash des vorherigen Blocks, um eine Kette von Nachweisen zu bilden, die zum Netzwerkkonsens führt. Aus diesem Grund werden diese Nachweise als Konsensmechanismen bezeichnet – weil sie die Grundlage dafür bilden, wie Konsens erreicht wird.

Vergleich von Proof of Work und Proof of Stake: Hauptunterschiede

Die beiden beliebtesten Konsensmechanismen sind Proof of Work und Proof of Stake. Bitcoins größter Konkurrent, Ethereum, verwendete bis September 2022 Proof of Work in seiner Blockchain, als der lang erwartete Übergang zu Proof of Stake stattfand. Hier sind einige der Hauptunterschiede zwischen den beiden.

Die Validierung erfolgt durch ein Netzwerk von Minern

Bitcoin wird als Belohnung und für Transaktionsgebühren gezahlt

Wettbewerbscharakter verbraucht viel Energie und Rechenleistung

Die Validierung erfolgt durch Teilnehmer, die Ether als Sicherheit anbieten

Ether wird nur für Transaktionsgebühren gezahlt

Weniger Rechenleistung und Energie verbraucht

Konsens wird schneller erreicht, da es keine Schwierigkeit gibt

Überlegungen zum Proof-of-Work-Mining

Proof-of-Work-Mining ist wettbewerbsintensiv, da viele versuchen, Gewinne zu erzielen. Da minbare Kryptowährung einen Marktwert hat, sind Unternehmen entstanden und haben den Großteil der Rechenleistung übernommen, die von Proof-of-Work-Blockchains verwendet wird.

Zum Beispiel hatte FoundryDigital am 17. Mai 2024 die meiste Hashleistung auf Bitcoin, 175 EH/s von insgesamt 673 EH/s.1 Foundry Digital gehört der Digital Currency Group, einer Risikokapitalgesellschaft, die hunderte von Kryptowährungsprojekten finanziert oder investiert hat.2

Bitcoin und andere Proof-of-Work-Kryptowährungen waren ursprünglich für die individuelle Nutzung und den Betrieb konzipiert. Einzelpersonen wurden jedoch von Unternehmen, die sie aus Profitgründen zentralisiert haben, aus den Prozessen verdrängt.

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

PoW erfordert von Knoten in einem Netzwerk den Nachweis, dass sie Rechenleistung (d. h. Arbeit) aufgewendet haben, um auf dezentrale Weise einen Konsens zu erzielen und böswillige Akteure daran zu hindern, das Netzwerk zu übernehmen. Proof of Stake erfordert Sicherheiten in Form von eingesetzter Kryptowährung, um ein vertrauenswürdiger Teilnehmer zu werden.

Was ist ein Beispiel für Proof of Work in einer Blockchain?

Bitcoin Cash und Litecoin verwenden beide Proof of Work als Konsensmechanismen.

Warum braucht man Proof of Work?

Aktuelle Finanzsysteme basieren auf einem Vertrauensbedarf. Aber wenn es um Finanzen geht, hat sich immer wieder gezeigt, dass manche Menschen nicht vertrauenswürdig sind, um das Richtige zu tun. Ein Nachweis macht das Vertrauen überflüssig, dass andere ehrlich handeln, da es sich um Code handelt. Code ist nicht durch Geld versucht, daher kann er, wenn er mit guten Absichten geschrieben wurde und nicht verändert werden kann, unser Bedürfnis ersetzen, Menschen zu vertrauen, die wir nicht kennen.