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- Der Arbeitsnachweis ermöglicht die Bestätigung und Aufzeichnung von Bitcoin-Transaktionen ohne eine zentrale Instanz.
- Es verhindert Angriffe auf die Blockchain eines Kryptos, indem es die Verifizierung von Transaktionen teuer macht.
- Befürworter von Proof of Work behaupten, dass es sicherer ist als andere Mechanismen wie Proof of Stake.
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Das bemerkenswerteste Merkmal von Bitcoin ist seine Dezentralisierung. Es funktioniert sicher ohne die Beteiligung einer zentralen Behörde. Ein verteiltes Netzwerk von Benutzern speichert und aktualisiert das digitale Hauptbuch, das Transaktionen aufzeichnet – die sogenannte Blockchain – auf ihrer eigenen Computerhardware.
Dies wirft jedoch eine wichtige Frage auf: Wie stellt Bitcoin ohne eine zentrale Instanz als letzter Schiedsrichter sicher, dass niemand die Blockchain für seine eigenen Zwecke manipuliert? Die Antwort ist ein Arbeitsnachweis.
Proof of Work ist ein Konsensmechanismus, der verwendet wird, um zu bestätigen, dass Netzwerkteilnehmer, sogenannte Miner, gültige alphanumerische Codes – sogenannte Hashes – berechnen, um Bitcoin-Transaktionen zu verifizieren und den nächsten Block zur Blockchain hinzuzufügen. Dies geschieht, indem andere Teilnehmer des Netzwerks überprüfen lassen, ob die erforderliche Menge an Rechenleistung von dem Miner verwendet wurde, dem die Berechnung des gültigen Hashs gutgeschrieben wird.
Welche Rolle spielt der Arbeitsnachweis bei Kryptowährungen?
Beim Proof of Work geht es darum, einen positiven Anreiz für die Menschen zu schaffen, in die Ressourcen zu investieren, die erforderlich sind, um der Blockchain einer Kryptowährung gültige Blöcke hinzuzufügen.
„Die Herausforderung in einer Blockchain wie Bitcoin besteht darin, einen vereinbarten Transaktionsdatensatz zu führen, ohne eine zentrale Autorität zu haben“, sagt William J. Knottenbelt, Professor am Department of Computing des Imperial College London. “Die entscheidende Frage ist also, wie sich eine Gruppe von Peers mit ähnlichem Status darauf einigen kann, welche von ihnen berechtigt sein sollen, dem gemeinsamen Transaktionsdatensatz hinzuzufügen.”
Der Prozess der Hash-Berechnung wird absichtlich extrem rechentechnisch erschwert. Indem die Teilnehmer gezwungen werden, erhebliche Geldbeträge in Computerressourcen zu investieren, schafft der Proof-of-Work-Mechanismus einen negativen Anreiz, die Integrität der Blockchain zu untergraben. Es verringert auch das Potenzial, dass ein einzelner Bitcoin mehr als einmal gleichzeitig ausgegeben wird – bekannt als Doppelausgaben –, was das Vertrauen in die Kryptowährung zerstören würde.
“Proof of Work ist, wie Bergleute (Blockherausgeber) der Welt beweisen, dass sie die notwendige Arbeit geleistet haben, um einen wohlgeformten Transaktionsblock zu erstellen, der der Blockchain hinzugefügt werden kann.” sagt Knottenbelt. “Aus Sicht der Miner verwandeln sie die Energie, die sie in die Suche nach gültigen Blöcken stecken (für die sie normalerweise spezielle Hochleistungshardware kaufen) in Geld (in Form von Belohnungen, die sie aus Coinbase-Belohnungen und Transaktionsgebühren erhalten).”
Bitcoin-Mining ist im Wesentlichen ein Wettbewerb, bei dem alle Miner darum kämpfen, als Erste extrem komplexe kryptografische Rätsel zu lösen, die es ihnen ermöglichen, der Blockchain den nächsten Block hinzuzufügen und die Zahlung in Form neuer Bitcoins zu erhalten. Der gewinnende Miner erhält die Belohnung erst, nachdem die anderen Systeme im Netzwerk durch das Proof-of-Work-Protokoll überprüft haben, ob die Lösung richtig und gültig ist.
Dies beinhaltet eine erhebliche Menge an Zahlenverarbeitung, wobei die von Bergleuten verwendete Ausrüstung viele Versuche und Fehler durchmachen muss, bevor sie den richtigen Hash finden.
„Der Arbeitsnachweis verwendet einen Lotteriemechanismus – Bergleute erstellen Kandidatenblöcke von Transaktionen (einschließlich einer Belohnung für sich selbst), die mehrere strenge Bedingungen erfüllen müssen“, erklärt Knottenbelt. “Sie testen dann, ob diese Bedingungen erfüllt sind. Fast immer sind sie es nicht und der Bergmann muss zurückgehen und es erneut versuchen.”
Da die meisten Kandidatenblöcke nicht den richtigen Hash enthalten, ist so viel Arbeit mit der Überprüfung von Bitcoin-Transaktionen verbunden. Und tatsächlich kann der Schwierigkeitsgrad dieses Prozesses steigen oder sinken, um sicherzustellen, dass in regelmäßigen Abständen neue Blöcke produziert werden.
„Der Schwierigkeitsgrad der Lotterie wird periodisch angepasst, so dass es bei zu schnellen Blöcken schwieriger wird, die Bedingungen für die Produktion eines gültigen Blocks zu erfüllen, und wenn die Blöcke zu langsam produziert werden, wird es einfacher“, fügt Knottenbelt hinzu.
Woher kommt der Arbeitsnachweis?
Obwohl der Arbeitsnachweis am meisten mit Bitcoin in Verbindung gebracht wird, gehen seine Quellen weiter zurück als 2008, als der Pseudonym Satoshi Nakamoto veröffentlichte das Bitcoin-Whitepaper. Das Konzept gibt es in der Computerwelt mindestens seit den frühen 1990er Jahren, und der Begriff “Proof of Work” soll erstmals in einer Artikel von den Informatikern Ari Juels und Markus Jakobsson im Jahr 1999.
Bei Bitcoin basierte Nakamoto den Proof-of-Work-Mechanismus der Kryptowährung weitgehend auf Hashcash, einer 1997 von Adam Back skizzierten Gegenmaßnahme gegen Denial-of-Service Bitcoin-Blockchain, da weitere Blöcke hinzugefügt werden.
Welche Kryptowährungen verwenden Arbeitsnachweise?
Abgesehen von Bitcoin verwenden so ziemlich alle Kryptowährungen, die darauf basieren oder daraus abgeleitet wurden, auch Arbeitsnachweise. Diese schließen ein:
- Bitcoin-Bargeld
- Bitcoin SV
- Litecoin
- Dogecoin
- Bitcoin-Gold
Es gibt auch eine Vielzahl anderer Kryptowährungen, die nicht auf Bitcoin basieren und derzeit einen Arbeitsnachweis verwenden, darunter:
- Äther
- Ethereum-Klassiker
- Monero
- Zcash
- Kadena
- Rabenmünze
- Siacoin
- Horizont
- DigiByte
Während Proof of Work beliebt ist, wird auch ein anderer Konsensmechanismus, der als Proof of Stake bekannt ist, häufig verwendet. Anstatt den Umfang der geleisteten Rechenarbeit zu überprüfen, verwendet der Proof of Stake die Menge an Kryptowährungsblock-Herausgebern, die bereit sind, als Versicherung gegen ihr Fehlverhalten einzuzahlen.
„Das ist konzeptionell durchaus reizvoll, weil es den Schritt verkürzt, in leistungsstarke Mining-Hardware zu investieren und auch die Energie, die mit der Verwendung dieser Hardware verbunden ist“, sagt Knottenbelt.
Befürworter von Proof of Work argumentieren jedoch, dass Proof of Stake und andere Konsensmechanismen sich unweigerlich für eine Form der Zentralisierung eignen, genau das, was Proof of Work vermeiden sollte.
„Der Nachweis des Anteils ist grundsätzlich zentralisiert“, sagt Jimmy Song, ein Bitcoin-Autor, Pädagoge und Entwickler. “Es gibt keine Möglichkeit zu sagen, was im Konfliktfall zu tun ist.”
Vor- und Nachteile des Arbeitsnachweises
Dies führt zu einer Abwägung der relativen Vor- und Nachteile des Proof of Work im Vergleich zu anderen Mechanismen, wie dem Proof of Stake.
Am wichtigsten ist, dass der Arbeitsnachweis wohl ein höheres Maß an Sicherheit bietet als andere Konsensverfahren, da Bitcoin jetzt seit mehr als einem Jahrzehnt ohne nennenswerte Ausfälle oder Kompromisse läuft.
„Sicherheitstechnisch hat sich der Proof of Work seit mehr als 10 Jahren empirisch als sehr gut erwiesen“, sagt Knottenbelt. “Die Jury steht noch aus, um den Beweis zu erbringen.”
Der Arbeitsnachweis bietet zwar ein optimales Maß an Sicherheit und Dezentralisierung, verursacht jedoch einen erheblichen Preis: Er verbraucht viel Energie.
Nach einigen Schätzungen führt der Arbeitsnachweis zu die Bitcoin-Blockchain mit Energie jedes Jahr entspricht dem Verbrauch einer Nation von der Größe Thailands. Es produziert auch eine große Menge Elektroschrott in Form von Mining-Einheiten, die für immer leistungsstärkere Modelle ausrangiert werden.
Für jeden, der Bitcoin schätzt und glaubt, dass es ein wichtiger Beitrag zur Entwicklung des Geldes ist, ist ein solcher Energieverbrauch und eine solche Verschwendung ein vertretbarer Preis für den einzigen Konsensmechanismus, der sich im Maßstab als robust erwiesen hat. Umgekehrt ist es für jeden, der Kryptowährungen skeptisch bleibt, im Grunde ein Skandal.
Das finanzielle Mitbringsel
Proof of Work ist ein Konsensmechanismus, der sicherstellt, dass Miner einen neuen Block zur Blockchain einer Kryptowährung erst hinzufügen, nachdem sie eine erhebliche Menge an Rechenarbeit geleistet haben, um zu beweisen, dass er gültig ist.
Da der Arbeitsnachweis erhebliche Investitionen in Ressourcen erfordert, wird es immer weniger wahrscheinlich, dass Bergleute und Netzwerkteilnehmer versuchen werden, die Blockchain einer Kryptowährung zu untergraben. Dies ist insbesondere bei Bitcoin der Fall, das seit etwa 12 Jahren in großem Umfang läuft, ohne einen Double-Spend-Angriff zu erleiden.
Der Arbeitsnachweis erfordert jedoch auch den Aufwand für viel Strom. Kritiker von Bitcoin würden argumentieren, dass dies zu viel Umweltauswirkungen hat, um die verbesserte Sicherheit zu rechtfertigen, die es im Vergleich zu Mechanismen wie dem Nachweis des Anteils bietet.