Was ist ein Konsensalgorithmus?

Kurze Zusammenfassung

✔️ Konsens bedeutet im Zusammenhang mit Kryptowährungen, dass man sich auf den Zustand einer Blockchain einigt.

✔️ Ein Algorithmus ist eine Methode zur Lösung eines mathematischen oder computerbezogenen Problems.

✔️ Ein Konsensalgorithmus stellt sicher, dass Validierer zusammenarbeiten, um einen korrekten neuen Block in einer Blockchain zu gewährleisten.

Konsensalgorithmus

Ein Konsensalgorithmus besteht aus zwei Wörtern, von denen das erste recht einfach zu erklären ist. Konsens bedeutet Einigung oder Einverständnis.

Im Zusammenhang mit Kryptowährungen bedeutet Konsens, dass man sich über den Zustand einer Blockchain einig ist.

Und jetzt kommt der knifflige Teil. Jeder kennt das Wort Algorithmus, aber was genau bedeutet es?

Ein Algorithmus ist eine Methode zur Lösung eines mathematischen oder computerbezogenen Problems. Dabei wird von einem Ausgangszustand bis zum Endziel gearbeitet, indem eindeutig definierte Anweisungen angewendet werden. Das ist ein ganz schöner Brocken. Es geht auch einfacher!

Das Ziel eines Algorithmus ist es, ein Problem zu lösen. Die Anweisungen eines guten Algorithmus arbeiten so, dass das Endziel so effizient wie möglich erreicht wird.

Das Wort Algorithmus wird heute für alle endlichen Verfahren zur Lösung von Problemen oder zur Ausführung von Aufgaben verwendet.

Wenn wir also von einem Konsensalgorithmus sprechen, meinen wir eine Reihe von Anweisungen, die dazu führen, dass ein Konsens zwischen den Teilnehmern eines Blockchain-Netzwerks erreicht wird. Diese Teilnehmer müssen den Zustand des Blockchain-Netzwerks aufrechterhalten (validieren) und immer mehrheitlich zustimmen, dass der neue Zustand des Netzwerks korrekt ist.

In gewöhnlichen menschlichen Begriffen könnte man sagen, dass ein Computerprogramm (Algorithmus) dafür sorgt, dass sich die Teilnehmer (Validatoren) auf ein bestimmtes Ergebnis (den Zustand der Blockchain) einigen.

Ein Beispiel für einen Algorithmus ist der von Euklid in Bezug auf den allgemeinen Divisor:

Solange A und B nicht gleich sind: Ziehe von dem größeren der beiden den anderen ab. Sobald sie gleich sind, ist der größte gemeinsame Teiler a (oder b).

Und das ist nur ein einfaches Beispiel!

Das Wort Algorithmus stammt aus dem Altertum. Es ist eine Verballhornung des Namens eines persischen Mathematikers aus dem 8. Jahrhundert, Al-Chwarizmi. Der erste bekannte Algorithmus für einen Computer wurde 1842 von Ada Lovelace, der Tochter von Lord Byron, geschrieben.

Wie funktioniert ein Konsensalgorithmus?

Ein Konsensalgorithmus sorgt dafür, dass Validatoren zusammenarbeiten, um einen korrekten neuen Block in einer Blockchain zu gewährleisten. Er erhöht die Sicherheit einer Blockchain und sorgt dafür, dass eine Blockchain nicht gewartet werden muss, sondern alles von selbst geschieht. Wir nennen das dezentral, weil das Netzwerk keine zentrale Behörde braucht, die alles kontrolliert, wie z.B. eine Bank.

Ein neuer Block in einer Blockchain enthält Transaktionen und neue Token. Wenn sich eine Mehrheit der Validatoren darüber einig ist, welche Transaktionen seit dem letzten erstellten Block stattgefunden haben und wer den neuen Block erstellen darf, beginnt der designierte Validator mit der Erstellung dieses Blocks und die Kette ist um einen Block größer geworden.

Welche Varianten eines Konsensalgorithmus gibt es?

Proof of Work

Die Validatoren, die einen neuen Block erstellen dürfen, werden auf viele Arten ausgewählt. Der bekannteste Weg ist der Arbeitsnachweis (Mining). Dabei darf derjenige, der als erster ein schwieriges kryptographisches Rätsel gelöst hat, den neuen Block erstellen, wenn eine Mehrheit seiner Kollegen (auch Miner oder Validatoren) zustimmt (Konsens), dass dieser neue Block korrekt ist. Dieser Algorithmus hat sich als sehr sicher erwiesen, obwohl er wegen des Energieverbrauchs nicht nachhaltig ist. Die Schaffung von großen Mining Pools führt zu einer Zentralisierung.

Proof of stake

Eine weitere bekannte Methode ist der Proof of Stake, von dem es viele Varianten gibt. Dabei wird ein bestimmter Validator bestimmt oder ausgelost, der den neuen Block erstellen darf, wenn eine Mehrheit der Validatoren (Nodes) zustimmt, dass der neue Block korrekt ist. Beim Proof of Stake werden Coins zum Einsatz gebracht, also gewettet und gehalten. Die Sicherheit dieses Algorithmus liegt darin, dass die Leute, die das Netzwerk sicher halten müssen, Coins verlieren, wenn sie es nicht tun, und daher ist er sehr sicher. Allerdings werden Personen mit vielen Coins immer reicher und gewinnen mehr Einfluss auf ein Netzwerk.

Delegated Proof of Stake

Eine kleine Gruppe von Validatoren setzt viele Coins aufs Spiel und Personen mit weniger Coins setzen ihre Coins bei diesen Delegierten aufs Spiel. Die Delegierten erhalten eine große Anzahl von Coins auf dem Spiel, die sie mit den Personen teilen, die sie delegiert haben. Dieser Konsensalgorithmus bietet demokratisch gewählte Validatoren und ist gut skalierbar. Er kann jedoch zu Günstlingswirtschaft führen, bei der sich die Teilnehmer gegenseitig bevorzugen und der Einfluss zentralisiert wird.

Proof of Burn

Dies ist ein recht merkwürdiger Konsensmechanismus, bei dem es wahrscheinlicher ist, dass Sie einen Block hinzufügen, wenn Sie mehr Coins verbrennen. Coins verbrennen bedeutet, sie zu zerstören, zum Beispiel indem man sie an das falsche Netzwerk sendet oder ähnliches. Natürlich wird die Inflation eher gering sein, wenn so viele Coins verbrannt werden, aber da die Leute ihre Coins nicht gerne zerstören, wird es wohl nie sehr populär werden.

Proof of Capacity

Dieser Konsensmechanismus ist auch als Proof of Space bekannt. Je mehr Speicherplatz Sie auf Ihrer Festplatte einem Netzwerk hinzufügen, desto wahrscheinlicher ist es, dass Sie dafür eine Belohnung erhalten. Der Vorteil dieses Mechanismus ist, dass er energieeffizient ist. Der Nachteil ist, dass Sie große Festplatten benötigen und diese gut gegen Malware und Viren absichern müssen.

Proof of Authority

Sie setzen hier nicht Ihre Coins aufs Spiel, sondern Ihren Namen oder Ihren Ruf. Jeder, der seiner Verantwortung nicht nachkommt, wird als schlechter Validator bekannt sein, und andere Netzwerke werden Sie möglicherweise meiden. Vor allem große Taschen und Börsen können sich das nicht leisten. Weil Validatoren ihren Namen nicht aufs Spiel setzen wollen, werden sie sich gut benehmen. Weil sie sich so gut benehmen, werden sie auch die meiste Autorität haben und somit die meisten Coins erhalten, was zu einer Zentralisierung führt.

Proof of Participation

Dieser Konsensalgorithmus arbeitet ebenfalls mit Reputation, allerdings unter Validatoren und Nodes. Je besser sie sich in einem Netzwerk engagieren, desto häufiger werden sie ausgewählt, um neue Coins zu schaffen. Es ist einer der fairsten Mechanismen, auch wenn nur relativ wenige große Coins mit ihm arbeiten.

Proof of Elapsed Time

Während die meisten Blockchains erlaubnisfrei sind, was bedeutet, dass Sie keine Erlaubnis benötigen, um einem Netzwerk beizutreten, ist dieser Konsensmechanismus einer, bei dem Sie eine Erlaubnis benötigen. Bei diesem Algorithmus werden die Validatoren nach dem Zufallsprinzip zugewiesen, um der Blockchain Coins hinzufügen zu dürfen, je nachdem, wer nach dem Beginn der "Schlafzeit" (elapsed time) zuerst aufwacht. Das ist fair, verbraucht wenig Strom, aber Sie brauchen eine Erlaubnis, um teilzunehmen, was immer das Risiko birgt, zensiert zu werden.

Delayed Proof of Work

Hierbei wird die Hashing-Leistung größerer Netzwerke genutzt, um das kleinere Netzwerk vor Angriffen zu schützen. Dadurch erhält das Netzwerk eine größere Sicherheit.

Effective Proof of Stake

Hierbei werden die Frühstarter, die als am vertrauenswürdigsten gelten, am häufigsten dazu bestimmt, neue Coins zu prägen. Für Neulinge sind jedoch weiterhin Belohnungen vorgesehen, damit nicht alle Coins zentralisiert werden.

Pure Proof of Stake

Hierbei handelt es sich um einen auf einer Lotterie basierenden Algorithmus, bei dem jeder die gleiche Anzahl von "Losen" für die Teilnahme erhält, basierend auf den eingesetzten Coins. Natürlich gewinnen die Stürmer mit den meisten Losen am häufigsten. Es handelt sich um ein sehr dezentrales System.

Bonded Proof of Stake

Bei diesem Konsensmechanismus binden Sie Ihre Coins für eine bestimmte Zeit. Je mehr Sie binden, desto mehr Stimmen können Sie abgeben. Ein Nachteil dieser Methode ist, dass Striker während der Zeit, in der ihre Coins gebunden sind, viel Geld verlieren können, wenn der Coin zusammenbricht oder der Bärenmarkt sie weniger wert macht.

Nominated Proof of Stake

Bei dieser Methode nominieren die Staker Validatoren, um neue Blöcke zu bilden. Wer die meisten Stimmen erhält, darf dies tun.  Es kann zu einer Bevorzugung kommen, wenn weniger gute Validatoren die meisten Stimmen erhalten. Auf der anderen Seite ist es ein einfaches System, das wenig Energie verbraucht und schnell funktioniert.

Proof of Stake Time

Je länger Sie einen Coin staken, desto größer ist Ihre Belohnung. So erhalten Sie sehr zuverlässige Validatoren, die aber irgendwann alle Coins haben, weil niemand mehr über sie verfügt. Der Mangel an Angebot kann dazu führen, dass das Interesse sinkt und der Preis sogar einbricht.

Leased Proof of Stake

Hier mieten Staker Coins von Validatoren, woraufhin sie einen Teil des Erlöses der von einem solchen Validator hinzugefügten Blöcke erhalten. Ein Vorteil ist, dass Sie keine großen Beträge setzen müssen, um teilzunehmen. Ein Nachteil ist, dass Sie selbst mit der Bewertung von Validatoren beginnen müssen, bevor Sie Coins von einem Validator mieten können.

Anonymous Proof of Stake

Bei diesem Algorithmus bleibt Ihre Identität verborgen, so dass Sie Ihre Einsätze anonym tätigen und Belohnungen erhalten können. Diese Art von Coins kann in einigen Ländern gerade wegen des Risikos von Geldwäsche und Betrug verboten sein.

Hybrid Proof of Stake

Kombiniert Proof of Work und Proof of Stake. Er versucht, das Beste aus beiden Welten zu vereinen.

Delegated Proof of Contribution

Je mehr Sie für ein Netzwerk tun, desto wahrscheinlicher ist es, dass Sie neue Blöcke erstellen oder Coins erhalten dürfen. Sowohl der Wähler als auch der Beauftragte erhalten Belohnungen vom Netzwerk.

Secure Proof of Stake

Dieser Algorithmus arbeitet sowohl mit der Anzahl der Coins, die auf dem Spiel stehen, als auch mit der Bewertung des Validators. Er verwendet einen RNG, der nicht vorhergesagt oder beeinflusst werden kann. Dies ist ein ziemlich faires System.

Tresholded Proof of Stake

Hierbei handelt es sich um eine Art Auktionssystem, bei dem die Stürmer für eine bestimmte Zeit Coins im Verhältnis zur Höhe ihres Gebots hinzufügen dürfen. Da viele Personen mit einer Rolle und damit Coins ausgewählt werden, ist dies ein ziemlich dezentrales System. Der Schwellenwert bedeutet, dass Sie einen berechneten Schwellenwert einsetzen müssen, um eine Belohnung zu erhalten.

Roll Delegated Proof of Stake

Bei diesem System werden die Delegierten über einen RNG ausgewählt, um einen neuen Block zur Blockchain hinzuzufügen. Dies verhindert Günstlingswirtschaft.

Proof of Coverage

Dieser Konsensmechanismus prüft, ob Sie tatsächlich das Netzwerk unterhalten, das Sie zu besitzen behaupten. Die Teilnehmer an diesem Netzwerk senden und empfangen Signale und werden dafür belohnt. Es ist eine billige, stromsparende Möglichkeit, Coins hinzuzufügen. Der Nachteil ist jedoch, dass die Orte mit Minern überfüllt werden können oder umgekehrt, was die Einnahmen auf ein Minimum reduzieren kann.

Proof of History

Dieser Algorithmus arbeitet mit Zeitstempeln (hält die Zeit fest), wenn ein Block erstellt wird. Die Verwendung der Blockhöhe (gibt an, wo in der Blockchain sich der Block befindet) macht das Netzwerk viel schneller. Bitcoin zum Beispiel verwendet zwei Zeitstempel.

Proof of Importance

Dies ist einer der Spinner unter den Römern. Sie müssen eine Menge Coins staken, wenn Sie als wichtig gelten, können Sie eine Menge neuer Coins erbeuten. Wichtig werden Sie, wenn Sie viele Münzen besitzen, sie lange halten und viel mit den Münzen handeln. Halten Sie sich vom Gras fern! Wie können Sie sich das vorstellen?

Delegated Proof of Broker

Sie werden zum Broker, wenn Sie eine bestimmte Anzahl von Coins auf mehrere Börsen verteilen. Die Software des Netzwerks führt dann automatisch Handelswege über den Liquiditätsaggregator der Konten des Brokers aus. Striker können einen Broker wählen, der attraktive Belohnungen bieten sollte. Dieses Prinzip ist sehr schnell und skalierbar.

Proof of Transfer

Dies ist ein Konsensalgorithmus, der zwei Blockchains verwendet. Validatoren übertragen (transferieren) Coins, um eine Art Lotterie zu gewinnen, um der Anführer zu werden und neue Blöcke schürfen zu dürfen.

Proof of Storage

Algorithmus, der beweist, dass Sie etwas komplett von Ihrem Computer aus betreiben.

Proof of Activity

Dieser Konsensalgorithmus ist eine Kombination aus Proof of Stake und Proof of Work, bei dem sich alle Miner einigen müssen und somit alle Transaktionen echt sind. Dies ist ein sehr sicheres System, obwohl die Skalierung zu einem Problem werden kann.