Proof of Work

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Was ist Proof of Work ?

Proof of Work (PoW) beschreibt ein System, das einen nicht unbedeutenden, aber praktikablen Aufwand erfordert, um unseriöse oder böswillige Nutzungen der Rechenleistung, wie das Versenden von Spam-E-Mails oder das Starten von Denial-of-Service-Angriffen, zu verhindern. Das Konzept wurde später von Hal Finney im Jahr 2004 durch die Idee des ” reusable proof of work” (wiederverwendbarer Arbeitsnachweis) unter Verwendung des SHA-256 Hash-Algorithmus an die Sicherung von digitalem Geld angepasst.

Nach seiner Einführung im Jahr 2009 wurde Bitcoin die erste weit verbreitete Anwendung von Finneys PoW-Idee (Finney war auch der Empfänger der ersten Bitcoin-Transaktion). Proof of Work bildet auch die Grundlage für viele andere Kryptowährungen und ermöglicht einen sicheren, dezentralen Konsens.

Proof of Work

  • Proof of Work (PoW) ist ein dezentraler Konsensmechanismus, der von den Mitgliedern eines Netzwerks verlangt, dass sie sich bemühen, ein beliebiges mathematisches Rätsel zu lösen, um zu verhindern, dass jemand das System manipuliert.
  • Proof of Work wird häufig beim Mining von Kryptowährungen verwendet, um Transaktionen zu validieren und neue Token zu schürfen.
  • Aufgrund von Proof of Work können Bitcoin- und andere Kryptowährungstransaktionen auf sichere Weise Peer-to-Peer verarbeitet werden, ohne dass eine vertrauenswürdige dritte Partei erforderlich ist.
  • Proof of Work im großen Maßstab erfordert riesige Mengen an Energie, die nur zunimmt, wenn mehr Miner dem Netzwerk beitreten.
  • Proof of Stake (POS) war einer von mehreren neuartigen Konsensmechanismen, die als Alternative zu Proof of Work entwickelt wurden.

Proof of Work Erklärt

Diese Erklärung wird sich auf den Arbeitsnachweis konzentrieren, wie er im Bitcoin-Netzwerk funktioniert. Bitcoin ist eine digitale Währung, die durch eine Art dezentrales Verzeichnis (Distributed Ledger), bekannt als “Blockchain”, untermauert wird. Dieses Hauptbuch enthält eine Aufzeichnung aller Bitcoin-Transaktionen, die in aufeinanderfolgenden “Blöcken” angeordnet sind, so dass es keinem Benutzer erlaubt ist, einen seiner Bestände zweimal auszugeben. Um Manipulationen zu verhindern, ist das Verzeichnis öffentlich oder ” dezentral “; eine veränderte Version würde schnell von anderen Benutzern abgelehnt werden.

Die Art und Weise, wie Benutzer Manipulationen in der Praxis erkennen, ist durch Hashes, lange Zahlenketten, die als Beweis für die Arbeit dienen. Wenn man einen gegebenen Datensatz durch eine Hash-Funktion laufen lässt (Bitcoin verwendet SHA-256), wird immer nur ein Hash erzeugt. Aufgrund des “Lawineneffekts” führt jedoch schon eine winzige Änderung an einem beliebigen Teil der Originaldaten zu einem völlig unkenntlichen Hash. Unabhängig von der Größe des Originaldatensatzes wird der von einer bestimmten Funktion erzeugte Hash gleich lang sein. Der Hash ist eine Einwegfunktion: Er kann nicht verwendet werden, um die Originaldaten zu erhalten, sondern nur, um zu überprüfen, ob die Daten, die den Hash erzeugt haben, mit den Originaldaten übereinstimmen.

Proof of Work

Die Generierung eines beliebigen Hashes für eine Reihe von Bitcoin-Transaktionen wäre für einen modernen Computer trivial, um den Prozess also in “Arbeit” zu verwandeln, setzt das Bitcoin-Netzwerk einen bestimmten “Schwierigkeitsgrad”. Diese Einstellung wird so angepasst, dass etwa alle 10 Minuten ein neuer Block “gemined” wird – der Blockchain hinzugefügt wird, indem ein gültiger Hash erzeugt wird. Die Einstellung der Schwierigkeit wird durch die Festlegung eines “Ziels” für den Hash erreicht: je niedriger das Ziel, desto kleiner die Menge der gültigen Hashes und desto schwieriger ist es, einen zu erzeugen. In der Praxis bedeutet dies einen Hash, der mit einer sehr langen Folge von Nullen beginnt.

Besondere Überlegungen

Da ein gegebener Datensatz nur einen Hash erzeugen kann, wie stellen die Miner sicher, dass sie einen Hash unterhalb des Ziels erzeugen? Sie verändern die Eingabe, indem sie eine ganze Zahl hinzufügen, die Nonce (“einmalig verwendete Zahl”) genannt wird. Sobald ein gültiger Hash gefunden wurde, wird er an das Netzwerk gesendet und der Block wird zur Blockchain hinzugefügt.

Mining ist ein kompetitiver Prozess, aber es ist eher eine Lotterie als ein Rennen. Im Durchschnitt generiert jemand alle zehn Minuten einen akzeptablen Proof of Work, aber wer das sein wird, kann man nur vermuten. Miner schließen sich zusammen, um ihre Chancen auf das Schürfen von Blöcken zu erhöhen, was Transaktionsgebühren und, für eine begrenzte Zeit, eine Belohnung in Form von neu erzeugten Bitcoins einbringt.

Der Proof of Work macht es extrem schwierig, irgendeinen Aspekt der Blockchain zu verändern, da eine solche Veränderung das erneute Mining aller nachfolgenden Blöcke erfordern würde. Es macht es auch schwierig für einen Benutzer oder eine Gruppe von Benutzern, die Rechenleistung des Netzwerks zu monopolisieren, da die Maschinen und die Energie, die benötigt werden, um die Hash-Funktionen auszuführen, teuer sind.

Beispiel für Proof of Work

Beim Proof of Work muss ein Computer nach dem Zufallsprinzip Hash-Funktionen ausführen, bis er zu einer Ausgabe mit der korrekten Mindestanzahl an führenden Nullen kommt. Der Hash für Block #429818, der am 14. September 2016 gemined wurde, lautet beispielsweise 000000000000000004dd3426129639082239efd583b5273b1bd75e8d78ff2e8d. Die Blockbelohnung für diesen erfolgreichen Hash betrug 12,5 BTC.

Dieser Block enthält immer 2.012 Transaktionen mit etwas mehr als 1.000 Bitcoin, sowie den Header des vorherigen Blocks. Wenn jemand versuchen würde, einen Transaktionsbetrag auch nur um 0,000001 Bitcoin zu verändern, wäre der resultierende Hash unerkennbar, und das Netzwerk würde den Betrugsversuch zurückweisen.

Proof of Work

Häufig gestellte Fragen

Was bedeutet Proof of Work?

PoW erfordert, dass Nodes in einem Netzwerk den Nachweis erbringen, dass sie Rechenleistung (d. h. Arbeit) aufgewendet haben, um dezentral einen Konsens zu erreichen und zu verhindern, dass böswillige Akteure das Netzwerk überholen.

Wie validiert der Proof of Work eine Krypto-Transaktion?

Die Arbeit selbst ist willkürlich. Bei Bitcoin handelt es sich um Iterationen von SHA-256 Hash-Algorithmen. Der “Gewinner” einer Hash-Runde aggregiert und speichert Transaktionen aus dem Mempool in den nächsten Block. Da der “Gewinner” im Verhältnis zur geleisteten Arbeit zufällig ausgewählt wird, gibt es für jeden im Netzwerk einen Anreiz, ehrlich zu handeln und nur echte Transaktionen aufzuzeichnen.

Warum brauchen Kryptowährungen einen Proof of Work?

Da sie dezentralisiert und Peer-to-Peer sind, benötigen Blockchains wie Kryptowährungsnetzwerke eine Methode, um sowohl Konsens als auch Sicherheit zu erreichen. Proof of Work ist eine solche Methode, die es zu ressourcenintensiv macht, zu versuchen, das Netzwerk zu überholen. Es gibt auch andere Beweismechanismen, die weniger ressourcenintensiv sind, aber andere Nachteile oder Fehler haben, wie Proof of Stake (PoS) und Proof of Burn. Ohne einen Beweismechanismus wären das Netzwerk und die darin gespeicherten Daten anfällig für Angriffe oder Diebstahl.

Wie unterscheidet sich Proof of Stake von POW?

PoS ist ein Konsens-Mechanismus, der zufällig den Node zuweist, der Blocktransaktionen minen oder validieren wird, je nachdem wie viele Coins dieser Node hält. Je mehr Token in einer Wallet gehalten werden, desto mehr Mining-Power wird ihr effektiv gewährt. Während PoS weit weniger ressourcenintensiv ist, hat es mehrere andere Schwächen, einschließlich einer größeren Chance eines 51%-Angriffs in kleineren Altcoins und Anreize, Token zu horten und nicht zu verwenden.

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