Was ist Proof of Work (PoW)? Wie Bitcoin den Arbeitsnachweis für einen Konsens verwendet

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Bei der Analyse moderner Blockchain-Netzwerke wird häufig das Wort „Proof of Work“ verwendet. Tatsächlich finden wir die erste Erwähnung eines PoW-Konsensmechanismus innerhalb der Original Bitcoin Whitepaper erstellt von Satoshi Nakamoto. Aber was ist PoW und warum ist dieser Konsensmechanismus für die Blockchain-Technologie von entscheidender Bedeutung??

Proof of Work ist das grundlegende Material, das Transaktionen, Benutzer und Bergleute in einem öffentlichen digitalen Hauptbuch führt. Das System stellt erfolgreich die rechtzeitige Fortsetzung aller Transaktionen innerhalb eines Netzwerks sicher, um verschiedene Arten von böswilligen Aktivitäten zu vermeiden.

Klingt komplex? Keine Sorgen! Wir haben eine Erklärung für den Arbeitsnachweis in leicht verdaulicher Form verfasst. In den folgenden Abschnitten werden wir uns jede Aktivität und Motivation ansehen, die hinter PoW-Netzwerken steht.

Was ist ein Arbeitsnachweis??

Der Arbeitsnachweis stellt ein System dar, das durch bloße Verarbeitungsleistung böswillige Aktivitäten abschreckt, die möglicherweise die Stabilität des Netzwerks beeinträchtigen können. Dieses Konzept wurde erstmals 2004 von Hall Finney eingeführt, der die Idee von „wiederverwendbarer Arbeitsnachweis. “ Zu dieser Zeit bestand die Hauptidee von PoW darin, Spam-E-Mails und DDOS-Angriffe zu verhindern.

Fünf Jahre später setzte der anonyme Schöpfer von Bitcoin, Satoshi Nakamoto, Finneys Idee in das weltweit erste Blockchain-Netzwerk um. Ähnlich wie sein Vorgänger verhindert Blockchain-basiertes PoW auch böswillige Aktivitäten. Abgesehen davon ist es aber auch die treibende Kraft, die Transaktionen in einem dezentralen und unveränderlichen Hauptbuch funktionsfähig macht.

PoW ist das Hauptsystem in Blockchain-Netzwerken, das Transaktionen verarbeitet, indem es sie mit Hashes versorgt und bestätigt. Das System selbst wird von Bergleuten unterstützt, die am Netzwerk teilnehmen, indem sie neue Transaktionen auf eine finanzielle Belohnung überprüfen – in diesem Fall Bitcoin.

Daher können wir uns PoW als ein Layout vorstellen, dem sowohl Bergleute als auch Benutzer bei der Interaktion mit einem Blockchain-Netzwerk folgen.

Was ist Blockchain??

Blockchain ist eine Form von verteilte Hauptbuchtechnologie, vielleicht das einfachste und beliebteste Beispiel. DLT selbst ist ein sicheres System von Aufzeichnungen, das einen Konsens aus replizierten und synchronisierten Daten verwendet, die von mehreren Instanzen gemeinsam genutzt werden.

Doppelte Ausgaben

Die spezifische böswillige Aktivität, die Proof of Work verhindert, wird als doppelte Ausgabe bezeichnet. In Blockchain-Netzwerken werden alle Transaktionen durch ein digitales Token gesichert, das einen bestimmten Geldwert darstellt.


Wenn Sie über das Bitcoin-Netzwerk 50 US-Dollar an einen Freund senden würden, müssten Sie X BTC-Beträge senden.

Aber woher wissen wir, dass diese Münze nicht bereits zur Bezahlung einer anderen Dienstleistung oder eines anderen Produkts verwendet wurde? Ohne PoW kann ein Netzwerk nicht genau überprüfen, ob ein Benutzer Token nicht doppelt ausgegeben hat. Als solches macht es die Blockchain-Technologie unbrauchbar und mit keinem ihrer ursprünglichen Zwecke kompatibel.

Quelle – Illustration der doppelten Ausgaben.

Man könnte dieses Problem leicht lösen, indem man eine zentrale Behörde einführt, die Transaktionen überprüft und sicherstellt, dass Münzen nicht zweimal ausgegeben werden. Dies ist zwar einfach, hilft aber nicht bei der Dezentralisierung. Warum sollten Sie sich überhaupt mit Blockchain-Netzwerken beschäftigen, wenn diese genauso funktionieren wie eine Bank??

Satoshi Nakamoto hat das Problem der doppelten Ausgaben behoben, indem alle Netzwerkteilnehmer Zugriff auf die gesamte Transaktionshistorie des Hauptbuchs haben müssen. Wenn Sie jede einzelne Transaktion in der Geschichte eines Blockchain-Netzwerks kennen, können Sie nicht übersehen, ob bestimmte Token bereits verwendet wurden.

Daher dachte Nakamoto daran, die Transaktionen öffentlich bekannt zu geben. Mit dieser Möglichkeit könnten alle Benutzer des Netzwerks einem einzigen Transaktionsverlauf zustimmen, der auf der Reihenfolge basiert, in der sie empfangen und gesendet wurden.

Zeitstempeln

Da die Zeit linear ist, ist es das beste Tool, mit dem wir feststellen können, auf welche Weise Transaktionen bestellt werden. Indem wir den Zeitpunkt, zu dem eine Zahlung erstellt wurde, auf eine Transaktion stempeln, kennen wir deren Position im Gesamtbuch. Wir haben also Zeitstempel!

Im ursprünglichen Bitcoin-Netzwerk wird ein Zeitstempelserver verwendet, um den Zeitpunkt der Erstellung einer Transaktion zuzuweisen. Der Server nimmt lediglich den Hash eines Blocks, der zahlreiche Transaktionen enthält, und stempelt ihn mit einem Zeitstempel. Dann wird der Hash dieses Blocks öffentlich angekündigt.

Eine Schlüsselkomponente dieses Prozesses besteht darin, dass der Zeitstempelserver den vorherigen Zeitstempel eines Blocks in seinen aktuellen Hash einbezieht. Auf diese Weise bildet der Server eine unzerbrechliche Kette, in der jeder Zeitstempel die Stabilität, Legitimität und Gültigkeit des Netzwerks stärkt.

Zeitstempel in Blockchain über Proof Of Work

Die Version von Zeitstempelservern, die wir in Blockchain-Netzwerken haben, wird als Proof of Work-Konsenssystem bezeichnet. Es funktioniert ähnlich wie ein normaler Zeitstempelserver, nur dass es dezentralisiert ist und keine zentrale Berechtigung erfordert.

PoW verwendet die aufgerufene kryptografische Hashing-Funktion SHA-256. Das Netzwerk selbst verwendet für jede Transaktion eine Nonce, um jedes Mal unterschiedliche Hashes zu erstellen. Andernfalls wird ständig der exakte Hash erstellt.

Alle diese Prozesse werden durch den Mining-Vorgang unterstützt, bei dem Blockchain-Knoten komplexe „mathematische“ Probleme lösen, um Transaktionen zu überprüfen und zu bestätigen. Nach Abschluss ihrer Aufgabe gewährt das Netzwerk dem Knoten einen bestimmten Teil einer Block-Mining-Belohnung, basierend auf seinem persönlichen Beitrag zum Netzwerk.

Aus diesem Grund erhält jeder Knoten Belohnungen proportional zur Menge der in das Netzwerk investierten Hardwareleistung. Je mehr Rechenleistung zur Unterstützung des Bitcoin-Netzwerks verwendet wird, desto mehr Münzen erhält er.

Aus diesem Grund gibt es weltweit gigantische Bergbaubetriebe mit Tausenden von Grafikkarten, deren Verarbeitungsleistung zur Überprüfung von Transaktionen und zur Gewinnung von BTC verwendet wird.

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Kurze Zusammenfassung

Um besser zu verstehen, wie Proof of Work funktioniert, lassen Sie uns den gesamten Prozess kurz zusammenfassen. Wiederholung ist schließlich die Mutter des Könnens, und mit den bisher erläuterten Konzepten haben wir in unglaublich kurzer Zeit viele Informationen gelernt.

Wenn wir über Blockchain-Netzwerke sprechen, denken wir an ein digitales Hauptbuch, das öffentlich, dezentralisiert und an alle Parteien verteilt ist. Wenn Sie eine Zahlung von jemandem senden oder empfangen, wird die Transaktion für immer im Netzwerk aufgezeichnet.

Jede einzelne Transaktion ist in einem Block zusammengefasst, der zu einem bestimmten Zeitpunkt Tausende von Transaktionen übertragen kann. Sobald der Block bereit ist, alle diese Transaktionen zu überprüfen, führen Bergleute unglaublich mühsame Arbeiten aus, um den Block zu bestätigen. Nach der Bestätigung wird es für immer im Netzwerk aufgezeichnet, ohne dass jemand die aufgezeichneten Informationen stören oder bearbeiten kann.

Der Arbeitsnachweis ist für diesen Prozess von entscheidender Bedeutung, da er Manipulationen an Informationen verhindert. Dies erfolgt durch Zeitstempelung jeder Transaktion und jedes Blocks basierend auf der Zeit und der Reihenfolge, in der sie erstellt oder überprüft wurde. Der Überprüfungsprozess wird durch einen Hash, eine lange Folge von Zahlen, durchgeführt.

Hashes werden verwendet, um zu bestätigen, dass die empfangenen Daten mit den Originaldaten übereinstimmen. In diesem Fall beziehen sich die Originaldaten auf alle in einem Netzwerk bestätigten Transaktionen in der Vergangenheit. Wenn ein Block nicht mit den vorherigen Blöcken übereinstimmt und die Hashes nicht übereinstimmen, können Miner die Transaktionen nicht überprüfen.

Bergbau

Nachdem wir nun zusammengefasst haben, was Hashing und Zeitstempelung sind, wollen wir uns den Akt des Bergbaus genauer ansehen. Wenn ein Computer einfach Hashes generieren und bestätigen würde, würden wir am Ende einen Job erledigen, der in nur wenigen Sekunden erledigt werden kann. Um dies zu verhindern, müssen wir die Arbeit in Proof of Work einfügen.

Alle Blockchain-Netzwerke legen einen bestimmten Schwierigkeitsgrad fest, der den Bergbau mühsam macht. Nachdem jeder Block ungefähr alle 10 Minuten abgebaut wurde, wird der Schwierigkeitsgrad angepasst. Die Schwierigkeit wird vom Netzwerk selbst festgelegt, das eine Art Ziel für den Hash festlegt. Je höher das Ziel, desto schwieriger ist es, einen ganzen Block abzubauen.

Quelle – Das Einstellen der Schwierigkeit erfolgt durch das Netzwerk.

Wie bereits erwähnt, verwenden Bergleute beim Hashing Nonces. Diese Nonces stellen eine Ganzzahl dar (eine einmal verwendete Zahl), die es Bergleuten ermöglicht, einen Hash zu generieren, der unterhalb der Zielschwierigkeit liegt. Onc-Miner erkennen einen gültigen Hash, der mit dem gesamten Netzwerk geteilt wird, und der Transaktionsblock wird dem Blockchain-Netzwerk hinzugefügt.

Arbeitsnachweis VS Einsatznachweis

Neben Proof of Work gibt es einen weiteren Konsensmechanismus namens Proof of Stake. Entwickler streiten derzeit darüber, welcher Mechanismus für Blockchain-Netzwerke besser ist, da jedes Modell unterschiedliche Vor- und Nachteile bietet.

Wenn Sie von Proof of Stake (PoS) gehört haben, haben Sie höchstwahrscheinlich davon gehört Ethereum 2.0 auch. Um ihr Netzwerk effizienter, skalierbarer und kosteneffizienter zu gestalten, haben Entwickler beschlossen, ein neues Netzwerk für Ethereum basierend auf PoS zu erstellen.

Das PoS-Konzept stammt zwar aus dem Jahr 2011, wird aber erst jetzt umgesetzt. Bei Erfolg kann Ethereum eine der ersten größeren Implementierungen von Proof of Stake werden. Aber was ist PoS und wie unterscheidet es sich von PoW??

Der Unterschied liegt im Wesentlichen darin, wer das Netzwerk unterstützt. Anstelle von Bergleuten verwendet PoS Validatoren. Das neue Netzwerk unterscheidet sich grundlegend von PoW, da kein Mining erforderlich ist und keine Hashes vorhergesagt werden müssen.

Bei Proof of Stake wählt das Netzwerk zufällig einen Benutzer aus, der einen Block vorschlagen muss. Wenn der Block gültig ist, erhält er die Belohnung, die sich aus den Transaktionsgebühren des Blocks zusammensetzt. Vor diesem Hintergrund können wir den Schluss ziehen, dass ein Validator mit steigenden Transaktionsgebühren mehr verdient.

PoS wählt den Benutzer anhand mehrerer Faktoren aus, die entscheiden, ob er derjenige ist, der einen Block sendet. Zunächst muss ein Benutzer Token einsetzen, um ein Validator zu werden.

Was steht auf dem Spiel? Das Sperren der nativen Token des Netzwerks. Im Wesentlichen geht es darum, Sicherheiten bereitzustellen, um als Netzwerkteilnehmer in Frage zu kommen. Bei Ethereum 2.0 muss ein Benutzer 32 ETH einzahlen.

Warum ist das Abstecken so wichtig und warum müssen Benutzer für die Validierung des Netzwerks „bezahlen“? Weil es die Methode ist, die verwendet wird, um Ehrlichkeit zu fördern und Betrug zu verhindern. Wenn ein Validator keine gute Leistung erbringt oder sich böswillig verhält, übernimmt das Netzwerk den Einsatz des Validators.

SOLLTEN SIE ETH 2.0 STAKE?

Seien wir ehrlich – jeder will Belohnungen. Dies könnte auch der größte Ausweg aus dem diesjährigen DeFi-Wahn sein.

Ist PoS besser als PoW?

Da Ethereum von PoW zu PoS wechselt, muss es sicherlich eine Motivation dafür geben, warum die Entwickler jetzt migrieren. Bedeutet das, dass PoS besser ist als PoW und wenn ja, warum??

Wie Sie vielleicht bereits vermutet haben, eliminiert PoS die Hardware-Leistung, die zum Überprüfen von Transaktionen erforderlich ist. Infolgedessen ist der Mechanismus umweltfreundlicher und senkt die Kosten für den Betrieb einer Bergbau-Farm. Bitcoin-Farmen verbrauchen viel Strom und einige Experten glauben, dass dies ein Hindernis ist, da es zur weltweiten Umweltverschmutzung beiträgt.

Im Fall von Ethereum 2.0 sind Entwickler aus einem weiteren Grund ebenfalls auf PoS umgestiegen. Laut dem Erfinder Vitalik Buterin wird Proof of Stake das Netzwerk dezentraler und sicherer machen. Darüber hinaus wird der Konsensmechanismus auch dazu beitragen, die Gebühren zu senken und Ethereum für seine Benutzer skalierbarer zu machen.

Bisher ist Bitcoin mit seinem Proof of Work-Design das einzige Netzwerk, das erfolgreich bewiesen hat, dass es in großem Maßstab arbeiten kann. Was Ethereum mit einem PoS-Netzwerk tun kann, bleibt abzuwarten, da wir keine Bestätigung darüber haben, ob das neue Design tatsächlich funktioniert oder das Netzwerk verbessert.

Ein weiteres Problem bei Proof of Stake ist, dass diese Netzwerke im Vergleich zu PoW weniger sicher sind. Ohne die Sicherheit, die Bergleute bieten, ist es möglicherweise einfacher, PoS-Blockchain-Netzwerke zu manipulieren oder sogar anzugreifen.

Unter Berücksichtigung der oben genannten Fakten können wir nur abwarten, wie sich Ethereum 2.0 verhält. Wenn es Bitcoin in Bezug auf Skalierbarkeit übertrifft, können wir PoS sicherlich als bessere Option betrachten. Wenn nicht, bleibt PoW der König der Blockchain-Netzwerke.

Fazit

Proof of Work ist ein Konsensmechanismus zur Bekämpfung von Doppelausgaben, ein Problem, mit dem Benutzer dieselbe Kryptowährung mehr als einmal ausgeben können. Satoshi Nakamoto implementierte PoW in Bitcoin durch zahlreiche Prozesse, einschließlich Mining, Hashing und Zeitstempel.

Alle diese Prozesse zusammen ermöglichen es dem Bitcoin-Ledger, dezentral, verteilt und öffentlich zu bleiben. Abgesehen von PoW haben wir auch einen neuen Konsensmechanismus namens Proof of Stake, der den Begriff des Bergbaus völlig auslässt.

Ist PoS besser als PoW? Theoretisch ja. In der Praxis muss dies jedoch noch durch ein großes Blockchain-Netzwerk bewiesen werden, das Tausende von Benutzern bedient. Ethereum 2.0 ist der erste ernsthafte Versuch, den Entwickler unternehmen. Ob das Projekt PoS erfolgreich einsetzt, bleibt abzuwarten. Bis dahin bleibt PoW die überlegene Form der Organisation von Blockchain-Netzwerken.

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Mike Owergreen Administrator
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