Proof-of-Stake: Wie funktioniert der Konsensmechanismus?
Jede Blockchain hat einen Mechanismus, der sicherstellt, dass alle Transaktionen in einem neuen Block ihre Richtigkeit haben und es keine Täuschungsversuche gibt.
Bitcoin (BTC) basiert (anders als es das Titelbild erwarten lässt) auf Proof-of-Work. wohingegen Kryptowährungen wie Ether (ETH) und Solana (SOL) auf Proof-of-Stake basieren.
Der Proof-of-Stake-Konsensmechanismus gilt als eine energiesparende Methode, um die Sicherheit im Netzwerk zu garantieren.
Welche Vorteile Proof-of-Stake bietet und wie genau sich der Mechanismus von Proof-of-Work unterscheidet, erfährst du in diesem Artikel.
Proof-of-Stake - Das Wichtigste in Kürze
- Beim Proof-of-Stake-Mechanismus (PoS) hinterlegen Ntuzer ihre Kryptowährungen, um eine Chance zu erhalten, neue Blöcke auf der Blockchain zu bestätigen und dafür eine Belohnung zu erhalten.
- Im Vergleich zum Mining beim Proof-of-Work-Mechanismus verbraucht PoS deutlich weniger Energie und Transaktionen sind schneller und günstiger.
- Einige Blockchains nutzen eine abgewandelte Form von Proof-of-Stake, den sogenannten Delegated-Proof-of-Stake-Mechanismus. Hier werden die Validatoren von Netzwerk gewählt, anstatt zufällig bestimmt zu werden.
- Einige der bekanntesten Netzwerke, die Proof-of-Stake oder Delegated-Proof-of-Stake nutzen, sind: Ethereum, Solana, Cardano, Polkadot, Avalanche und Tezos.
- Proof-of-Stake Kryptowährungen kauft man über eine Kryptobörse wie Bitvavo, Bitpanda, Bitget .
1. Was ist Proof-of-Stake?
Proof-of-Stake ist ein Mechanismus, bei dem einige Nutzer im Netzwerk größere Summen an Geld hinterlegen (quasi „einfriert“) und so die Möglichkeit bekommen, als Validator zu fungieren. Anders als der Proof-of-Work-Mechanismus wird hier also nicht Arbeit in Form von Rechenleistung, sondern Kapital, also Stake, verlangt. Die Staker haben damit ein großes Interesse daran, dass alles im Netzwerk reibungslos funktioniert, da sie teilweise mit hohen Summen investiert sind.
Validatoren haben dann die Chance, einen neuen Block zu überprüfen und zu verifizieren. Für jeden bestätigten Block bekommen diese dann eine Belohnung vom Netzwerk. Die Belohnung setzt sich meistens aus den Transaktionsgebühren plus einem eventuellen Aufpreis für das Beschleunigen von Transaktionen (Prioritätsgebühren) zusammen.
Um neue Blöcke zu bestätigen, wird eine spezielle Software von den Validatoren verwendet. Haben diese einen neuen Block bestätigt, wird dieser an das gesamte Netzwerk zur Überprüfung geschickt. Haben die Nodes ebenfalls grünes Licht gegeben, wird der neue Block an die Blockchain gehängt.
Welche Kryptowährungen nutzen Proof-of-Stake?
Die wohl bekannteste Kryptowährung, die den Proof-of-Stake-Konsensmechanismus nutzt, ist Ethereum. Das Netzwerk startete ursprünglich mit dem Proof-of-Work-Mechanismus, hat aber 2022 den kompletten Wechsel auf PoS vollzogen. Seitdem ist auch das Ethereum-Staking möglich.
Auch Netzwerke wie Solana oder Cardano nutzen den Konsensmechanismus. Cardano nutzt jedoch die abgewandelte Form, den Delegated-Proof-of-Stake-Mechanismus und Solana ergänzt das Prinzip noch mit einem Konzept, das sich Proof-of-History nennt.
Netzwerke, die Proof-of-Stake nutzen, sind häufig schneller und haben niedrigere Gebühren. Ebenfalls ist der Energieverbrauch deutlich geringer. Dafür ist die Sicherheit bei Proof-of-Work-Mechanismus theoretisch etwas höher, was in der Praxis in der Vergangenheit jedoch keinerlei Auswirkung hatte. Alle großen Proof-of-Stake-Netzwerke gelten als sicher.
2. Wie funktioniert Proof-of-Stake?
Möchte man staken und als Validator fungieren, muss man dem Netzwerk eine Mindestanzahl an Coins hinterlegen. Manche Netzwerke fordern allerdings auch kein Minimum, das zum Staking verlangt wird. Dennoch wird in jedem Fall eine spezielle Software vorausgesetzt, die zum Staking auf den Servern installiert werden muss.
Für das hinterlegte Geld wird in manchen Netzwerken ein Token zum Nachweis ausgegeben, welche als Beweis dafür gilt, dass Geld hinterlegt wurde. Wenn du zum Beispiel direkt im Ethereum Netzwerk stakest, erhältst du keinen Nachweis-Token. Stakst du allerdings indirekt über einen Liquid-Staking-Dienst wie Rocket Pool oder Lido, erhältst du tokenisierte Nachweise wie rETH oder stETH, die deine gestakten ETH repräsentieren. Diese Staking-Token bieten weitere Vorteile, da du diese für die Anwendung in DeFi-Apps oder zum Restaking verwenden kannst.
Staking-Rewards werden in jeder Instanz an einen Validator ausgeschüttet. Je mehr Tokens man für das Staking einsetzt, desto höher ist die Chance, einen Staking-Reward zu erhalten. Die Wahrscheinlichkeit, als Validator für einen Block (per Zufall) gewählt zu werden, entspricht also dem Anteil an gestakten Token, die man selbst zur Gesamtzahl beiträgt. Im Beispiel von Ethereum wird alle 12 Sekunden ein neuer Block geschürft und entsprechend ein neuer Staking-Reward ausgeschüttet.
Nachdem der Block von dem Validator bestätigt wurde, wird dieser an das gesamte Netzwerk propagiert, welches die Validierung überprüft, bevor dieser an die Blockchain angehängt wird. Handeln Validatoren gegen die Interessen des Netzwerks oder betrügen, können die Gelder eingefroren oder beschlagnahmt werden – das sogenannte „Slashing“.
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3. Proof-of-Stake vs. Proof-of-Work: Was ist besser?
Beim Proof-of-Work-Konsensmechanismus müssen Miner durch den Einsatz von Rechenleistung kryptographische Rätsel lösen, um einen Block zu verifizieren. Die Netzwerk-Schwierigkeit (Hashrate) passt sich an die insgesamt eingesetzte Rechenleistung an, was zu einem sehr hohen Energieverbrauch führen kann. Ersichtlich wird dies etwas beim Bitcoin-Stromverbrauch, der inzwischen mit dem Gesamtverbrauch von einzelnen Ländern verglichen werden kann.
Aufgrund des enormen Aufwands an Rechenleistung, wird Proof-of-Work als ein sehr sicherer Mechanismus angesehen. Wer beispielsweise einen 51-Prozent-Angriff durchführen möchte, benötigt damit über 50 % der Rechenleistung des Netzwerks, um die Blockchain zu manipulieren. Bei Kryptowährungen wie Bitcoin ist dies fast unmöglich, da die Rechenleistung und der Stromverbrauch so immens hoch sind.
In einem Proof-of-Stake-Netzwerk würde so ein Angriff über 50 % des eingesetzten Kapitals verlangen, was bei großen Netzwerken ebenfalls nahezu unmöglich ist. Häufig besitzen sogenannte Staking-Pools jedoch große Prozentsätze des gesamten hinterlegten Kapitals, was die Dezentralisierung gefährden kann.
| Proof-of-Work | Proof-of-Stake |
|---|---|
| Verlangt Rechenleistung | Verlangt Kapital |
| Sehr hoher Energieverbrauch | Geringer Energieverbrauch |
| Hohe Sicherheit | Gute Sicherheit, aber Zentralisierungsanfällig durch große Staking-Pools |
| Der erste Miner, der die kryptographische Rechenaufgabe löst, erhält den Block-Reward | Validatoren werden per Zufall anteilig an der Gesamtzahl des gestakten Kapitals ausgewählt |
| Transaktionen können länger dauern und haben höhere Gebühren | Schnelle und günstige Transkationen |
Ein weiterer Kontrast ist, dass bei Proof-of-Work der Miner den Block erhält, der als Erstes die kryptographische Rechenaufgabe löst. Wer also die meiste Rechenleistung hat, hat auch die größte Chance, den Block-Reward zu erhalten. Mit etwas Glück können jedoch auch Miner mit niedrigerer Rechenleistung einen neuen Block finden.
Im PoS-System wird die Auswahl der Validatoren in der Regel auf Basis des Anteils am gestakten Kapital getroffen. Das heißt, je höher der Anteil, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, als Validator ausgewählt zu werden und den Block-Reward zu erhalten.
Ein wesentlicher Nachteil beim Proof-of-Work-Mechanismus ist, dass die Hürden für das Mining sehr hoch sind. In vielen Netzwerken müssen eigens dafür konzipierte Mining-Geräte angeschafft werden. Die Anschaffungskosten der Hardware und der hohe Stromverbrauch machen Mining nur für einige wenige Unternehmen rentabel. Für normale Nutzer im Netzwerk lohnt sich dies in der Regel nicht.
Vorteile Proof-of-Work
- Hohe Sicherheit gegen Hackerangriffe
- Mining-Difficulty passt sich dynamisch an Rechenleistung des Netzwerks an
- Miner können überschüssige Energie in ländlichen Gebieten nutzen
Nachteile Proof-of-Work
- Enormer Stromverbrauch mit Umweltauswirkung
- Benötigt spezielle Mining-ardware
- Für Kleinanleger eher unrentabel
- Hohe Konzentration auf einige wenige Mining-Unternehmen
Vitalik Buterin, der Gründer von Ethereum, sieht gerade durch den geringen Energiebedarf einige Vorteile beim PoS-Mechanismus. In einem Beitrag auf seiner persönlichen Website zum Thema Proof-of-Stake, sieht er folgende Vorteile:
- Durch den niedrigen Energiebedarf gibt es keine zwingende Notwendigkeit, ständig neue Coins als Ausgleich zu den Betriebskosten zu schaffen.
- Proof-of-Stake bietet mehr Maßnahmen zur Bekämpfung von Kartellbildung und hoher Zentralisierung.
- Die Zentralisierung ist zudem geringer, da größere Staker nicht den Vorteil haben, sich durch die Gewinne noch mehr Equipment zu kaufen, um die Rendite zu erhöhen. Wer 10-mal mehr staked als andere, bekommt im Vergleich immer exakt 10-mal so hohe Gewinne durch das Staking.
- Staker können durch ökonomische Strafen davon abgehalten werden, gegen die Interessen des Netzwerks zu handeln.
4. Delegated Proof-of-Stake: Eine Weiterentwicklung des Konsensmechanismus
Delegated Proof-of-Stake (kurz DPoS) ist eine Weiterentwicklung des Proof-of-Stake-Mechanismus. Bei DPoS delegieren Token-Inhaber ihr Stimmrecht an ausgewählte Kandidaten. Diese Kandidaten („Delegierte“) übernehmen die Aufgabe neue Blöcke zu validieren. Jeded Staking-Token hat ein Stimmrecht.
Delegierte (auch als „Zeugen“ oder „Blockproduzenten“ bezeichnet) sind in DPoS Netzwerken Teilnehmer, die das Vertrauen der Community genießen. Sie lassen sich vergleichen mit direkt gewählten Abgeordneten in einem demokratischen Parlament. Durch die Delegation an vertrauenswürdige Personen wird sichergestellt, dass nicht jeder Netzwerkteilnehmer direkt Validator wird, sondern eine begrenzte und demokratisch legitimierte Gruppe für die Netzwerkpflege zuständig ist.
Der Kompromiss bei DPoS-Systemen besteht darin, dass auf der einen Seite die Anzahl der Validatoren reduziert wird, was zu kürzeren Blockzeiten und niedrigeren Transaktionskosten führt. Auf der anderen Seite besteht dadurch jedoch auch die Gefahr einer Konzentration von Kontrolle über das Netzwerk. Kritiker von DPoS bemängeln, dass nur eine relativ kleine Gruppe den Großteil der Validierungsaufgaben übernimmt, wodurch Dezentralisierungseffekte verloren gehen können.
Im Ethereum-Netzwerk machen große Staking-Pools einen erheblichen Anteil der Validatoren aus. Der Anbieter Lido stellt laut mancher Statistiken derzeit beispielsweise über 27,5 % des gesamten gestakeden Vermögens auf der Blockchain. Coinbase hat mit ungefähr 8,4 % ebenfalls große Anteile. Kritiker sehen darin die Dezentralisierung des Netzwerks in Gefahr.
Proof-of-History
Proof-of-History (PoH) wird häufig als Konsensmechanismus bezeichnet, ist aber ein Verfahren zur kryptographisch verifizierbaren Zeitstempelung, das in Kombination mit Proof-of-Stake verwendet wird. Mithilfe von PoH wird bei Transaktion der genaue Zeitpunkt festgehalten und damit eine klare Reihenfolge aller Transaktionen erstellt.
Rein technisch wird dies durch Hash-Werte umgesetzt. Jede Transaktion bekommt einen Hash-Wert, der zu einem Teil auf dem Hash-Wert der vorherigen beruht. Damit sind die Hash-Werte aller Transaktionen miteinander verknüpft, wodurch die Reihenfolge gesichert ist und nachverfolgt werden kann.
Die verstrichene Zeit zwischen einzelnen Zahlungen oder Geschäften wird durch Hash-Iterationen bemessen. Jede Iteration steht für einen festgelegten Zeitrahmen. Dadurch kann der zeitliche Abstand zwischen Transaktionen präzise bestimmt werden.
Proof-of-History verbessert die Skalierbarkeit, da die bereits festgelegte Reihenfolge der Transaktionen die Verifizierung vereinfacht. Das bekannteste Netzwerk, welches diesen Konsensmechanismus in Verbindung mit Proof-of-Stake nutzt, ist Solana. Im Vergleich zu Ethereum ermöglicht Solana schnellere und kostengünstigere Transaktionen, was hauptsächlich auf die erhöhte Effizienz und bessere Skalierbarkeit zurückzuführen ist.
5. Wie kann ich zum Staker werden?
Wenn du selbst als Staker aktiv werden möchtest, dann solltest du dich als erstes über die spezifischen Anforderungen des Netzwerks informieren, über das du staken möchtest. Oft gibt es dazu einen genauen Leitfaden, wie die Anleitung zum Solo-Staking bei Ethereum.
Ein zentraler Punkt ist die Frage, wie viel Mindestkapital benötigt wird. Bei Ethereum muss man als Solo-Staker z.B. mindestens 32 Ether hinterlegen. Bei einem Kurs von 2.500 € pro Ether wären dies bereits 80.000 € an Kapitaleinsatz – eine Summe, die die meisten Privatanleger nicht für ihre Krypto-Allokation im Gesamtportfolio zur Verfügung haben werden. Der Mindesteinsatz schwankt jedoch von Netzwerk zu Netzwerk und über Mining Pools werden gute Alternativen zum Solo-Staking angeboten.
Neben dem finanziellen Einsatz spielen auch technische Aspekte eine wichtige Rolle. Häufig ist es notwendig, eine eigene Node zu betreiben, die rund um die Uhr (24/7) online ist. Dazu gehört das Herunterladen und regelmäßiges Aktualisieren der vollständigen Blockchain, was je nach Netzwerk bereits mehrere hundert Gigabyte an Speicherplatz beanspruchen kann. Auch die Installation und Konfiguration der entsprechenden Staking-Software gehört zu den technischen Voraussetzungen.
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Obwohl das Staking technisch einfacher ist als das Mining (vor allem, weil es keinen teuren Hardwareeinsatz erfordert) gibt es dennoch einige Hürden. Viele Nutzer entscheiden sich deswegen dafür, ihr Staking über spezialisierte Anbieter oder Krypto-Börsen abzuwickeln.
Diese Plattformen ermöglichen es, direkt nach dem Kaufen der Kryptowährungen am Staking teilzunehmen. Dabei solltest du aber darauf achten, dass im Regelfall Gebühren anfallen und es ratsam ist, sich auch über die steuerlichen Aspekte des Stakings zu informieren. Moderne Krypto-Steuersoftware-Tools bieten im Regelfall aber gute Unterstützung für Staking an..
6. Vorteile und Nachteile von Proof-of-Stake
Vorteile Proof-of-Stake
- Deutlich energieeffizienter als Proof-of-Work
- Geringere Hürden für das Staking als für Mining
- Sorgt für schnellere und günstigere Transaktionen
- Über Staking-Pools und Kryptobörsen ist das Staking für alle zugänglich
Nachteile Proof-of-Stake
- Große Staking-Pools können die Dezentralisierung gefährden
- Für das Solo-Staking können die Mindestbeträge hoch sein
- Technische Hürden, z.B. bei der Konfiguration von Nodes
- Weniger wahrgenommene Sicherheit, als bei Proof-of-Work-Netzwerken
