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Wie Proof-of-Work (PoW) und Proof-of-stake (PoS), Blockchain-Konsensalgorithmen funktionieren

Proof-of-Work oder PoW ist ein Blockchain-Konsensalgorithmus. Er wird zur Validierung von Transaktionen und zur Erstellung neuer Blöcke verwendet. Bei PoW konkurrieren die Miner miteinander, um Transaktionen im Netzwerk abzuschließen und um Belohnungen zu erhalten. Die Nutzer des Netzwerks senden sich gegenseitig digitale Token, woraufhin alle Transaktionen in Blöcken gesammelt und in einem verteilten Hauptbuch, der Blockchain, gespeichert werden. Bei der Validierung von Transaktionen und der Organisation von Blöcken ist jedoch Vorsicht geboten. Die Funktionsweise des Netzes basiert auf der Lösung komplexer mathematischer Probleme und der Fähigkeit, die Lösung leicht zu beweisen.

Wie Proof-of-Work (PoW) und Proof-of-stake (PoS), Blockchain-Konsensalgorithmen funktionieren  - Bild: https://pixabay.com/

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Welches mathematische Problem wird mit PoW gelöst? Dies ist ein Problem, das eine Menge Rechenleistung erfordert. Es gibt viele solcher Probleme:


  • Die Hash-Funktion oder der Versuch, die Eingabedaten zu finden, wenn man die Ausgabedaten kennt;

  • Zerlegung einer ganzen Zahl in Multiplikatoren;

  • "Puzzle für den Exkursionisten": Wenn der Server einen DoS-
    Angriff vermutet, verlangt er vom Client, Hash-Funktionen zu berechnen, manchmal in einer bestimmten Reihenfolge, dann ist es ein Problem der Berechnung von Hash-Funktionskettenwerten.


Im Falle von PoW wird Hashing verwendet. Je größer das Netz wird, desto gravierender werden die Probleme, und die Hashing-Algorithmen benötigen immer mehr Rechenleistung, so dass die Komplexität des Problems ein echtes Problem darstellt.
Wie funktionieren aber Blockchain und Transaktionen? Die Genauigkeit und Geschwindigkeit der Blockchain hängt von diesem Mechanismus ab. Das Problem darf jedoch nicht zu komplex sein, da sonst die Erstellung der Blockchain sehr lange dauert, was bedeutet, dass viele unvollständige Transaktionen im Netzwerk vorhanden sind. Wenn das Problem nicht in vorhersehbarer Zeit gelöst werden kann, wird die Blockbildung zu einem glücklichen Zufall. Wenn das Problem zu einfach gelöst wird, ist das System anfällig für Missbrauch, Spam und DoS-Angriffe.

Die Lösung muss leicht überprüfbar sein. Andernfalls können nicht alle Knoten nachvollziehen, ob die Berechnung korrekt durchgeführt wurde, was bedeutet, dass sie anderen Knoten vertrauen müssen, was mit einem der wichtigsten Grundsätze der Blockchain - der vollständigen Transparenz - unvereinbar ist.

Implementierung von Proof-of-Work in einem Blockchain-Netzwerk
Miner lösen ein Problem, bilden einen neuen Block und validieren Transaktionen. Die Komplexität der Aufgabe hängt von der Anzahl der Nutzer, der aktuellen Kapazität und der Belastung des Netzes ab. Darüber hinaus enthält jeder Blockhash auch den Hash des vorhergehenden Blocks, was die Sicherheit erhöht und es unmöglich macht, die Reihenfolge der erstellten Blöcke zu umgehen. Gelingt es dem Miner, das Problem zu lösen, wird ein neuer Block gebildet - die nächste Reihe von Transaktionen wird darin platziert, und sie gelten als bestätigt.

Welche Algorithmen verwenden PoW?


Es gibt viele Kryptowährungen, mit denen man auf Immediate Edge handeln und Profite erzielen kann. Fast alle davon verwenden PoW. Der bekannteste unter ihnen ist natürlich Bitcoin, und es war Bitcoin, der den Trend setzte. Er verwendet den Hashcash-Algorithmus, der es ermöglicht, die Komplexität der Aufgabe in Abhängigkeit von der Gesamtverarbeitungsleistung des Netzes zu variieren. Die durchschnittliche Zeit zur Bildung eines Blocks beträgt 10 Minuten. Ein ähnliches System ist in bitcoinähnlichen Kryptowährungen wie Litecoin implementiert.

Ein weiteres großes Projekt, das PoW verwendet, ist Ethereum, und angesichts der Tatsache, dass fast drei Viertel aller Blockchain-Projekte auf dieser Plattform implementiert sind, kann man mit Sicherheit sagen, dass die meisten Anwendungen das Konsensmodell mit Proof-of-Work verwenden.

Die Hauptvorteile von Proof-of-Work sind der Schutz vor DoS-Angriffen und die geringe Auswirkung des Besitzes der Kryptowährung durch den Miner auf die Mining-Fähigkeiten. PoW schränkt das Handeln der Teilnehmer in gewisser Weise ein, da es einen erheblichen Aufwand erfordert, die Aufgabe zu erfüllen. Ein wirksamer Angriff erfordert außerdem viel Rechenleistung und zeitaufwändige Berechnungen, so dass er zwar möglich, aber angesichts der hohen Kosten unrentabel ist. Unabhängig davon, wie viel Geld Sie in Ihrem Portemonnaie haben, ist es wichtig, dass Sie über eine große Rechenleistung verfügen, um Probleme zu lösen und neue Blöcke zu bilden, was bedeutet, dass die Inhaber von großem Kapital keine Entscheidungen für das gesamte Netzwerk treffen können.

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