Proof of Work (PoW): Der Konsensalgorithmus erklärt

Leitfaden: Einführung in Web3
Gregor Hufenreuter
Gregor Hufenreuter

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Der dezentralisierte Austausch ist ein wichtiger Aspekt der Blockchain-Technologie – und wenn es Änderungen in der Blockchain gibt, müssen diese erst im Konsens bestätigt werden. Proof of Work (PoW) hat sich als Konzept etabliert. Erfahren Sie, ob sich dieser Mechanismus als Absicherung von Transaktionen eignet, wie er funktioniert und welche Vor- und Nachteile er hat.

Personen, die mit Proof of Work Bitcoins minen

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Was ist Proof of Work?

PoW ist ein sogenannter Konsensalgorithmus. Einfach gesagt: Indem Nutzende eine kryptografische Aufgabe lösen, validieren sie Transaktionen und fügen der Blockchain neue Blöcke hinzu. Wer beweisen kann, dass er oder sie Arbeit für die Blockchain verrichtet hat, erhält für diesen Proof of Work eine Belohnung – nämlich Coins.

Wie funktioniert Proof of Work?

Der Mechanismus basiert auf den grundlegenden Prinzipien der Distributed-Ledger-Technologie: Die Blockchain besteht aus einer Kette von Informationsblöcken, die über ein Netzwerk verteilt und gemeinsam gespeichert werden. Für die dezentrale Datenübermittlung zwischen den am Netzwerk Beteiligten wird ein Freigabeprotokoll benötigt. Alle Netzwerkteilnehmer und -teilnehmerinnen haben jederzeit eine präzise Kopie aller Blockchain-Daten. Eine Änderung eines Datensatzes kann nur erfolgen, wenn eine Mehrheit der Netzwerkteilnehmenden gleichzeitig zustimmt. Dieser Zustimmungsmechanismus wird durch Proof of Work realisiert.

In Blockchains wie Bitcoins, die Proof of Work nutzen, werden alle Daten in Blöcken gespeichert, die in einer chronologischen Reihenfolge durch Hash-Verschlüsselung miteinander verbunden sind. Sobald ein Block seine Kapazitätsgrenze erreicht, muss ein neuer Block hinzugefügt werden, um die Kette fortzusetzen – das sogenannte Mining.

Jeder Block enthält neben den Daten auch einen Hash-Code. Netzwerkteilnehmer und -teilnehmerinnen müssen einen gültigen Hash-Code generieren, um den Block und die darin enthaltenen Transaktionen zu authentifizieren.

Der Hash-Code wird als Ziel vorgegeben, welchem der generierte Hash entsprechen muss. Um dies zu erreichen, nutzen Netzwerkteilnehmende eine enorme Menge an Rechenleistung, während andere Knoten die Authentizität der Überprüfung erkennen. Am Ende winkt die Belohnung durch Coins.

Proof of Work vs. Proof of Stake: Wo sind die Unterschiede?

PoW ist nicht die einzige Methode, um Transaktionen zu validieren – daneben gibt es auch Proof of Stake oder PoS. Proof of Work und Proof of Stake unterscheiden sich darin, wie Transaktionen auf der Blockchain bestätigt werden. Anders als PoW benötigt PoS kein Mining, sondern funktioniert über das Halten und Freigeben von Anteilen in einer Krypto-Wallet, dem sogenannten Staking. Außerdem verbraucht Proof of Stake deutlich weniger Energie, weshalb beispielsweise die Kryptowährung Ethereum auf das Verfahren setzt.

Das sind auf Proof of Work basierte Kryptowährungen

Proof of Work Coins sind Kryptowährungen, die durch Mining gesichert werden. Die bekannteste PoW-Kryptowährung ist bis heute Bitcoin. Bitcoin-Miner verwenden ihre Computerhardware, um rechenintensive mathematische Probleme zu lösen und sicherzustellen, dass alle Transaktionen gültig sind, und erhalten zur Belohnung Bitcoins.

Ähnlich funktionieren Litecoin und Dogecoin. Litecoin wurde nach Bitcoin entwickelt und gilt als kostengünstige Alternative, gewissermaßen das Silber der Kryptowährungen. Litecoin beruht auf einer sogenannten Hard Fork der Bitcoin Blockchain, bei der der Code stark modifiziert wurde. Eine Soft Fork führt im Gegensatz dazu nur zu einer Änderung des Software-Protokolls, welche zuvor validierte Transaktionen ungültig machen kann.

Dogecoin basiert auf einem Meme, nämlich dem Shiba-Inu-Hund Doge, und ist eine Peer-to-Peer-Kryptowährung. Abgeleitet von Litecoin und damit in der Bitcoin-Tradition verwurzelt, verwendet auch Dogecoin Proof to Work, bei dem Netzwerkteilnehmer neue Blöcke berechnen und ausstehende Transaktionen verarbeiten.

Proof of Work: Vorteile und Nachteile

Bevor Sie sich dafür entscheiden, Coins mittels Proof of Work zu verdienen, sollten Sie die Vor- und Nachteile vorab gründlich abwägen.

Die Vorteile von Proof of Work

Proof of Work gilt als sehr sicher. Durch die Konsensfunktionalität und die dezentralisierte Verifizierung schützen sich Nutzende gegenseitig. Das Proof-of-Work-Verfahren sichert das System gegen Eingriffe durch dritte Instanzen und verhindert Änderungen und Manipulationen. Außerdem erhalten Miner direkte Belohnungen für ihre Arbeit, mit der sie die Blockchain unterstützen.

Die Nachteile von Proof of Work

Proof of Work ist ein langsamer Prozess für die Verarbeitung von Transaktionen. Die Anzahl der Bitcoin-Transaktionen, die pro Sekunde verarbeitet werden können, ist begrenzt – maximal beträgt sie sieben.

Außerdem verbraucht das Mining in der Bitcoin-Blockchain extrem viel Energie und je höher die Strompreise sind, desto teurer wird das Mining. Aus diesem Grund schließen sich viele Teilnehmer in Mining-Pools zusammen, um ihre Chancen auf Erfolg zu erhöhen. Einige nutzen sogenannte Cloud-Mining-Services als einzige rentable und praktikable Option, um am Netzwerk teilzunehmen, da der Prozess so ressourcenintensiv ist.

Größere Mining-Pools werden jedoch aufgrund ihrer höheren Rechenleistung wahrscheinlicher als Erste einen gültigen Block finden. Dadurch werden einzelne Miner benachteiligt.

Fazit: Etablierter Konsensalgorithmus mit Stärken und Schwächen

Proof of Work ist ein bewährter Prozess im Web 3.0, der von Bitcoin genutzt wird, jedoch wegen des hohen Energieverbrauchs in der Kritik steht. Viele Kryptowährungen nutzen aus dem diesem Grund Proof of Stake als Konsensmechanismus. Die Sicherung der Blockchain und der Konsens bei Änderungen sind jedoch von höchster Priorität, egal ob per Proof of Work oder Proof of Stake – denn ohne Konsens funktionieren auch die Coins in Ihrer Krypto-Wallet nicht.

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Titelbild: Marvin Meyer / Unsplash

Themen: Web 3.0

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