Proof of Stake (PoS) ist ein Konsens-Mechanismus bzw. Konsens-Algorithmus auf der Blockchain.

PoS gilt als energieeffiziente Alternative zum Proof-of-Work-Algorithmus, der insbesondere bei Bitcoin verwendet wird. Während bei Proof of Work (PoW) Mining notwendig ist, um neue Blocks zu schürfen, koppelt PoS den Konsens an die im Netzwerk sichtbaren und überprüfbaren Einheiten der Kryptowährung.

Im vorliegenden Artikel erhältst du Antworten zu folgenden Fragen:
  • Was ist Proof of Stake?
  • Wie funktioniert Proof of Stake?
  • Was sind die bekanntesten Proof of Stake Coins?
  • Was heißt delegated Proof of Stake (dPos)?
  • Worin unterscheidet sich PoS zu Proof of Work?

Was ist Proof of Stake? - Definition und Erklärung zu PoS

PoS ist ein energieeffizienter Konsens-Algorithmus der Blockchain.

Im Gegensatz zu PoW ist bei PoS kein massiver Energieverbrauch durch Mining notwendig, um neue Blöcke zu generieren. Der Konsens wird stattdessen auf andere Art und Weise gesichert, indem die gehaltenen Anteile (engl. stake) an der Kryptowährung als Grundlage zur Validierung der Blöcke genutzt werden.

Um neue Blöcke zu generieren und die Blockchain damit aufrecht zu erhalten, ist daher weder extra Hardware notwendig, noch müssen neue Blöcke durch Mining unter Einsatz massiven Stromverbrauchs geschürft werden.

Die Validierung wird an die Höhe des Besitzes der Anteile gekoppelt. Je mehr Anteile ein Netzwerk-Teilnehmer an einer Kryptowährung hat, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass dieser Teilnehmer einen neuen Block erstellen kann.

Die Möglichkeit, neue Blöcke zu generieren und damit Rewards zu erhalten, entspricht daher mathematischen Wahrscheinlichkeiten. Besitzt ein Netzwerk-Teilnehmer also 5 Prozent aller sich im Umlauf befindenden Coins, hat dieser Teilnehmer eine 5-prozentige Wahrscheinlichkeit, einen neuen Block zu validieren.

Da bei PoS Mining oder Schürfen nicht notwendig ist, werden die Netzwerk-Teilnehmer nicht als Miner bezeichnet, sondern als Forger bzw. Validatoren. Blöcke werde nicht gemint oder geschürft, sondern geforgt.

Der Anreiz, neue Blöcke zu generieren, ist nicht wie bei PoW an ein direktes Belohnungssystem gekoppelt, bei dem Miner für jeden neuen Block eine Vergütung (engl. reward) erhalten. Stattdessen erhalten Validatoren die anfallenden Transaktionsentgelte pro Block als Reward.

Wie funktioniert Proof of Stake?

PoS dient dazu, einen Konsens auf der Blockchain herzustellen und die Blockchain dadurch aufrecht zu erhalten.

Die Konsens-Findung ist notwendig, weil es sich bei der Blockchain als Kategorie der Distributed-Ledger um ein dezentrales Netzwerk handelt, das über keine zentrale Autorität verfügt, die die Blockchain verwaltet oder organisiert. Aus diesem Grund müssen die Teilnehmer für einen Konsens sorgen, der die Richtigkeit der Daten der Blockchain validiert. In diesem Prozess sind alle Teilnehmer gleichberechtigt.

Einen Konsens auf der Blockchain haben bedeutet, dass sich die Netzwerk-Teilnehmer darüber einig werden, welche Werte welchem Teilnehmer zu welchem Zeitpunkt zuzuordnen sind.

PoS ist, ebenso wie PoW, ein Protokoll, dass einen solchen Konsens-Mechanismus vorgibt. Das Ziel hierbei ist es, dass die Netzwerk-Teilnehmer aus Eigeninteresse das vorgegebene Protokoll akzeptieren, fördern und durchführen. Dieses Eigeninteresse wird durch verschiedene Anreize gefördert.

Der Proof-of-Stake-Prozess funktioniert wie folgt:
  • Der Daten- oder Informationsfluss auf der Blockchain erfolgt über Transaktionen.
  • Diese Transaktionen müssen legitimiert bzw. validiert werden, um die Richtigkeit der Transaktionen und Daten sicherzustellen.
  • Die Validierung erfolgt durch Computer (Nodes) im Netzwerk, indem bestimmte Tests oder Rechenaufgaben durchgeführt werden. Validierte Transaktionen werden in Blöcken zusammengefasst und unveränderlich an die Blockchain angefügt.
  • Hier setzt PoS als Mechanismus für den Entscheidungsprozess an, nach welchen Kriterien der nächste Block zugeteilt bzw. ausgewählt wird. Gleichzeitig wird eine künstliche Beschränkung der Zeitspanne zwischen den Blocks bewirkt.
  • Bei PoW werden neue Blöcke durch Rechenleistung geschürft. Bei PoS werden hingegen die gehaltenen Anteile an der Kryptowährung als Grundlage zur Validierung der Blöcke genutzt.
  • Hierfür gibt es zwei unterschiedliche PoS-Ansätze: den Chain-Based-Ansatz und den Byzantian-Fault-Tolerance-Ansatz. Ersterer wählt einen Validator zufällig während jedes Zeitfensters aus und weist diesem das Recht zu, einen neuen Block zu erstellen. Letzterer wählt Validatoren ebenfalls nach dem Zufallsprinzip aus. Allerdings erhält der ausgewählte Validator hier nur das Recht, Blöcke vorzuschlagen. Doch die Vereinbarung, welcher Block korrekt ist, erfolgt durch einen mehrstufigen Prozess, bei dem jeder Validator eine Art Abstimmung für einen bestimmten Block sendet. Am Ende dieses Prozesses stimmen alle Validatoren permanent darüber ab, ob ein bestimmter Block Teil der Blockchain ist oder nicht.

Anreize werden bei Proof of Stake nicht nur durch ein Belohnungssystem gefördert, indem jeder Validator die anfallenden Transaktionsentgelte pro Block erhält. PoS bindet zudem Validatoren über die Zuverlässigkeit, wie sie Blöcke forgen, an das System.

Jeder Validator hat ein Interesse an der Sicherheit der Blockchain, um den Wert des eigenen Anteils daran zu schützen.

Würden Validatoren unrechtmäßige Transaktionen validieren, würden ihre eigenen Anteile, die als eine Art "Pfand" hinterlegt sind, an Wert verlieren bzw. ganz verloren gehen. Das liegt daran, dass Fehlvalidierung dem System als Ganzes schadet.

Weil die Zuteilung des zu validierenden Blocks nicht nur von der Höhe des eigenen Anteils, sondern zusätzlich auch vom Zufalls-Algorithmus abhängt, kann kein Validator vorhersagen, wer wann eine Validierung erhält. Dies ist zugleich ein Nachteil des PoS-Ansatzes, da dem System eine Art "Lotterie-Charakter" innewohnt. Eine Zuteilung kann nur erfolgen, wenn hinreichend große Anteile an der Kryptowährung vorhanden sind. Dies fördert die Gefahr von Monopolen oder Oligopolen.

Proof of Stake (PoS) vs. Delegated Proof of Stake (dPoS)

Beim Delegated Proof of Stake (dPoS) werden innerhalb der Netzwerk-Teilnehmer Delegierte (engl. witnesses) gewählt, die bestimmte Aufgaben übernehmen.

Zu diesen Aufgaben zählt etwa die Validierung eines Blocks, die Anpassung des Konsens oder wofür Belohnungen gezahlt werden. Delegierte werden gewählt, können aber auch jederzeit abgewählt werden.

Eine Erweiterung des dPoS-Systems ist das so genannte randomisierte Proof of Stake. Hier wird ein Komitee bestimmt, das bestimmte Aufgaben erfüllt. Die Teilnehmer des Komitees werden durch Zufallsalgorithmus bestimmt.

Beide Systeme sind Ergänzungen des PoS-Ansatzes, um dessen Nachteile ausgleichen zu können und mehr Teilnahmebereitschaft am System zu sichern.

Die 5 bekanntesten Proof of Stake Coins

Proof of Stake ist das zugrundeliegende Protokoll verschiedener Coins. Die bekanntesten werden nachfolgend beschrieben.

Binance Coin (BNB)

Die Binance Coin (BNB) gehört zur Kryptobörse Binance und wurde auf der Ethereum-Blockchain aufgebaut.

Das Ziel von BNB ist es, die Börse zu fördern und den Nutzern Coins zu vergleichsweise günstigen Preisen anzubieten. BNB lassen sich auf Binance und anderen Kryptobörsen handeln. Die Gebühren sind vergleichsweise gering. Zudem haben Anleger die Möglichkeit, BNB anzulegen, also zu staken, da BNB auf einer abgewandelten Form des dPoS basiert.

Bei Binance wurde hierfür eine Proof of Staked Authority eingeführt, die Stakern alle 24 Stunden erlaubt, die Validatoren der Blockchain zu wählen. Diese sind für die korrekte Ausführung der Smart Contracts zuständig und erhalten als Reward BNB.

Solana (SOL)

Solana ist ein Blockchain-Projekt, das PoS nutzt. Die interne Kryptowährung heißt SOL.

Die Plattform kann mit Ethereum verglichen werden, denn beide Blockchains können mit Smart Contracts interagieren. Der Konsens-Mechanismus ist eine Kombination aus PoS und Proof of History. Letzterer dient dazu, zu beweisen, dass ein Ereignis zu einem bestimmten Zeitpunkt stattgefunden hat.

Cardano (ADA)

Cardano ist eine Open-Source-Blockchain. Nutzer können Smart Contracts erstellen und dezentrale Anwendungen (dApps) entwickeln.

Der Konsens wird über PoS erreicht. Dadurch können Nutzer ein passives Einkommen aufbauen.

Polkadot (DOT)

Polkadot ist ein relativ junges Blockchain-Projekt und wurde erst 2020 mit dem Ziel gegründet, eine Plattform von Blockchain-Netzwerken wie Ethereum zu etablieren.

Polkadot arbeitet mit dApps, die Transaktionen verwalten und zur permanenten Validierung an die Blockchain senden. Der zugrunde liegende Mechanismus ist PoS, sodass Nutzer ihre Vermögenswerte staken oder locken (sperren) müssen, um teilzunehmen.

Das PoS-System von Polkadot unterscheidet sich von anderen PoS-Ansätzen dadurch, dass zwischen Validator und Nominator unterschieden wird. Validatoren validieren Blöcke und Nominatoren stimmen darüber ab, wer die Blöcke validieren kann.

Avalanche (AVAX)

Avalanche ist eine Smart-Contract-Plattform, die schnelle und günstige Transaktionen ermöglicht.

Die Plattform wurde Ende 2020 mit dem Ziel gegründet, nicht nur dezentral und sicher, sondern auch skalierbar zu sein. Die mangelnde Skalierbarkeit ist eine der primären Herausforderungen von Blockchain-Systemen, sodass Systeme wie Bitcoin und Ethereum vergleichsweise langsam und teuer sind.

Avalanche setzt auf PoS, um ohne hohe Rechenleistung und mit viel weniger Energie laufen zu können.

Proof of Stake vs. Proof of Work: Die Unterschiede

Proof of Work ist ebenso wie Proof of Stake ein Konsens-Algorithmus.

Bei PoW müssen die Netzwerk-Teilnehmer eine komplizierte kryptografische Aufgabe lösen und erhalten dafür Kryptowährung als Belohnung ausgezahlt. Dieser Prozess wird als Mining bezeichnet. Durch das Lösen der Aufgabe wird bewiesen, dass der Rechenweg, also die Transaktion, keine Fehler aufweist und damit korrekte Daten abbildet.

Dabei ist ein hoher Zeit- und Energieaufwand nötig, was PoW zu einem sehr kostenintensiven Algorithmus macht.

Die Rechenaufgaben werden außerdem zunehmend schwieriger, was den Zeit- und Energieaufwand noch weiter steigert.

Im Gegensatz dazu wird Kryptowährung bei PoS nicht durch Mining, also durch das Lösen von Aufgaben, geschaffen. Stattdessen werden kleine Anteile der Kryptowährung in einem Wallet gehalten (gestakt) und durch den Vorgang gesperrt. Mit der Gesamtheit an Anteilen kann jeder Teilnehmer Transaktionen validieren. Die Belohnung, die für diesen Vorgang ausbezahlt wird, kann mit herkömmlichen Zinsen verglichen werden.

Fazit zum Konsensalgorithmus PoS

Proof of Stake ist eine energieeffiziente Alternative zu Proof of Work.

Die Wahrscheinlichkeit der Block-Findung wird nicht durch Rechenleistung bestimmt, sondern nach dem Anteil an der Gesamtmenge der Kryptowährung innerhalb des Netzwerks.

So zeigt beispielsweise die englischsprachige Studie von Fahad Saleh mit dem Titel "Blockchain without Waste: Proof of Stake" die Vorteile von PoS in Bezug auf die Energiekosten. Die Charakteristika der Blockchain, insbesondere Dezentralität und Sicherheit, werden hierbei weiterhin gewährleistet.

Häufige Fragen (FAQ) zu Proof of Stake (PoS)

In diesem Abschnitt geben wir Antworten auf die wichtigsten Fragen zu Proof of Stake (PoS).

  • Was bedeutet Staking bei Proof of Stake?

    Beim Staking setzen Krypto-Besitzer ihre Coins dafür ein, um neue Blöcke an die Blockchain anzufügen. Im Gegenzug erhalten sie Belohnungen.
  • Welche Vorteile hat Proof of Stake?

    PoS ist einfacher, kostengünstiger und ressourcenschonender als PoW. Außerdem besteht die Möglichkeite für Nutzer, sich durch Staking ein passives Einkommen aufzubauen.
  • Welche Nachteile hat Proof of Stake?

    PoS bevorzugt jene Netzwerk-Teilnehmer, die eine größere Menge an Kryptowährung besitzen. Dies verstärkt die Gefahr von Monopolen oder Oligopolen.
  • Verbraucht Proof of Stake viel Energie?

    PoS verbraucht weniger Energie als PoW, weil weniger Rechenleistung für die Aufrechterhaltung der Blockchain notwendig ist.
  • Ist Proof of Stake sicher?

    PoS wird eine erhöhte Sicherheit bescheinigt, weil der Algorithmus Teilnehmer abstraft, die versuchen, manipulierte Transaktionen an die Blockchain anzufügen. Wer eine falsche Validierung abgibt, wird als Betrüger erkannt und verliert einen Teil seiner Krypto-Werte sowie das Recht, künftig an weiteren Validierungen teilzunehmen.