Delegated Proof of Stake

04.12.2018

Der Delegated Proof of Stake (DPoS) Konsensalgorithmus wird von vielen als eine effizientere und demokratischere Version des vorhergehenden PoS-Mechanismus angesehen.

Sowohl PoS als auch DPoS werden als Alternative zum Konsensverfahren Proof-of-Work verwendet, da ein PoW-System per Design viele externe Ressourcen benötigt. Der Proof-of-Work Algorithmus nutzt Rechenleistung, um ein unveränderliches, dezentrales und transparentes weltweit verteiltes Kontobuch zu gewährleisten. PoS und DPoS hingegen benötigen weniger Ressourcen und sind durch ihr Design nachhaltiger und umweltfreundlicher. Um zu verstehen, wie der Delegated Proof of Stake funktioniert, muss man zuerst die Grundlagen der ihr vorausgehenden Proof-of-Work und Proof of Stake Algorithmen verstehen.


Proof-of-Work (PoW)

Die meisten Kryptowährungssysteme laufen auf einem verteilten Kontobuch namens Blockchain und der Proof-of-Work war das erste Konsensverfahren, das verwendet wurde. Er wurde als Kernkomponente des Bitcoin-Protokolls implementiert, der für die Generierung neuer Blöcke und die Sicherheit des Netzwerks (durch den Mining-Prozess) zuständig ist. Bitcoin wurde als Alternative zum traditionellen globalen Währungssystem vorgeschlagen, das zentralisiert und ineffizient ist. PoW führte ein tragfähiges Konsensusprotokoll ein, das den Geldtransfer unter der Leitung einer zentralen Behörde unnötig machte. Er sah dezentrale Zahlungsabwicklungen in Echtzeit in einem Peer-to-Peer Wirtschaftssystem vor, wodurch der Bedarf an Vermittlern entfiel und die Gesamttransaktionskosten gesenkt wurden.

Ein Proof-of-Work System wird, im Zusammenspiel mit anderen Typen von Knoten (Nodes), von einem Netzwerk von Mining-Knoten unterhalten, die spezialisierte Hardware (ASICs) verwenden, um komplexe kryptografische Probleme zu lösen. Im Durchschnitt wird alle 10 Minuten ein neuer Block gemined. Der Miner kann nur dann einen neuen Block in die Blockchain aufnehmen, wenn er es schafft, die Lösung für diesen Block zu finden. Mit anderen Worten, ein Miner kann dies erst nach Abschluss eines Proof-of-Work tun, was ihn wiederum mit neu geschaffenen Coins und allen Transaktionsgebühren dieses spezifischen Blocks belohnt. Dennoch ist dies mit hohen Kosten verbunden, da es viel Energie und gescheiterte Versuche erfordert. Außerdem ist die ASIC-Hardware recht teuer. 

Neben dem Aufwand für die Wartung des Systems gibt es noch offene Fragen hinsichtlich des Grades der Anwendbarkeit eines PoW-Systems - insbesondere im Hinblick auf die Skalierbarkeit (sehr begrenzte Anzahl von Transaktionen pro Sekunde). Dennoch, PoW-Blockchains gelten als die sichersten und zuverlässigsten und bleiben der Standard für eine Fehlertoleranz-Lösung.


Proof of Stake (PoS)

Der Konsensverfahren zum Proof of Stake ist die häufigste Alternative zum Proof-of-Work. PoS-Systeme wurden entwickelt, um einige der Ineffizienzen und aufkommenden Probleme von PoW-basierten Blockchains zu lösen. Dabei werden insbesondere die mit dem PoW-Mining verbundenen Kosten (Stromverbrauch und Hardware) berücksichtigt. Grundsätzlich wird eine Proof of Stake Blockchain auf bestimmte Weise gesichert. In diesen Systemen gibt es kein Mining, und die Validierung neuer Blöcke hängt von der Anzahl der eingesetzten Coins ab. Je mehr eingesetzte Coins eine Person hält, desto höher sind die Chancen, als nächster Blockvalidierer (auch bekannt als Minter oder Forger) ausgewählt zu werden.

Während PoW-Systeme auf externe Investitionen (Stromverbrauch und Hardware) angewiesen sind, wird eine Proof of Stake Blockchain durch eine interne Investition (die Kryptowährung selbst) gesichert.

Darüber hinaus verteuern PoS-Systeme den Angriff auf eine Blockchain, da ein erfolgreicher Angriff einen Besitz von mindestens 51% der insgesamt vorhandenen Coins erfordern würde. Fehlgeschlagene Angriffe würden zu enormen finanziellen Verlusten führen. Trotz der Vorteile und überzeugenden Argumente für PoS befinden sich solche Systeme noch im Anfangsstadium und müssen noch in größerem Maßstab getestet werden.


Delegated Proof of Stake (DPoS)

Der Konsensalgorithmus des Delegated Proof of Stake (DPoS) wurde 2014 von Daniel Larimer entwickelt. Bitshares, Steem, Ark und Lisk sind einige der Kryptowährungsprojekte, die den DPoS-Konsensalgorithmus nutzen.

Eine DPoS-basierte Blockchain gehört zu den Abstimmungssystem, bei dem Stakeholder ihre Arbeit an einen Dritten auslagern. Mit anderen Worten, du kannst für bestimmte Delegierte stimmen, die das Netzwerk in deinem Namen sichern sollen. Die Delegierten können auch als Zeugen bezeichnet werden und sind dafür verantwortlich bei der Erstellung und Validierung neuer Blöcke einen Konsens zu erzielen. Das Stimmrecht ist proportional zur Anzahl der Coins, die jeder Benutzer hält. Das Abstimmungssystem ist von Projekt zu Projekt unterschiedlich, aber im Allgemeinen unterbreitet jeder Delegierte einen individuellen Vorschlag, wenn er um Stimmen bittet. In der Regel werden die von den Delegierten gesammelten Belohnungen proportional mit ihren jeweiligen Wählern geteilt.

Daher schafft der DPoS-Algorithmus ein Abstimmungssystem, das direkt vom Ruf der Delegierten abhängt. Wenn sich ein gewählter Knoten schlecht verhält oder nicht effizient arbeitet, wird er schnell vertrieben und durch einen anderen ersetzt.

In Bezug auf die Performance sind DPoS-Blockchains besser skalierbar, da sie mehr Transaktionen pro Sekunde verarbeiten können. 


DPoS vs PoS

Während PoS und DPoS im Sinne von Stakeholding ähnlich sind, präsentiert DPoS ein neuartiges demokratisches Abstimmungssystem, bei dem Blockproduzenten gewählt werden. Da ein DPoS-System von den Wählern gepflegt wird, werden die Delegierten motiviert, ehrlich und effizient zu sein, da sie sonst abgewählt werden. Darüber hinaus sind DPoS-Blockchains in der Regel schneller in Bezug auf Transaktionen pro Sekunde als die PoS-Blockchains.


DPoS vs PoW

Während PoS versucht die Fehler von PoW zu beheben, versucht DPoS den Blockproduktionsprozess zu optimieren. Aus diesem Grund sind DPoS-Systeme in der Lage rapide größere Mengen von Blockchain-Transaktionen zu verarbeiten. Nun, DPoS wird nicht in gleicher Weise wie PoW oder PoS benutzt. PoW gilt nach wie vor als der sicherste Konsensalgorithmus und ist somit der Ort, an dem die meisten Geldtransfers stattfinden. PoS ist schneller als PoW und hat potenziell mehr Anwendungsgebiete. DPoS beschränkt den Einsatz von Staking auf die Wahl von Blockproduzenten. Seine tatsächliche Blockproduktion ist im Gegensatz zum wettbewerbsbasierten System von PoW vorgegeben. Jeder Zeuge bekommt eine Chance bei der Blockproduktion. Einige behaupten, dass DPoS als ein Proof-of-Authority System angesehen werden sollte. 


Fazit

DPoS unterscheidet sich erheblich von PoW und sogar PoS. Die Einbeziehung der Stakeholder-Abstimmung dient als Mittel zur Entscheidung und zur Motivation ehrlicher und effizienter Delegierter (oder Zeugen). Die eigentliche Blockproduktion unterscheidet sich jedoch deutlich von PoS-Systemen und weist in den meisten Fällen eine höhere Performance bei den Transaktionen pro Sekunde auf.

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