Was ist ein Blockchain Konsensusalgorithmus

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Was ist ein Blockchain Konsensusalgorithmus
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Konsensverfahren sind ein entscheidendes Element eines jeden Blockchain-Netzwerkes, da sie für die Aufrechterhaltung der Integrität und Sicherheit dieser dezentralen Systeme sorgen. Der erste für Kryptowährungen entwickelte Konsensusalgorithmus war der Proof of Work (PoW), der von Satoshi Nakamoto entworfen und auf das Bitcoin Protokoll angewendet wurde, um das Problem der byzantinischen Generäle zu überwinden.


Konsensalgorithmus

Ein Konsensverfahren kann als der Mechanismus, durch den ein Blockchain-Netzwerk einen Konsens erreicht, definiert werden. Öffentliche (dezentrale) Blockchains sind als dezentrale Systeme aufgebaut, und da sie nicht auf eine zentrale Instanz angewiesen sind, müssen sich folglich die dezentralen Knoten (Nodes) über die Validität von Transaktionen einigen. Hier kommen Konsensalgorithmen ins Spiel. Sie stellen die Einhaltung der Protokollregeln sicher und garantieren, dass alle Transaktionen zuverlässig abgewickelt werden, so dass die Coins nur ein einziges Mal ausgegeben werden können. 

Bevor wir auf die verschiedenen Arten von Konsensverfahren eingehen, ist es wichtig die Unterschiede zwischen einem Algorithmus und einem Protokoll zu verstehen.


Konsensalgorithmus vs Protokoll

Die Begriffe Algorithmus und Protokoll werden oft synonym verwendet, sind aber nicht gleichbedeutend. Einfach ausgedrückt können wir ein Protokoll als die primären Regeln einer Blockchain und den Algorithmus als den Mechanismus definieren, durch den diese Regeln befolgt werden. 

Die Blockchain-Technologie wird nicht nur im Kontext von Finanzdienstleistungen umfassend eingesetzt, sondern kann auch auf die Operationen einer Vielzahl von Unternehmen angewendet werden und findet daher verschiedene Einsatzbereiche. Ein Blockchain-Netzwerk basiert unabhängig vom Kontext immer auf einem Protokoll, das definiert, wie das System funktionieren soll. Alle verschiedenen Teile des Systems und alle Teilnehmer des Netzwerks müssen die dem Protokoll zugrunde liegenden Regeln befolgen.

Während das Protokoll bestimmt, was die Regeln sind, sagt der Algorithmus dem System, welche Schritte zu unternehmen sind, um diese Regeln einzuhalten und die gewünschten Ergebnisse zu erzielen. So ist es beispielsweise der Konsensalgorithmus einer Blockchain, der die Gültigkeit von Transaktionen und Blöcken bestimmt. Bitcoin und Ethereum sind also Protokolle, während der Proof of Work und der Proof of Stake die respektiven Konsensverfahren sind.

Um dies weiter zu veranschaulichen: das Bitcoin-Protokoll definiert, wie die Knoten interagieren sollen, wie die Daten zwischen ihnen übertragen werden sollen und was die Voraussetzungen für eine erfolgreiche Blockvalidierung sind. Dahingegen ist der Konsensalgorithmus für die Überprüfung der Salden und Signaturen, die Bestätigung von Transaktionen und die tatsächliche Ausführung der Validierung von Blöcken verantwortlich - all dies ist abhängig vom Netzwerkkonsens.


Verschiedene Arten von Konsensalgorithmen

Es gibt verschiedene Arten von Konsensalgorithmen. Die gängigsten Implementierungen sind PoW und PoS. Jeder hat seine eigenen Vor- und Nachteile, wenn es darum geht, Sicherheit mit Funktionalität und Skalierbarkeit in Einklang zu bringen.


Proof of Work (PoW)

PoW ist der erste Konsensalgorithmus, der entwickelt wurde. Es wird von Bitcoin und vielen anderen Kryptowährungen eingesetzt. Der Proof of Work Algorithmus ist ein wesentlicher Bestandteil des Mining-Prozesses. 

Das PoW-Mining erfordert zahlreiche Hashing-Versuche und mehr Rechenleistung bedeutet mehr Versuche pro Sekunde. Mit anderen Worten, Miner mit einer hohen Hashrate haben bessere Chancen eine gültige Lösung für den nächsten Block (alias Blockhash) zu finden. Der PoW-Konsensalgorithmus stellt sicher, dass Miner nur dann in der Lage sind, einen neuen Transaktionsblock zu validieren und in die Blockchain aufzunehmen, wenn die dezentralen Knoten des Netzwerks einen Konsens erreichen und sich darauf einigen, dass der vom Miner bereitgestellte Blockhash ein gültiger Proof of Work ist.


Proof of Stake (PoS)

Der PoS-Konsensalgorithmus wurde 2011 als Alternative zu PoW entwickelt. Obwohl PoS und PoW ähnliche Ziele verfolgen, weisen sie einige grundlegende Unterschiede und Besonderheiten auf. Insbesondere bei der Validierung neuer Blöcke.

In kurz, der Proof of Stake Konsensalgorithmus ersetzt das PoW-Mining durch einen Mechanismus, bei dem Blöcke entsprechend des Einsatzes der Teilnehmer validiert werden. Der Validator jedes Blocks (auch Forger oder Minter genannt) wird durch eine Investition der Kryptowährung selbst bestimmt und nicht durch die Höhe der zugewiesenen Rechenleistung. Jedes PoS-System kann den Algorithmus auf unterschiedliche Weise implementieren, aber im Allgemeinen wird die Blockchain durch einen pseudozufälligen Wahlprozess gesichert, der das Vermögen des Knotens und das Alter der Coins berücksichtigt (sprich der Zeitraum in dem die Coins gesperrt sind) - zusammen mit einem Zufallsfaktor.

Die Ethereum-Blockchain basiert derzeit auf einem PoW-Algorithmus, wird aber im Kontext des Casper-Protokolls auf PoS wechseln, mit dem Ziel die Skalierbarkeit des Netzwerks zu erhöhen.


Warum sind Konsensalgorithmen für Kryptowährungen wichtig?

Wie bereits erwähnt, sind die Konsensalgorithmen entscheidend für die Aufrechterhaltung der Integrität und Sicherheit eines Kryptowährungsnetzwerks. Sie bieten durch den Einsatz der dezentralen Knoten die Möglichkeit zur zuverlässigen Erreichung eines Konsenses darüber, welche Version der Blockchain die richtige ist. Die Konsensfindung ist zum reibungslosen Funktionieren eines digitalen Wirtschaftssystems unerlässlich. 

Der Proof of Work Konsensalgorithmus gilt als eine der besten Lösungen für das Problem der byzantinischen Generäle, die erst die Entwicklung von Bitcoin als byzantinisches fehlertolerantes System ermöglichten. Das bedeutet, dass die Bitcoin-Blockchain sehr resistent gegen Angriffe wie den 51% Angriff (auch Mehrheitsangriff genannt) ist. Nicht nur, weil das Netzwerk dezentralisiert ist, sondern auch wegen des PoW-Algorithmus. Die mit dem Prozess des Minings verbundenen hohen Kapitalkosten machen es sehr schwierig und unwahrscheinlich, dass die Miner ihre Ressourcen dafür investieren werden, um das Netzwerk zu stören.

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