Was ist Decreds hybrider PoW/PoS-Konsens?

Die Aufrechterhaltung eines gemeinsamen Zustands unter den Teilnehmern einer Blockchain ist die Hauptaufgabe ihres Konsensmechanismus. Dieser Mechanismus bestimmt, welche Personen berechtigt sind, neue Blöcke von Transaktionen hinzuzufügen. Das primäre Ziel des Konsenses ist es, das Umschreiben der Kette zu verhindern.

Proof-of-Work-Konsens

Der primäre Konsensmechanismus, der in Blockchains wie Bitcoin verwendet wird, ist reiner Proof of Work. Dieser Mechanismus ermöglicht es Minern, neue Blöcke zur Blockchain hinzuzufügen, indem sie mit spezieller Hardware die Lösung eines mathematischen Problems erraten. Sobald ein Miner eine gültige Lösung findet, kann er einen Block konstruieren, der vom Netzwerk akzeptiert wird. Obwohl Miner auf jeder Kette minen können, bestimmt das Netzwerk die legitime Kette durch die akkumulierte Proof of Work, also die längste Kette mit den meisten Hashes oder Versuchen.

Akzeptanz der längsten Kette

Miner werden dazu angehalten, auf der längsten Kette zu minen, da das Netzwerk dazu neigt, eine solche Kette als die legitime anzuerkennen. Wenn Miner einen gültigen neuen Block finden, versuchen sie, eine Lösung für den nachfolgenden Block zu finden, die es ihnen erlaubt, auf dem vorherigen weiter aufzubauen.

Schwierigkeit beim Umschreiben

Die Schwierigkeit, die Blockchain umzuschreiben, bildet die Grundlage für ihre Verwendung als Ledger für Finanztransaktionen. Sobald eine Transaktion, die Coins an eine Wallet sendet, in einem Block erscheint und mehrere Blöcke darauf folgen (Bestätigungen), ist die Wahrscheinlichkeit gering, dass jener Block (und die Transaktion) umgeschrieben wird.

51%-Angriff

In reinen Proof-of-Work-Kryptowährungen kann eine Entität, die genug Rechenleistung besitzt, um die ehrliche Kette zu übertreffen, die Blockchain umschreiben oder reorganisieren, indem sie auf einem alten Block anstatt auf dem neuesten weiterminet. Diese Art von Angriff wird auch als 51%-Angriff bezeichnet.

Der Angreifer gibt Coins in Block X aus, indem er sie an eine Börse sendet, und beginnt privat, eine parallele Kette zu minen. Die Blöcke werden nicht an das Netzwerk gesendet. Nach der erforderlichen Anzahl von Bestätigungen handelt der Angreifer die Coins und zieht sie von der Börse ab. Sobald die Auszahlung abgeschlossen ist, veröffentlicht der Angreifer die parallele Kette. Hat die parallele Kette mehr Proof of Work als die ursprüngliche, wird sie vom Netzwerk als legitime Kette akzeptiert, und die historische Version der ursprünglichen Kette, einschließlich der Einzahlung des Angreifers, verschwindet. Der Angreifer kann die Coins dann erneut ausgeben.

Governance durch Miner

Miner spielen eine entscheidende Rolle in der Governance reiner PoW-Kryptowährungen, da nur sie direkt Blöcke zur Kette hinzufügen können. Damit Änderungen an den Konsensregeln des Netzwerks umgesetzt werden, muss die Mehrheit der Hash-Power zustimmen. Soft-Forks erfordern, dass genügend Miner einen neuen Regelkatalog erkennen, sodass Nutzer Transaktionen durchführen und erwarten können, dass diese korrekt verarbeitet und in Blöcken enthalten werden. Hard-Forks würden das Netzwerk hingegen teilen, und die Miner würden entscheiden, welcher Teil als legitim akzeptiert wird, basierend auf der weit akzeptierten Regel „die Kette mit dem meisten Proof of Work ist die richtige Kette“.

Proof-of-Stake-Konsens

Proof of Stake ist eine Alternative zu Proof of Work, um zu entscheiden, wer neue Blöcke hinzufügen und den aktuellen Zustand der Blockchain validieren darf. Anstatt dass Miner um die Lösung eines Problems konkurrieren, wird der nächste Blockproduzent durch die Anzahl der in Wallets gehaltenen Coins (oder „gestakten“ Coins) bestimmt. Dieses vertrauensbasierte System geht davon aus, dass diejenigen mit dem größten Anteil verantwortungsvolle Entscheidungen für das gesamte Netzwerk treffen werden.

„Nothing at Stake“-Problem

PoS eliminiert den Bedarf an energieintensivem Mining. Allerdings schafft der Wegfall hoher Energiekosten ein anderes Problem, bekannt als „Nothing at Stake“. Bei einer gespaltenen Kette sind PoS-Forger incentiviert, Blöcke auf beiden Ketten zu validieren, weil es sie kaum etwas kostet, an einer zusätzlichen Kette zu arbeiten, und sie somit auf beiden Ketten Belohnungen sammeln können. Dies ist problematisch, weil es eigentlich nur eine Kette geben sollte und die Einigung auf den Zustand dieser einzelnen Kette der Kernzweck des Konsensmechanismus ist.

Problem der Token-Verteilung

Proof of Stake hat ein weiteres Problem im Hinblick auf die Verteilung der Tokens. PoW-Miner haben erhebliche Kosten wie Hardware und Strom und müssen einen großen Teil ihrer geminten Coins verkaufen, um diese Kosten zu decken. Daher sind viele geminte Coins auf dem Markt verfügbar, anstatt von Minern gehortet zu werden. PoS-Forger hingegen haben sehr geringe Betriebskosten und stehen nicht unter dem gleichen Verkaufsdruck. Große Halter, die an PoS teilnehmen, erhöhen tendenziell ihren Anteil an den umlaufenden Coins, indem sie Blockbelohnungen und Transaktionsgebühren einnehmen. Das wurde mit Feudalismus verglichen, wobei das Netzwerk effektiv von Coin-Inhabern betrieben wird und Nutzer ihnen eine Art Pacht zahlen. Üblicherweise gibt es eine Mindestgrenze, unterhalb der eine direkte Teilnahme am Proof of Stake nicht möglich ist.

Decreds hybrider PoW/PoS

Decred ist eine einzigartige Kryptowährung, die sowohl PoW als auch PoS nutzt, um einen hybriden Konsensmechanismus zu schaffen. Ziel hybrider Systeme ist es, die Schwächen der einzelnen Ansätze auszugleichen und deren Vorteile zu kombinieren. Während auch „Masternode-Coins“ hybride Eigenschaften haben können, konzentriert sich dieser Artikel auf PoS-basierte Hybride und nicht auf Projekte, die Masternodes oder Proof of Service nachahmen.

Decreds PoW-Komponente verwendet die Blake-256-Hashfunktion, ähnlich wie andere PoW-Projekte. Seine PoS-Komponente ist jedoch einzigartig. Um an PoS teilzunehmen, müssen Inhaber ihre DCR zeitlich sperren, um „Tickets“ zu kaufen, die über einen marktplatzähnlichen Mechanismus erworben werden, bei dem das System auf eine festgelegte Anzahl lebender Tickets (40.960) abzielt. Wenn jemand ein Ticket kauft, werden die dafür eingesetzten DCR gesperrt, bis sein Ticket pseudorandom zum Abstimmen aufgerufen wird oder bis es verfällt. Das schafft Opportunitätskosten für PoS und stellt sicher, dass PoS-Wähler „Skin in the game“ haben und im Interesse des Netzwerks handeln.

PoS-Teilnehmer, auch Stakeholder genannt, haben drei unterschiedliche Rollen: Block-Voting, Abstimmungen über Änderungen der Konsensregeln und Abstimmungen zur Projektverwaltung über das Politeia-Vorschlagsystem. Ersteres, das Block-Voting, ist die direkteste Weise, wie PoS-Wähler an der Aufrechterhaltung des Konsenses mitwirken.

Block-Voting

Decreds hybrides PoW/PoS-Design gibt Stakeholdern Macht über PoW-Miner und ermöglicht ihnen, Änderungen an den Konsensregeln zu vetieren. Die Verifikationsebene für PoS beinhaltet die zufällige Auswahl von Tickets, die über die Gültigkeit neuer Blöcke abstimmen. Damit ein Block gültig ist, muss er Stimmen von mindestens 3 von 5 ausgewählten Tickets erhalten. PoS-Wähler halten ihre Wallets offen und bereit, auf Abstimmungsaufrufe zu reagieren, und erhalten eine Belohnung für die Teilnahme.

Wenn ein Ticket zum Abstimmen aufgerufen wird, kann sein Besitzer die regulären Transaktionen des vorherigen Blocks entweder akzeptieren oder ablehnen. Werden nicht mindestens 3 Stimmen erreicht, wird der neue Block vom Netzwerk nicht als gültig anerkannt. PoS-Wähler können bösartiges oder ineffizientes Verhalten verhindern, indem sie „nein“ stimmen, was schlechten PoW-Minern das Erlangen von Belohnungen verwehren kann. Diese Macht ist unabhängig von ihren eigenen Belohnungen, die ihnen nicht von PoW-Minern entzogen werden können.

Diese PoS-Schicht stärkt die Widerstandsfähigkeit des Netzwerks gegen Mehrheitsangriffe. Double-Spending-Angriffe erfordern das heimliche Schürfen einer alternativen Kette, was in Decred nicht möglich ist, da die Eingabe zufällig ausgewählter Tickets erforderlich ist, damit neue Blöcke als gültig gelten. Außerdem erhöht das hybride System die Angriffskosten, da ein Angreifer sowohl das PoW- als auch das PoS-System umgehen müsste. Das langsame Erlangen von Tickets erschwert es Angreifern zusätzlich, genug Macht anzusammeln, um einen Angriff durchzuführen.

Die Anforderung, dass jeder Block von zufällig ausgewählten Stakeholdern abgestimmt werden muss, erhöht die Sicherheit des Netzwerks. Außerdem wird die Blockchain allen Teilnehmern beim Mining gemeinsam zur Verfügung gestellt. Insgesamt ist Decreds PoW/PoS-Hybrid sorgfältig gestaltet, um Stakeholdern erhebliche Kontrolle über das Netzwerk zu geben und zugleich Schutz gegen Angriffe zu bieten.

Abstimmungen über Konsensänderungen

Um PoS-Stakeholdern mehr Kontrolle über die Governance der Blockchain zu geben, hat Decred einen Prozess zur Ratifizierung von Upgrades in die Konsensregeln integriert. Änderungen an den Konsensregeln werden erst umgesetzt, nachdem sie einen Abstimmungsprozess durchlaufen und von mindestens 75% der abstimmenden Tickets genehmigt wurden. Um diesen Prozess zu starten, müssen ein bestimmter Anteil der Miner (95%) und der Wähler (75%) aktualisierte Software mit latenten Regeländerungen betreiben. Ein Vorschlag durchläuft eine vierwöchige Abstimmungsperiode; erhält er 75% Unterstützung, wird er akzeptiert, andernfalls abgelehnt. Erreicht ein Vorschlag weder eine Supermehrheit noch eine einfache Mehrheit, startet eine erneute Abstimmung. Nach Annahme eines Vorschlags tritt die Regeländerung einen Monat später in Kraft.

Projektmanagement

Die Verteilung der Blockbelohnungen bei Decred ist so gestaltet, dass 60% an PoW-Miner, 30% an PoS-Wähler und 10% an einen Treasury gehen, der die Entwicklung von Open-Source-Software zur Förderung der Projektziele unterstützt. Ticket-Inhaber üben ihre Souveränität aus, indem sie darüber abstimmen, wie die Treasury-Mittel eingesetzt werden sollen, welche Funktionen aufgenommen werden und welche Richtlinien über die Politeia-Plattform etabliert werden.

Fazit

Die Decred-Blockchain verwendet ein hybrides PoW/PoS-System, das sie von anderen Projekten in der PoS-Gruppe unterscheidet. PoS-Wähler erhalten nur 30% der Blockbelohnung, sodass sie ihren relativen Anteil am umlaufenden DCR nicht allein durch Staking halten können. Der Großteil der neu geschaffenen DCR wird an PoW-Miner vergeben, die das Netzwerk sichern und das „Nothing at Stake“-Problem reiner PoS-Systeme adressieren. Um ihre Betriebskosten zu decken, müssen Miner in der Regel einen erheblichen Teil der Belohnungen verkaufen, was ein ausgewogenes Angebot an DCR auf dem Markt fördert.

Obwohl Decreds Blockchain architektonisch einzigartig ist, müssen zukünftige Projekte mit hybriden PoW/PoS-Ansätzen nicht zwangsläufig Decreds Modell übernehmen. Es handelt sich um eine allgemeine Kategorie mit erheblichen Variationen, ähnlich wie bei PoS-basierten Projekten.