Wenn Sie unsere Blockchain-Blogreihe regelmäßig verfolgen, verfügen Sie bereits über fundiertes Grundlagenwissen. Im letzten Beitrag haben Sie mit dem Proof of Work den zurzeit populärsten Konsensmechanismus kennengelernt. Selbstverständlich gibt es weitere Lösungen: den ebenfalls recht verbreiteten „Proof of Stake“ und die Intel-Lösung „Proof of Elapsed Time“.

Proof of Stake: der Geldnachweis

Immer mehr Bockchain-Netzwerke setzen zur Generierung und Validierung der einzelnen Blöcke auf den Proof of Stake (PoS). Bei diesem Konsensverfahren nutzen die Netzwerk-Teilnehmer ihre Coins, um die Validierung neuer Blöcke zu bestätigen und dafür mit „Rewards“ belohnt zu werden. Dieser Prozess nennt sich Staking und nutzt Staking Nodes. Für die Teilnahme frieren die Benutzer, die „Validatoren“ genannt werden, ihre Coins für einen je nach Dienstleister unterschiedlich langen Zeitraum ein. Abhängig vom jeweiligen Coin-Vermögen (Stake) ermittelt dann der Algorithmus per Zufallsprinzip, welcher Validator den nächsten Block herstellen und validieren darf. Weil die Chancen mit der Höhe des Vermögens steigen, schließen sich Teilnehmer oft zu Staking Pools zusammen.

Nachteile

• Teilnehmer mit größeren Coin-Vermögen haben höhere Chancen, die Blockvalidierung übernehmen zu dürfen.
• Bei vielen Blockchain-Dienstleistern sind die Coins im Zeitraum der Validierung eingefroren, sodass man sie nicht nutzen kann. Das gilt jedoch nicht für alle Protokolle.

Vorteile

• Teilnehmer mit kleineren Coin-Beständen können sich zu Staking Pools zusammenschließen.
• Betrugsversuche werden vom Algorithmus mit Ausschluss vom Staking und Verlust von Teilen des Coin-Einsatzes bestraft.
• PoS ist energieeffizienter und umweltschonender als der PoW.
• Ein PoS-Validator kann ohne spezielle Hochleistungs-Hardware am Staking teilnehmen.

Was bringt ein Staking Pool?
Wer mit seinen Coins in einen Staking Pool einsteigt, erhält dafür Rewards – eine Art passives Einkommen, das in manchen Pools jährlich rund 5–8 % der gestakten Coins entspricht.

Was ist ein Reward?
Während beim Proof of Work die intensive Mining-Rechenarbeit belohnt wird, erhalten Validatoren beim Proof of Stake ihre Rewards dafür, dass sie Coins fürs Staking zur Verfügung stellen. 

Proof of Elapsed Time: der Zeitablauf

Mit dem Proof of Elapsed Time (PoET) hat der Chip-Hersteller Intel bereits 2016 ein besonders faires und ressourcenschonendes Konsensverfahren entwickelt. Sein Algorithmus weist jedem Teilnehmer eine zufällig generierte Wartezeit zu; der Teilnehmer mit der kürzesten Wartezeit darf den nächsten Block an die Blockkette hängen und dafür seine Belohnung einstreichen. Dabei kommt die Intel-Software „Safe Guard Extension“ (SGX) zum Einsatz, die die individuellen Zeitstempel vergibt und die digitalen Signaturen der Teilnehmer prüft, um Manipulationen zu verhindern. Hyperledger Fabric nutzt dieses Verfahren beispielsweise in einer privaten Blockchain, über die wir in einem späteren Beitrag sprechen werden.

Funktionsweise

• Ein angehender Node-Betreiber lädt den PoET-Code herunter und generiert mit SGX einen Entschlüsselungscode.
• Um dem Netzwerk beitreten zu können, transferiert der Node-Betreiber den Code weiter. Die bestehenden Nodes verifizieren den Code.
• Der neue Node hat nun einen eigenen Zeitstempel.
• Bei der Konsens-Erstellung erhält jeder Node eine Zeitsignatur. Der Node mit der kürzesten Wartezeit darf den Block validieren. Danach erhalten alle Nodes eine neue Zeitsignatur – und der Prozess beginnt erneut.

Wenn sich beispielsweise fünf Full-Node-Betreiber am Konsensverfahren beteiligen und das Netzwerk dem Betreiber Nummer Zwei die kürzeste Wartezeit zuweist, darf dieser den neuen Block validieren.

Nachteil
Im Gegensatz zu anderen Konsensmechanismen benötigt PoET eine zentrale Instanz: SGX. Hier hängt der Konsens also von der Integrität der Lösung eines Chip-Herstellers ab. Das erfordert Vertrauen und ist vermutlich der Hauptgrund für die geringe Verbreitung von PoET.

Vorteil
Neben der besonderen Fairness des Zufallsprinzips hat PoET eine weitere entscheidende Stärke: Weil dieser Konsensmechanismus ohne rechenintensive Aufgaben auskommt, ist er besonders energie- und ressourcenschonend.

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