Schön, dass Sie regelmäßig unsere Blockchain-Blogreihe verfolgen. Das lohnt sich: In diesem Beitrag lernen Sie mit dem Proof of Authority und dem Proof of Capacity zwei weitere relevante Konsensmechanismen kennen. Gerade im PoC steckt jede Menge Potenzial – lassen Sie sich überraschen!

Proof of Authority: der Reputationsnachweis

Vor allem in privaten Blockchains kommt der reputationsbasierte Konsens-Algorithmus „Proof of Authority“ (PoA) zum Einsatz, der auf den guten Ruf der Node-Betreiber („Authorities“) setzt: Wer die Blockchain als Node-Betreiber und Validator aktiv mitbetreiben möchte, muss sich einem Bewerbungsprozess stellen, bei dem er seine reale Identität und seine finanziellen Hintergründe offenlegt. Beides wird zusammen mit seinem Ruf im „echten Leben“ eingehend geprüft, bevor er als Validator zugelassen wird. Man kann also davon ausgehen, dass jeder, der diesen Prozess erfolgreich durchläuft, seriös agiert.

Dieses Konsensverfahren weicht mit seiner begrenzten Zahl an Validatoren die Idee der Dezentralität auf, um eine höhere Skalierbarkeit zu erzielen. Im Vergleich zu herkömmlichen zentralen Lösungen, die immer das Vertrauen der Nutzer in den Betreiber und seine Motivation erfordern, bietet der PoA trotzdem mehr Integrität, Authentizität und Verbindlichkeit. Der Anbieter VeChain, auf den wir in einem späteren Beitrag näher eingehen werden, setzt beispielsweise auf das Verfahren, das derzeit auch als effiziente Lösung für logistische Supply-Chain-Anwendungen gehandelt wird.

Nachteile

• Durch die begrenzte Anzahl an Node-Validatoren bietet der PoA keine echte Dezentralität.
• Der Fokus auf persönliche Reputation in der realen und digitalen Welt schließt Menschen aus, deren Ruf für die Teilnahme an der Blockchain keine Rolle spielt.
• Je kleiner die Zahl der Validatoren, desto größer das Risiko von Cyberattacken für jeden einzelnen. Umso wichtiger ist guter Schutz.
• Die Identität der Validatoren ist bekannt – das birgt Risiken.

Vorteile

• Durch die geringe Zahl der Validatoren kann das System beliebig skaliert werden.
• Im Vergleich zu PoW verbraucht PoA signifikant weniger Energie.

Proof of Capacity: der Speicherplatznachweis

Ein bemerkenswertes Konsensverfahren, das unserer Meinung nach noch viel zu wenig Beachtung findet, ist der „Proof of Capacity“ (PoC), der im Vergleich zu PoW und PoS energieeffizienter und ressourcenschonender arbeitet und dadurch für mehr Teilnehmer zugänglich ist. Das Prinzip: Um sich für die Teilnahme am Netzwerk zu qualifizieren, müssen Capacity-Node-Betreiber dem Netzwerk Speicherplatz auf ihren PCs zur Verfügung stellen, auf dem neu entstandene Blöcke validiert

werden. Der dafür zuständige kryptografische Algorithmus kommt aus der Hash-3-Familie und heißt Shabal. Ganz so trivial, wie das klingt, ist es allerdings nicht, denn der Umfang des bereitgestellten Speichers sollte zwischen einem Terabyte (1.024 Gigabyte) und einem Petabyte (1.000.000 Gigabyte) liegen – und damit deutlich über den Möglichkeiten eines Standard-PCs.

Zweistufiger Konsensprozess

Eine Besonderheit des PoC-Algorithmus ist sein zweistufiges Verfahren, das Plotten und Farming (Mining) verbindet. In der Vorbereitungsphase, dem Plotten, werden die bereitgestellten Festplatten mit Hash-Werten gefüllt. Diese komplexe kryptografische Aufgabe bringt kurzzeitig einen hohen Rechen- und Energieaufwand mit sich, der aber deutlich unter dem energiehungrigen PoW-Verfahren liegt. Eine 5-TB-Festplatte mit Hash-Werten zu plotten, dauert beispielsweise nur wenige Stunden.

Anschließend ist die Platte bereit für die Verarbeitungsphase, das Farming (Mining). Im Gegensatz zum von Bitcoin bekannten PoW-Mining, bei dem der Hash-Wert für jeden einzelnen neuen Block aufwändig errechnet werden muss, kann der jeweilige Hash-Wert beim PoC-Verfahren ohne Aufwand aus den beim Plotten entstandenen Werten herausgesucht werden. Auf diese Weise entsteht mit niedrigem Energieaufwand ein dezentrales Netzwerk aus einer Vielzahl an Computern, die alle ihre Terabytes bis Petabytes an Hash-Werten bereithalten.

Hinsichtlich des Energiebedarfs kann man den PoW mit der ersten Dampflokomotive vergleichen, den PoC dagegen mit einer modernen Elektrolokomotive. Trotzdem ist unklar, welches Verfahren sich langfristig durchsetzen wird – zurzeit nutzt erst eine Handvoll Unternehmen wie Burst und Chia den PoC-Algorithmus. Wie sich der junge Markt entwickeln wird, ist völlig offen. Bleiben wir gemeinsam dran!

Nachteil

• Aktuell nutzen nur wenige Entwickler den PoC-Prozess. Ob das an mangelndem Marketing für die zahlreichen Anwendungsmöglichkeiten wie Smart Contracts, Dapps und Coins liegt oder an abweichenden Interessen der Blockchain-Industrie, kann man nur mutmaßen.

Vorteile

• Teilnehmer an einer PoC-Blockchain haben nur geringe Investitions- und Betriebskosten.
• Der niedrige Energiebedarf schont Budget und Umwelt.

Die energiehungrigen PoW-Miner werden in Regionen auf diesem Globus betrieben, in denen Strom nicht viel kostet. Das ist im Grunde eine Form von Zentralität, die PoW-Systeme angreifbarer machen kann. Der PoC kann dagegen unabhängig von Energiekosten überall auf dieser Welt betrieben werden – das ist fairere und sicherer.

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