Wir hören viel davon, dass öffentliche Blockchains die Welt verändern werden, aber um global zu funktionieren, benötigt ein gemeinsames öffentliches Hauptbuch einen funktionalen, effizienten und sicheren Konsensalgorithmus.

Ein Konsensalgorithmus, wie der Bitcoin-Arbeitsbeweis (den wir am häufigsten hören), macht zwei Dinge: Er stellt sicher, dass der nächste Block in einer Blockchain die einzige Version der Wahrheit ist und mächtige Gegner behält vom Entgleisen des Systems und erfolgreichem Verzweigen der Kette.

Als Beweis für die Arbeit konkurrieren Bergleute, um den nächsten Block (einen Satz von Transaktionen) in der Kette hinzuzufügen, indem sie rasen, um ein extrem schwieriges kryptographisches Puzzle zu lösen. Der Erste, der das Rätsel löst, gewinnt die Lotterie. Als Belohnung für seine Bemühungen erhält der Bergmann 12.5 frisch geprägte Bitcoins - und eine kleine Transaktionsgebühr.

Obwohl Bitcoin ein Meisterwerk für sich ist, ist es doch nicht perfekt.

Gemeinsame Kritikpunkte beinhalten, dass es enorme Mengen an Rechenenergie benötigt, dass es nicht gut skaliert (Transaktionsbestätigung dauert etwa 10-60 Minuten) und dass der Großteil des Bergbaus in Gebieten der Welt zentralisiert ist, wo Strom billig ist.

Satoshi Nakamoto, Erfinder von Bitcoin, hat uns auf das Potenzial der Blockchain aufmerksam gemacht, aber das bedeutet nicht, dass wir nicht weiter nach schnelleren, weniger zentralisierten und energieeffizienteren Konsensalgorithmen suchen können, um uns in die Zukunft zu tragen.

Obwohl es sich nicht um eine umfassende Liste handelt, sind im Folgenden einige der alternativen Ansätze aufgeführt, die auf dem Markt angeboten werden.

Nachweis des Einsatzes

Die häufigste Alternative zum Arbeitsnachweis ist der Nachweis des Einsatzes.

Bei dieser Art von Konsensusalgorithmus investiert ein "Validierer" nicht in teure Computerausrüstung, sondern in die Münzen des Systems.

Beachten Sie den Begriff Validator. Der Grund dafür ist, dass keine Münzenerzeugung (Bergbau) als Beweis für den Einsatz existiert. Stattdessen sind alle Münzen vom ersten Tag an vorhanden, und Validierer (die auch Stakeholder genannt werden, weil sie am System beteiligt sind) werden ausschließlich mit Transaktionsgebühren bezahlt.

Wenn Sie einen Einsatz nachweisen, hängt Ihre Chance, für den nächsten Block ausgewählt zu werden, von dem Anteil der Münzen ab, die Sie im System besitzen (oder für das Stechen zur Verfügung stellen). Ein Münzprüfer mit 300 Münzen ist dreimal so wahrscheinlich wie ein Münzprüfer mit 100 Münzen.

Sobald ein Validator einen Block erstellt, muss dieser Block noch an die Blockchain übergeben werden. Unterschiedliche Proof-of-Stake-Systeme unterscheiden sich darin, wie sie damit umgehen. In Tendermint zum Beispiel muss sich jeder Knoten im System auf einem Block abmelden, bis eine Mehrheit erreicht ist, während in anderen Systemen eine zufällige Gruppe von Unterzeichnern ausgewählt wird.

Jetzt stoßen wir auf ein Problem.Was soll einen Validator davon abhalten, zwei Blöcke zu erstellen und zwei Sätze Transaktionsgebühren zu beanspruchen? Und was soll einen Unterzeichner davon abhalten, diese beiden Blöcke zu unterzeichnen? Dies wurde als das "Nichts-auf-dem-Spiel" -Problem bezeichnet. Ein Teilnehmer, der nichts zu verlieren hat, hat keinen Grund, sich nicht schlecht zu benehmen.

Auf dem wachsenden Gebiet der Kryptowirtschaft erforschen Blockchain-Ingenieure Wege, um dieses und andere Probleme anzugehen. Eine Antwort besteht darin, dass ein Validierer seine Währung in einem virtuellen Tresortyp sperren muss.

Wenn der Prüfer versucht, das System doppelt zu signieren oder zu forken, werden diese Münzen abgeschnitten.

Peercoin war die erste Münze, die einen Pfandnachweis vorlegte, gefolgt von Blackcoin und NXT. Ethereum ist derzeit auf einen Arbeitsnachweis angewiesen, plant aber Anfang 2018 einen Schritt zum Nachweis des Einsatzes.

Aktivitätsnachweis

Um Hyperinflation zu vermeiden (was passiert, wenn zu viel von einer Währung das System überflutet), wird Bitcoin immer nur produzieren 21m Bitcoins. Das bedeutet, dass irgendwann die Bitcoin-Block-Belohnungssubvention endet und Bitcoin-Miners nur Transaktionsgebühren erhalten.

Einige haben spekuliert, dass dies zu Sicherheitsproblemen führen könnte, die von einer "Tragödie der Gemeingüter" herrühren, bei der die Leute in Eigeninteresse handeln und das System verderben. Daher wurde der Aktivitätsnachweis als alternative Anreizstruktur für Bitcoin erstellt. Der Nachweis der Aktivität ist ein hybrider Ansatz, der sowohl den Arbeitsnachweis als auch den Nachweis des Einsatzes kombiniert.

Als Beweis für Aktivität beginnt der Bergbau auf traditionelle Art und Weise zu arbeiten. Die Bergleute rennen um ein kryptografisches Rätsel zu lösen. Abhängig von der Implementierung enthalten blocked mines keine Transaktionen (sie sind mehr wie Vorlagen), so dass der gewinnende Block nur einen Header und die Belohnungsadresse des Bergmanns enthält.

An diesem Punkt wechselt das System zum Pfandnachweis. Basierend auf Informationen in der Kopfzeile wird eine zufällige Gruppe von Validierern ausgewählt, um den neuen Block zu signieren. Je mehr Münzen im System ein Validator besitzt, desto wahrscheinlicher ist es, dass er oder sie ausgewählt wird. Die Vorlage wird zu einem vollwertigen Block, sobald alle Validierer sie signieren.

Wenn einige der ausgewählten Validatoren nicht verfügbar sind, um den Block zu vervollständigen, wird der nächste gewinnende Block ausgewählt, eine neue Gruppe von Validatoren wird ausgewählt, usw., bis ein Block die korrekte Menge an Signaturen erhält. Die Gebühren werden zwischen dem Bergmann und den Bewilligern aufgeteilt, die sich für den Block entschieden haben.

Die Kritik am Aktivitätsnachweis ist die gleiche wie für den Nachweis der Arbeit (zu viel Energie wird benötigt, um Blöcke abzubauen) und den Nachweis des Einsatzes (es gibt nichts, was einen Prüfer davon abhalten könnte, doppelt zu signieren).

Decred ist derzeit die einzige Münze, die eine Variation des Aktivitätsnachweises verwendet.

Brandnachweis

Bei Brandnachweis verbrennen Sie Münzen, anstatt sie in teure Computerausrüstungen zu gießen, indem Sie sie an eine Adresse senden, an der sie unwiederbringlich sind. Indem Sie Ihre Münzen zu nie-nie-landen verpflichten, erhalten Sie ein lebenslanges Privileg, auf dem System basierend auf einem zufälligen Auswahlverfahren zu minen.

Abhängig davon, wie der Nachweis der Verbrennung durchgeführt wird, können Bergleute die ursprüngliche Währung oder die Währung einer alternativen Kette, wie Bitcoin, verbrennen.Je mehr Münzen du verbrennst, desto größer ist die Chance, dass du ausgewählt wirst, den nächsten Block abzubauen.

Im Laufe der Zeit verfällt Ihr Anteil am System, so dass Sie eventuell mehr Münzen brennen werden, um Ihre Chancen zu erhöhen, im Lotto ausgewählt zu werden. (Dies imitiert den Bitcoin-Mining-Prozess, bei dem Sie ständig in modernere Computerausrüstung investieren müssen, um die Hashing-Leistung aufrechtzuerhalten.)

Obwohl der Brennnachweis eine interessante Alternative zum Arbeitsnachweis darstellt, verschwendet das Protokoll immer noch unnötig Ressourcen. Ein weiterer Kritikpunkt ist, dass die Bergkraft einfach an diejenigen geht, die bereit sind, mehr Geld zu verbrennen.

Die einzige Münze, die einen Brandnachweis verwendet, ist Slimcoin, eine auf Peercoin basierende Kryptowährung. Es verwendet eine Kombination aus Arbeitsnachweis, Pfahlnachweis und Brandnachweis, ist aber zu diesem Zeitpunkt nur halbaktiv.

Nachweis der Kapazität

Wie wir gesehen haben, verwenden die meisten dieser alternativen Protokolle eine Art von Pay-to-Play-Schema. Der Beweis der Kapazität ist nicht anders, aber hier "zahlen" Sie mit Festplattenplatz. Je mehr Festplattenplatz du hast, desto größer ist deine Chance, den nächsten Block zu gewinnen und die Blockbelohnung zu verdienen.

Vor dem Mining in einem Proof-of-Capacity-System generiert der Algorithmus große Datensätze, sogenannte "Plots", die Sie auf Ihrer Festplatte speichern. Je mehr Plots Sie haben, desto größer ist Ihre Chance, den nächsten Block in der Kette zu finden.

Indem Sie in Terabyte Festplattenspeicher investieren, kaufen Sie sich eine bessere Chance, doppelte Blöcke zu erstellen und das System aufzuteilen. Aber mit dem Nachweis der Kapazität haben wir immer noch das Problem, dass nichts gegen schlechte Akteure auf dem Spiel steht.

Varianten des Kapazitätsnachweises umfassen den Nachweis der Lagerung und den Nachweis des Platzes. Burstcoin ist die einzige Kryptowährung, die eine Form des Kapazitätsnachweises verwendet.

Nachweis der verstrichenen Zeit

Der Chiphersteller Intel hat ein eigenes alternatives Konsensprotokoll entwickelt, das als Nachweis der verstrichenen Zeit bezeichnet wird. Dieses System funktioniert ähnlich wie ein Arbeitsnachweis, verbraucht aber viel weniger Strom.

Anstatt dass Teilnehmer ein kryptografisches Puzzle lösen, verwendet der Algorithmus eine vertrauenswürdige Ausführungsumgebung (TEE) - wie etwa SGX -, um sicherzustellen, dass Blöcke in zufälliger Lotterieform erzeugt werden, jedoch ohne die erforderliche Arbeit.

Intels Ansatz basiert auf einer garantierten Wartezeit, die durch das TEE bereitgestellt wird. Laut Intel skaliert der Puff-of-elapid-time-Algorithmus auf Tausende von Knoten und läuft effizient auf jedem Intel-Prozessor, der SGX unterstützt.

Das einzige Problem mit diesem Protokoll ist, dass Sie sich auf Intel verlassen müssen - und nicht auf Dritte vertrauen, mit denen wir uns bei öffentlichen Blockchains herumschlagen wollten?

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