Proof of Stake – der heilige Gral der Skalierung oder eine schlechte Idee?

Das bisher bekannteste und verlässlichste Verfahren für den Betrieb und die Einigung auf den Transaktionskonsens einer Blockchain ist das Proof-of-Work-Verfahren. Dabei nutzen Mining-Teilnehmer leistungsstarke Hardware, um ein kryptografisches Rätsel im Wettbewerb miteinander zu lösen und als erster einen neuen Transaktionsblock zu „finden“.

Es geht darum, einen sogenannten Hash zu finden, der einen Transaktionsblock abschließt und kryptografisch an die vorherigen Blöcke kettet. Diesen Hash kann man nicht ausrechnen, sondern die Mining-Geräte müssen Hashwerte so lange ausprobieren, bis sie den passenden finden. Je größer also die Rechenpower ist, desto wahrscheinlicher findet ein Miner einen Block – und wird belohnt.

So wird Bitcoin erzeugt und die Bitcoin-Blockchain instandgehalten. Miner erhalten die Transaktionsgebühren und eine gewisse Menge an neu erzeugten Bitcoin-Einheiten, wenn sie einen neuen Block finden. Das ist ein sehr stromintensives Verfahren – und steht deshalb in der Kritik.

Das Problem von Proof of Work

Ob die Stromverwendung für ein dezentrales, unabhängiges und manipulationssicheres Geldsystem wirklich als eine Verschwendung von Energie bezeichnet werden kann, ist eine ganz eigene Frage, jedoch steht Proof of Work vor einer zusätzlichen Herausforderung: Es ist in Sachen Skalierung limitiert.

Das Problem wird mit dem sogenannten „Blockchain-Trilemma“ zusammengefasst. Mehr dazu im verlinkten Artikel.

Damit Bitcoin ein global funktionierendes Zahlungssystem sein kann oder Ethereum ein dezentrales Betriebssystem für die Finanzinfrastruktur der Zukunft, muss die Skalierungsfrage gelöst werden. Bitcoin versucht dies mit der Second Layer Lösung namens Lightning Network. Dies ist ein zweiter Layer, der grob gesagt auf die Bitcoin-Blockchain on top gesetzt wird und die Sicherheit erbt, jedoch viel besser skalierbar ist.

Ethereum geht einen anderen Weg und wird mit dem Merge von Proof of Work zu einem anderen Konsensmechanismus wechseln: Proof of Stake.

Was ist Proof of Stake?

Während Miner bei Proof of Work Rechenleistung, bzw. Energie aufbringen müssen, um die Blockchain zu betreiben (Arbeitsnachweis), wird bei Proof of Stake eine Hinterlegung eines Vermögenswerts gefordert (Hinterlegungsnachweis).

Teilnehmende Validatoren müssen also eine bestimmte Menge an Assets an das Netzwerk delegieren, bzw. einfrieren, um das Recht zu erhalten, Transaktionen in die Blockchain schreiben und eine Belohnung dafür erhalten zu können. Die Auswahl, welche Validatoren einen Block in die Blockchain schreiben und die Belohnungen erhalten dürfen, wird dabei vom Protokoll zufällig getroffen, jedoch beeinflusst die gestakte Menge und die Staking-Dauer die Chance ausgewählt zu werden positiv.

Im Fall von Ethereum wird man mindestens 32 ETH hinterlegen müssen, um als Validator zugelassen zu werden. Dann hat man bei jedem Block die Chance, als Validator ausgewählt zu werden. Validatoren, die nicht ausgewählt werden, müssen die Blöcke auf Regeleinhaltung überprüfen, die sie nicht selbst erstellen.

Teilnehmer, die manipulierte Transaktionen in die Blockchain eintragen wollen oder sich sonst irgendwie betrügerisch verhalten, werden vom Algorithmus abgestraft und verlieren einen Teil oder ihr gesamtes gestaktes Kapital und können nicht mehr als Validator mitmachen.

Die Vorteile von Proof of Stake

Die für Proof of Stake benötigte Rechenleistung ist im Vergleich zu PoW verschwindend gering. Validatoren müssen nur Blöcke in die Blockchain eintragen, wenn sie ausgewählt werden, und aufgrund des anderen Konsensmechanismus können Blöcke um ein Vielfaches schneller erzeugt werden als bei PoW.

Ethereums Wechsel von PoW zu PoS wird zudem den Grundstein für weitere Upgrades der Blockchain legen, die die Effizienz des Netzwerks noch weiter erhöhen sollen. Darunter fällt vor allem das sogenannte Sharding. Dabei wird die Blockchain in mehrere Chains aufgeteilt, die alle parallel laufen und so die Menge an möglichen Transaktionen in einer bestimmten Zeit noch einmal deutlich erhöhen.

Diese „Splitter“ der Gesamt-Kette werden durch eine übergeordnete Chain, der sogenannten „Beacon-Chain“ koordiniert und auf einen gemeinsamen Konsens gebracht. Die Beacon-Chain sammelt laufend die Informationen aller Shard-Chains und synchronisiert sie miteinander. Die Beacon-Chain ist zudem für die Verwaltung der Validatoren verantwortlich, also für ihr gestaktes Kapital, ihre erhaltenen Belohnungen und auch die Verteilung von Strafen, sollte es notwendig sein.

Mit dem Merge wird Ethereum mit der Beacon-Chain zusammengeführt. Sharding soll in den nächsten Monaten bis Jahren als weiteres Upgrade des Ethereum-Netzwerks kommen. ETH-Co-Gründer Vitalik Buterin, das wohl prominenteste Gesicht hinter Ethereum, hat skizziert, dass Ethereum durch diese Umstrukturierung irgendwann in der Lage sein soll, 100.000 Transaktionen pro Sekunde verarbeiten zu können.

Die Kritikpunkte an Proof of Stake

In der Theorie hört sich das alles toll an, jedoch gibt es eine Menge Kritikpunkte am PoS-Konsensverfahren. Bei Proof fo Work ist eines der Gegenargumente eine sogenannte 51%-Attacke, bei der eine Entität 51% der gesamten Rechenleistung erlangt und somit die Blockchain durch das Schürfen neuer, manipulierter Blöcke, oder der Manipulation alter Blöcke zu eigenen Gunsten verändern kann. Dies ist jedoch bei Bitcoin unrealistisch da die dafür benötigte Hardware mittlerweile astronomische Ausmaße annehmen würde.

Bei PoS ist eine 51% Rechenleistungs-Attacke nicht möglich, da das Konsensverfahren anders funktioniert. Jedoch könnte eine Entität 51% des gesamten Token-Bestands erlangen und so die Blockchain zu eigenen Gunsten ändern, bzw. kontrollieren, da sie eine Mehrheit der Blöcke erzeugen könnte. Zudem würde es in diesem Szenario reichen, einmal die 51% des Gesamtkapitals zu erreichen, um die Kontrolle zu behalten, während man beim PoW-Mining ständig neue Rechenleistung hinzufügen müsste, um nicht vom Rest des Netzwerks wieder überflügelt zu werden und die Kontrolle zu verlieren.

Bei Ethereum ist auch das unrealistisch, da es zum einen preislich eine astronomische Summe wäre und es zum anderen gar nicht genug Angebot an Ether auf dem Markt gibt, um 51% des Bestands zu erlangen.

Dennoch hat ein Proof of Stake System einige potenzielle Schwachpunkte, die die Dezentralität des Netzwerks untergraben könnten:

Ein Hauptproblem liegt in der Art und Weise der Transaktionserzeugung und deren Überprüfung. In einem Proof-of-Work-System sind diese beiden Vorgänge strikt voneinander getrennt. Im Fall der Bitcoin-Blockchain konzentrieren die Miner sich ausschließlich auf die Neuerzeugung von Transaktionsblöcken und werden dafür entlohnt, während Full-Nodes die gesamte Blockchain abbilden und die Blöcke auf ihre Richtigkeit überprüfen.

Sollten Miner versuchen, die Blockchain zu ihren Gunsten zu manipulieren, wird das von den Full-Nodes erkannt und der Block wird abgelehnt. Der Miner trägt einen Verlust, da die Erzeugung des Blockes mit hohen Kosten verbunden war: Er benötigt dafür entsprechende Hardware und aufgewendete Energie in Form von Strom.

Bitcoin-Miner müssen also ein echtes, physisches Investment und damit ein wirtschaftliches Risiko eingehen, um am Mining partizipieren zu können. Daher lohnt sich für sie nur das ehrliche Betreiben des Minings, während Manipulationsversuche wirtschaftlich unrentabel sind. Der einzige Weg, ihr investiertes Kapital wieder herauszuholen, ist durch einen rentablen Mining-Ertrag.

Bei Proof of Stake sieht das anders aus. Man muss weder in Hardware investieren, noch muss man eine Menge Energie aufwenden, um als Validator der Blockchain tätig zu sein. Man muss lediglich eine gewisse Menge an Kapital in das Netzwerk investieren. Zudem sind die Transaktionserzeugung und die Überprüfung der Regeleinhaltung nicht getrennt. Während PoW-Mining komplett extern in der realen Welt stattfindet, sind die Validatoren, die bei PoS die Transaktionsblöcke erzeugen und überprüfen durch ihren hinterlegten Stake innerhalb der Blockchain integriert.

Das kann potenziell zu einer Reihe von Problemen führen. Speziell bei Ethereum werden durch die hohe Mindestsumme an 32 ETH die meisten Marktteilnehmer vom Blockchain-Verwaltungsprozess ausgeschlossen. Zum Zeitpunkt des Schreibens beträgt die benötigte Summe umgerechnet fast 50.000 Dollar. Zwar können Anleger kleinere ETH-Bestände an Dienstleister delegieren, die das gesammelte Kapital der Anleger staken, jedoch gibt man in diesem Fall seine ETH aus der eigenen Kontrolle und hat kein Mitspracherecht bei der Konsensgestaltung der Blockchain, sondern erhält lediglich einen Zins.

Ein Proof of Stake System fördert daher potenziell eine Konstellation, in der sich langfristig einige wenige Validatoren mit viel Kapital als Kontrolleure des Netzwerks etablieren. Denn während die Kapitalanforderungen für kleine Wirtschaftsteilnehmer durchaus eine Hürde darstellen, ist Kapital für größere Entitäten kein wirkliches Investment, sondern kann einfach an den Finanzmärkten besorgt und im Netzwerk gegen einen Zins gestaked werden, der das aufgewendete Kapital refinanziert.

Das stellt die wenigen Validatoren in den Fokus und macht diese besser identifizierbar, sodass beispielsweise Regierungen oder andere wirtschaftliche Teilnehmer verstärkt Einfluss auf diese nehmen können, um die eigenen Interessen durchzusetzen.  Eine solche Konzentration kann trotz der im Algorithmus eingebauten Kontroll- und Strafmaßnahmen letzten Endes dazu führen, dass wenige große Entitäten, die den Konsensmechanismus kontrollieren, entgegen dem Sinne eines Großteils der Netzwerkteilnehmer handeln. Zwar könnten diese auch anonym agieren, doch anhand der schärfer werdenden Regulierung ist eher das Gegenteil wahrscheinlich und im Staking-Bereich agierende Unternehmen werden entweder aufgrund notwendige Vorlagen unter dem Einfluss von Regierungen stehen oder – da sie ohnehin aus dem Finanzbereich kommen – von vorneherein im Sinne dieses Sektors und dieser Parteien handeln.

Hinzu kommt, dass Zensoren, sobald sie einmal Kapital ins Netzwerk eingespeist haben, um an der Konsensfindung zu partizipieren, nicht mehr wirklich aus dem Netzwerk entfernt werden können, da die Konsensüberprüfung und die Blockerzeugung nicht wie bei PoW voneinander getrennt sind.

Selbst mit einer Hardfork kann man solche Entitäten nicht entfernen, da sie ebenfalls die geforkten neuen Coins erhalten und somit dieselbe Menge an Stimmrecht erhalten. Währenddessen können in einem PoW-System Miner bei einem Konsensverstoß durch eine simple Ablehnung des Blocks tatsächlich abgestraft werden, da es sie reale Ressourcen kostet. PoW gewährleistet auch einen besseren Zugang, da im Grunde niemand aus dem Netzwerk ausgeschlossen werden kann. Bis auf die Anschaffung von rentabler Mining-Hardware gibt es keine Zugangsbeschränkungen und das Netzwerk kann immer weiterwachsen, da die zusätzliche Rechenleistung lediglich die Sicherheit der Blockchain erhöht. Es kann kein Einfluss auf die Miner genommen werden, da diese letzten Endes lediglich Energie in monetarisierte Form umwandeln = Bitcoin. Auf die Full-Nodes kann ebenfalls kein Einfluss in Form wirtschaftlicher Anreize genommen werden, da diese lediglich die Regeln überprüfen und keine Belohnung dafür erhalten.

Die negative Sichtweise auf Proof of Stake

Wenn man PoS sehr negativ beschreiben möchte, dann kann man es mit dem derzeitigen Banken-System vergleichen und tatsächlich viele Gemeinsamkeiten erkennen. Das Bankensystem ist dem von Proof of Stake sehr ähnlich. Banken müssen Sicherheiten bei Zentralbanken hinterlegen, um ihrem Handwerk der Kreditvergabe nachgehen zu können, die Anforderungen sind jedoch ein Bruchteil der Geldmenge, mit der sie letzten Endes arbeiten.

Zudem müssen Banken sich an die öffentlichen Regeln und Gesetzesvorgaben halten, um ihren Geschäften nachgehen, das Kapital ihrer Kunden verwalten und Transaktionen ausführen zu können. Wie strikt sich daran wirklich gehalten wird, sehen wir ja in der Praxis, auch wenn theoretisch hohe Strafen drohen.

Während Miner sich in einem Proof of Work System tatsächlich „mit Haut und Haaren“ verpflichten müssen, indem sie in Form von Hardware und Strom ein wirtschaftliches Risiko eingehen und dieses Risiko nur in Form von „ehrlichem“ Mining in einen Gewinn umwandeln können, bereitet ein Proof of Stake System potenziell den Boden für ein Netzwerk aus einer Reihe weniger Entitäten mit einer großen Menge an Kapital, denen man bei der Einhaltung der Regeln vertrauen muss, ohne dass sie ein großes wirtschaftliches Risiko eingehen müssen. Kurz gesagt: während man bei PoW ein objektives Fundament hat, dass nicht veränderbar ist, bietet PoS letzten Endes die Möglichkeit durch die subjektiven Interessen von menschlichen Teilnehmern beeinflusst zu werden.

Dennoch muss man sagen, dass ein Proof of Stake System, wie es für Ethereum geplant ist, immer noch wesentlich striktere Kontroll- und Strafmaßnahmen, sowie dezentrale Verwaltungsstrukturen hat, als das derzeitige Finanzsystem. Man kann es als Zwischending zwischen Proof of Work und dem Bankensystem einordnen, jedoch mit wesentlich mehr Angriffspunkten auf die Dezentralität als Proof of Work. Anscheinend ist dieser Kompromiss unvermeidbar, damit Ethereum effizient genug skaliert werden kann.

Was heißt das aus Investorensicht?

Aus fundamentaler Sicht ist und bleibt das Thema Skalierung für den Krypto-Sektor aufgrund der beschriebenen Probleme eine Krux. Man kann nur hoffen, dass Ethereum einen Weg geht, der der Dezentralisierung genug Spielraum lässt und letzten Endes ein Netzwerk entstehen lässt, dass eine sinnvollere Alternative zur derzeitigen Digital- und Finanzinfrastruktur werden kann.

Aus Investorensicht gestaltet sich diese Frage jedoch wesentlich einfacher, da man schlicht und einfach in beides investieren kann. Mit Bitcoin deckt man ein Investment ab, welches mittels Proof of Work eine Monetarisierung von Energie ermöglicht, nicht manipulierbar und so dezentral wie bisher technisch möglich. Das Bitcoin-Netzwerk stellt die bisher effizienteste und härteste Form von Geld dar.

Mit PoS-basierten Netzwerken investiert man in Varianten der derzeitigen Digital- und Finanzinfrastruktur, die potenziell dezentraler, einfacher zugänglich und effizienter sein können. Aufgrund dieses breiten Anwendungsfelds ermöglicht das einige Chancen, da PoS die Skalierungsfrage beantworten kann. Die Risiken gestalten sich aufgrund der angesprochenen Schwächen jedoch ebenfalls als erheblich größer.

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Disclaimer auf Deutsch: Der Krypto-Sektor jenseits von Bitcoin ist ein verdammtes Casino. Einzelne Coins können zwar komplett durch die Decke gehen, das Risiko eines Totalverlustes ist jedoch auch an der Tagesordnung. Altcoins haben in den meisten Fällen nichts mit Investments zu tun, sondern sind viel mehr reine Spekulation. Wenn ihr am Casino-Tisch Platz nehmt, dann macht ihr das auf eigene Gefahr. Ich zeige hier, wie ich im Krypto-Sektor unterwegs bin und welche Strategien ich benutze, weil ich das Thema liebe und gerne darüber spreche. Ihr könnt mit den Informationen machen, was ihr wollt, ihr seid erwachsen – eine Empfehlung von meiner Seite ist es definitiv nicht. Ich empfehle gar nichts, jeder Mensch sollte eigene, auf ausführlicher Recherche, gesundem Menschenverstand und individueller Risikoabwägung basierende Entscheidungen darüber treffen, was man mit seinem eigenen Geld machen möchte.