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Was ist Proof of Work (PoW)?

Proof of Work (PoW) ist ein Konsensmechanismus, der von Blockchain-Netzwerken verwendet wird, um einen verteilten Konsens zu erreichen. Es ist der ursprüngliche Konsensmechanismus, der erstmals 2009 von Bitcoin genutzt wurde. Im PoW konkurrieren Netzwerkteilnehmer, sogenannte Miner, darum, ein rechnerisch anspruchsvolles Rätsel zu lösen. Der erste Miner, der das Rätsel löst, darf einen neuen Block von Transaktionen zur Blockchain hinzufügen und wird mit neu geschaffener Kryptowährung belohnt.

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Wie funktioniert Proof of Work (PoW)?

Der Prozess von PoW kann in die folgenden Schritte unterteilt werden:

1. Transaktionsübertragung: Wenn ein Benutzer eine Transaktion auf einer PoW-Blockchain startet, wird die Transaktion an das Netzwerk von Nodes gesendet.
2. Transaktionspooling: Nodes sammeln diese Transaktionen in einem Pool, der oft als 'Mempool' (Speicherpool) bezeichnet wird.
3. Blockerstellung: Miner wählen Transaktionen aus dem Mempool aus und gruppieren sie in einem 'Block'. Sie fügen dann einen Header zum Block hinzu, der einen Zeitstempel, einen Hash des vorherigen Blocks und eine Nonce enthält.
4. Nonce-Iteration und Hashing: Die Nonce ist eine Zufallszahl, die die Miner ständig ändern und mit den Blockheader-Daten kombinieren, um einen Hash zu erstellen. Das Ziel ist, eine Nonce zu finden, die, wenn sie mit dem Blockheader gehasht wird, einen Hash erzeugt, der das Schwierigkeitsziel des Netzwerks erfüllt.
5. Schwierigkeitsziel: Das Schwierigkeitsziel ist eine Möglichkeit, zu messen, wie schwer es ist, einen gültigen Hash zu finden. Es wird regelmäßig angepasst, um sicherzustellen, dass Blöcke in einem relativ gleichmäßigen Tempo gemined werden, typischerweise alle 10 Minuten für Bitcoin.
6. Proof-of-Work-Lösung: Wenn ein Miner eine Nonce findet, die einen Hash erzeugt, der das Schwierigkeitsziel erfüllt, hat er das PoW-Rätsel gelöst.
7. Blockübertragung: Der Miner sendet den gelösten Block an das Netzwerk.
8. Blockvalidierung und -hinzufügung: Andere Nodes überprüfen die Gültigkeit des Blocks, indem sie sicherstellen, dass alle Transaktionen zulässig sind und die PoW-Lösung korrekt ist. Wenn gültig, wird der Block zur Blockchain hinzugefügt.
9. Belohnungsverteilung: Der Miner, der den Block erfolgreich gemined hat, erhält eine Belohnung in Form von neu geschaffener Kryptowährung und Transaktionsgebühren aus den im Block enthaltenen Transaktionen.

Das Bitcoin-Mining ist ein grundlegender Bestandteil des Netzwerks, aber es gibt viel mehr zu entdecken. Beginnen Sie mit den Grundlagen in Was ist Bitcoin-Mining?, und vergessen Sie nicht, wie man seine Mining-Einnahmen meldet für Steuerzwecke, wenn Sie durch Mining Einnahmen erzielen.

Warum ist Proof of Work wichtig?

PoW ist entscheidend für die Sicherheit und Vertrauenswürdigkeit von PoW-basierten Blockchain-Netzwerken. Es erreicht dies durch:

• Dezentralisierung: Durch die Verteilung des Mining-Prozesses über ein Netzwerk von Minern verhindert PoW, dass eine einzelne Person oder Gruppe die Blockchain kontrolliert.
• Sicherheit: Die für das Mining erforderliche Rechenleistung macht es sehr schwierig und teuer für böswillige Akteure, die Blockchain zu verändern oder doppelt auszugeben.
• Vertrauenslosigkeit: PoW bedeutet, dass Sie keiner zentralen Autorität vertrauen müssen, da das System auf mathematischen Beweisen und überprüfbarer Arbeit basiert.

Vorteile von Proof of Work (PoW)

Proof of Work (PoW) ist seit über einem Jahrzehnt die Grundlage der Blockchain-Sicherheit, insbesondere für Bitcoin. Seine Stärke und Widerstandsfähigkeit gegen Angriffe haben es zu einer vertrauenswürdigen Methode gemacht, um Konsens zu erreichen, obwohl es viel Energie verbraucht. Hier sind einige der Hauptvorteile von PoW:

1. Sicherheit: Die Stärke von PoW liegt in der Rechenarbeit, die erforderlich ist, um Blöcke zu minen. Dies macht es sehr schwierig und teuer für Angreifer, die Blockchain zu manipulieren oder Coins doppelt auszugeben. Um vergangene Transaktionen zu ändern, müsste ein Angreifer die Mehrheit der Rechenleistung des Netzwerks kontrollieren (ein 51%-Angriff), was für etablierte Blockchains wie Bitcoin zu teuer und fast unmöglich ist.
2. Dezentralisierung: PoW trägt zur Dezentralisierung bei, indem es jedem mit genügend Rechenleistung ermöglicht, am Mining teilzunehmen. Diese offene Teilnahme hilft, zu verhindern, dass eine einzelne Person oder Gruppe das Netzwerk kontrolliert. Erfahren Sie mehr über Dezentralisierung in Was ist Bitcoin-Governance?
3. Transparenz: Der PoW-Prozess ist offen und überprüfbar. Jeder kann die von Minern geleistete Arbeit und die Gültigkeit der Transaktionen auf der Blockchain überprüfen.
4. Fairness: Die Chance eines Miners, einen gültigen Block zu finden, hängt von seiner Rechenleistung ab. Dies bedeutet, dass Miner, die mehr Ressourcen einsetzen, eine höhere Chance auf Belohnungen haben, was ein faires und wettbewerbsfähiges System schafft.

Nachteile von Proof of Work (PoW)

Während PoW als starke Methode zur Konsensfindung gilt, hat es auch einige Nachteile, die dazu geführt haben, dass nach alternativen Methoden gesucht wird. Hier sind einige der Hauptnachteile von PoW:

1. Energieverbrauch: PoW verbraucht viel Energie, da Miner eine erhebliche Menge an Rechenleistung verwenden müssen, was einen hohen Stromverbrauch bedeutet. Dies hat Besorgnis über die Umweltauswirkungen von PoW-Blockchains hervorgerufen, insbesondere da das Netzwerk wächst und mehr Miner hinzukommen. Erfahren Sie mehr in Wie wirkt sich Bitcoin auf die Umwelt aus?
2. Skalierbarkeit: PoW-Blockchains können nur eine begrenzte Anzahl von Transaktionen pro Sekunde verarbeiten. Dies kann bei starker Nachfrage zu Netzverzögerungen und höheren Transaktionsgebühren führen.
3. Zentralisierungsrisiken: Obwohl PoW für Dezentralisierung sorgen soll, kann das Mining in Wirklichkeit zentralisiert werden, wenn große Mining-Pools mit vielen Ressourcen das Netzwerk kontrollieren. Diese Konzentration der Rechenleistung könnte die Dezentralisierung der Blockchain schwächen.
4. Hardwarekosten: PoW-Mining erfordert spezielle Hardware, wie ASICs (Application-Specific Integrated Circuits), die teuer in der Anschaffung und im Betrieb sein können. Diese hohe Eintrittsbarriere kann die Teilnahme am Mining einschränken und zu einer stärkeren Zentralisierung führen.

Proof of Work vs. Proof of Stake

Proof of Stake (PoS) ist eine alternative Methode zur Konsensfindung, die versucht, einige der mit PoW verbundenen Probleme zu lösen. Bei PoS werden Validatoren ausgewählt, um neue Blöcke vorzuschlagen, basierend darauf, wie viel Kryptowährung sie besitzen und als 'Stake' als Sicherheit bereitstellen. Es verbraucht erheblich weniger Energie als PoW.

Lesen Sie weiter: Was ist Proof of Stake?