Proof of Work (PoW) oder Proof of Stake (PoS)? Über die dominierenden Konsenuskonzepte in der Blockchainwelt scheiden sich die Geister teils erheblich. Prinzipiell stellen Konsensmechanismen sicher, auf welchen Datenbankzustand sich das Netzwerk einigt bzw. auf welche Transaktionen sich der Nutzer endgültig verlassen kann. Kürzlich hat Vitalik Buterin, einer der Gründer und geistigen Väter von Ethereum, einen Artikel veröffentlicht, warum er PoS im Vorteil sieht. Buterin führt seine Vorzüge für PoS auf 3 Schlüsselargumente zurück.
1. PoS bietet mehr Sicherheit bei gleichen Kosten
Buterin vergleicht die beiden Konsensmechanismen und analysiert die Kosten eines hypothetischen Angriffes bei einer Blockbelohnung des Netzwerkes von 1 $ pro Tag (BTC hat z. B. 144 Blöcke im Schnitt pro Tag also bei der Annahme 1/144 $ / Block) .
GPU-Mining
Beim GPU-Mining muss ein Angreifer lediglich mehr als 1 $ pro Tag ausgeben, um einen erfolgreichen Angriff starten zu können. Da sich die Profite ausgleichen, minen die GPU-Miner bei rund einem $ Gewinn. Sind die Ausgaben viel geringer (Gewinn höher) werden mehr Miner dazukommen, um vom Kuchen zu profitieren. Sind die Ausgaben höher (Verlust) werden Miner aufhören zu minen. Das mieten von GPU-Leistung ist günstig und die Kosten das Netzwerk anzugreifen dürften lediglich die Mietkosten betragen.
Ein 6 Stundenangriff würde hier rund 0,26 $ (1/24*6) kosten, kann theoretisch auf null gehen, da der Angreifer alle Blockbelohnungen einstreicht.
ASIC-Mining
Hier gilt das Gleiche wie bei den GPU-Minern, die ASIC-Miner minen für rund 1 $ um die täglichen Ausgaben zu decken. Die Anschaffung von ASICs kostet Geld. Buterin rechnet damit, dass die Spezialhardware nach 2 Jahren ausgedient hat. Wenn ein Angreifer einen 51 % Angriff fährt, ist damit zu rechnen, dass die Community den Hashing-Algorithmus ändert, was die ASICs unbrauchbar macht. Buterin meint, dass das Verhältnis zwischen laufende Kosten (Stromverbrauch etc.) und Anschaffungskosten ~1/3 zu ~2/3 beträgt. Umgemünzt auf das 1 $ Szenario würde das heißen, pro Tag gehen 0,33 $ der Blockbelohnung in die laufenden Kosten und 0,67 % in die Anschaffungskosten der Asiscs. Auf die angenommenen zwei Jahre Lebensdauer hochgerechnet wären das 486,67 $ die ein Miner für Hardware ausgibt.
Ein 6 Stundenangriff kostet hier also 486,67 $ + die Stromkosten von 0,08 $ was 486,75 $ entspricht.
Für den Preis erhöhter Zentralisierung, so Buterin, würden ASICs jedoch die Sicherheit bieten.
Proof of Stake
Das Betreiben von PoS-Knoten ist wesentlich günstiger als jenes der stromfressenden ASICs. Auch entsteht beim Wegsperren (Staken) der Coins kein Verschleiß, was zusätzlich Kosten spart. Buterin nimmt hier an, dass die durchschnittliche Stakingbelohngung 15 % im Jahr betragen wird (bei ETH 2.0 wird dieser Wert erwartet). Bei einem Blockreward von 1 $ am Tag wären dies 365 $ im Jahr. Wenn 365 $ die 15 % Stakingbelohnung sind, dann muss der Stake 365/0,15 = 2.433 $ entsprechen. Buterin nimmt nun konservativ geschätzt an, dass 10 % der Stakingbelohnung für das Betreiben der Netzwerkknoten drauf gehen und so nur 0,9 $ an pro Tag tatsächlicher Gewinn sind, also 328,5 $ pro Jahr. 328,5 / 0,15 = 2.190.
Es bräuchte also im Szenario 2.190 $, um eine Mehrheit von 50 % + des gestakten Kapitals für einen Angriff zur Verfügung zu haben. Buterin geht sogar davon aus, dass dieser Wert steigen wird (er schätzt rund 10.000$), da sich die Staker künftig mit geringeren Renditen abfinden werden.
Dass man die Coins in dieser Zeit nicht bewegen kann, sieht Buterin als die einzigen “Kosten” für die vergleichsweise hohe Sicherheit. Er fügt hinzu, dass die Coins, die beim Staken aus dem Verkehr gezogen sind, durch das knappere Angebot den Preis tendenziell erhöhen könnten, was nicht nur zusätzlich die Sicherheit erhöht, sondern auch die zirkulierende Geldmenge in der Community nicht verändert. Dieses Geld ist dann bereit für sinnvolle Investitionen in das Netzwerk während bei PoW große Mengen an Kapital an die Stromanbieter fließen, um den Konsensus der Community zu gewährleisten.
Buterin merkt an, dass man diese 5 bis 20-fach höheren notwendigen Kosten für einen Angriff unterschiedlich nutzen kann. Man kann die Blockbelohnung statisch lassen und so die Sicherheit erhöhen oder man kann den Blockbelohnung reduzieren und das Sicherheitsniveau erhalten. Beides hat seine Vorteile. Buterin zieht jedoch letzteres vor, da PoS-Blockchains ebenso erfolgreiche Angriffe wesentlich besser wegstecken als PoW-Blockchains.
2. PoS Blockchains erholen sich wesentlich schneller von Angriffen
Das einzige, das man in PoW-Blockchains auf Konsensusebene machen kann, wenn man angegriffen wird, ist abzuwarten bis der Angreifer gelangweilt das Feld räumt. Weitaus gefährlicher sind die sogenannten “spawn camping attacks”. Der Angreifer greift immer wieder an und macht das sinnvolle Nutzen der Blockchain unmöglich.
GPUs
Beim GPU-Mining gibt es nichts, was man dagegen tun kann. Es könnte sein, dass es für den Angreifer im Laufe der Zeit sogar günstiger wird anzugreifen, da Miner durch den Verlust der Blockbelohnung resignieren.
ASICs
Beim ASIC-Mining besteht die Möglichkeit den Hashingalgorithmus zu ändern und somit alle ASICs auf einen Schlag unbrauchbar zu machen. Dies stoppt nicht nur den Angreifer, sondern fügt dem gesamten Netzwerk gehörigen Schaden zu. Bis die neuen ASICs entwickelt und wieder verteilt sind vergeht eine lange Zeit, in der Zwischenzeit muss man sich mit GPU-Mining begnügen, was dem Angreifer, sollte er nicht aufgegeben haben, in die bereits oben beschriebene Situation bringt.
PoS
Bei Ethereums PoS ist ein Bestrafungsmechanimus eingebaut, der einen großen Teil des Stakes des Angreifers automatisch zerstören kann. Im schlimmsten Fall kann der Teil der Community, der sich angegriffen fühlt einen Hardfork initiieren und dabei den Stake des Angreifers ausschließen (geschehen bei Steem / Hive). Der Angreifer verliert beim Angriff hohe Beträge und die Community ist nach Tagen wieder auf den Beinen. Will er weiter angreifen verliert er wieder große Summen und so weiter. Der Angreifer ist hier klar im Nachteil.
3. PoS ist dezentraler als ASICs
GPUs sind günstig und nahezu jeder kann sie sich anschaffen. Leider sind GPU-Netzwerke relativ günstig anzugreifen, wie oben aufgezeigt. Um beim ASIC-Mining erfolgreich zu sein, muss man Millionen von Dollar investieren. Für den Einstieg in PoS braucht es wesentlich weniger Kapital. Buterin meint, dass das bekannte “die Reichen werden Reicher” Argument auf PoW eher zutrifft, da große Spieler Rabatte kriegen, bei PoS ist die Stakingbelohnung linear.
Buterin sieht bei PoS mehr Zensurresistenz, da Miningbetriebe leicht zu lokalisieren sind (großer Energieverbrauch, Serverfarmen brauchen Platz…), während PoS-Staking auf jedem unscheinbaren Laptop durchgeführt werden kann, sogar über VPN.
Mögliche Vorteile von PoW
Buterin sieht bei PoW zwei kleinere Vorteile. Da PoS ein geschlossenes System ist, könnte es langfristig zu Wohlstandkonzentrationen kommen. Bei Ethereum würde es laut Buterin ein Jahrhundert dauern bis sich das Niveau der Kapitalkonzentration verdoppelt und in solchen Zeitrahmen gibt es genügend andere Faktoren, welche diese Konzentrationen wieder zerstreuen (Geld ausgeben, Vererben, Wohlfahrt).
Schwache Subjektivität
Ein Problem bei PoS ist, wenn ein Knoten lange offline war, muss er seinen Verbindungen beim Herunterladen des letzten Standes der verteilten Datenbank vertrauen. Dies ist bei PoW nicht der Fall, wenn mindestens einer seiner Nachbarknoten die valide Blockchain hat. Bei PoW ist die Blockchain mit der meisten akkumulierten Hashleistung die gültige. Der Knoten kann einfach validieren und im Zweifelsfall vergleichen.
Hier zieht Buterin Vergleiche. Auch bei PoW müssen die Nutzer in gewissen Dingen anderen Vertrauen. Sie müssen den Entwicklern vertrauen, dass die Software reibungslos funktioniert z. B. Ganz ohne Vertrauen geht es in keiner Gemeinschaft. Jeder kann nicht rund um die Uhr alles nötige Wissen haben, um völlig vertrauensunabhängig zu sein.
Buterin schließt mit dem Satz, dass, selbst wenn diese Risiken einmal signifikant sein sollten, sie aus seiner Sicht viel geringer sind, als die massiven Vorteile, die PoS vor allem in Zusammenhang mit Effizienz und Angriffssicherheit mit sich bringt.
Nachwort
Es wird wenige Menschen auf dieser Erde geben, die von beiden Mechanismen ein so tiefgreifendes Verständnis haben, wie Vitalik Buterin. Seine Entwicklung Ethereum läuft zurzeit noch auf PoW und soll in Bälde auf PoS wechseln. Ab 1. Dezember soll die erste Phase von Ethereum 2.0 starten.
