Oh, die Wunder des dezentralisierten Konsenses – dieser Traum von erlaubnislosen Blockketten, die zensurresistent, vertrauenslos, kollaborativ und egalitär für eine potentiell globale Gemeinschaft von Nutzern sein sollen. Auch wenn die Ideale hochgesteckt sind, so ist doch ein Konsens die Grundlage für jedes Kryptonetzwerk, das sich auf die grundlegendste Frage einigen muss, wer im Netzwerk was entscheidet.
Dezentraler Konsens in Form eines Proof-of-Work-Mechanismus war der Kern von Satoshi Nakamotos Innovation bei der Erstellung von Bitcoin – alle zusätzlichen Protokollelemente stammen aus der Fähigkeit des PoW, durch die rechnerische Arbeit verteilter Personen einen Konsens bezüglich des digitalen Ledgers zu erreichen.
In dem Jahrzehnt, das seither vergangen ist, haben wir einige der Mängel des Arbeitsnachweises gesehen, darunter die hohen Energiekosten, eine Konsolidierung der Bergbaukraft auf wenige massive Bergbaupools und eine begrenzte Transaktionsbandbreite. Als Folge davon sind neue Mechanismen des dezentralisierten Konsenses entstanden, insbesondere Proof-of-Stake und hybride PoW/PoS-Systeme. Während die Nachteile von PoW wenig dazu beigetragen haben, die Dominanz von Bitcoin Evolution innerhalb der Branche zu beeinträchtigen, haben sie doch dazu geführt, dass sich die meisten neuen Projekte für das skalierbarere und energieeffizientere Proof-of-Sake-System entschieden haben.
Trotz des Aufstiegs von PoS ist es auch kein perfekter Mechanismus, und es lohnt sich, seine Stärken, Schwächen und potenziellen Verbesserungen eingehender zu untersuchen.
Der Nachweis der Stichhaltigkeit: Die vielen Geschmacksrichtungen
Die Kernfunktionalität eines Proof-of-Sake-Systems erlaubt es „Validatoren“ (und nicht den Bergleuten des Proof-of-Work), ihr Vermögen 
zu setzen, um den nächsten Block vorzuschlagen und darüber abzustimmen (im Gegensatz zur Lösung der kryptographischen Funktion des PoW). Während sich die spezifischen Implementierungen unterscheiden, gilt im Allgemeinen: Je mehr ein Validierer abgesteckt hat, desto mehr Gewicht hat seine Stimme und desto größer ist seine Belohnung – aber auch die größere Menge an Kapital, das bei böswilligem Handeln bestraft wird.
Aus diesem grundlegenden Rahmen sind innerhalb der Kryptobranche eine Reihe von Variationen entstanden. Der grundlegendste Mechanismus ist ein „reines Proof-of-Sake“-System, wie es von Algorand verwendet wird, bei dem der „Anteil“ eines jeden Token-Inhabers proportional zur Abstimmung und zum Blockvorschlag gewichtet wird. Im Gegensatz zu anderen Systemen erfordert die Absteckung in PPoS nicht, dass ein Benutzer einen speziellen Prozess zur Absteckung durchlaufen muss, sondern alle Token werden automatisch abgesteckt, so dass alle Tokeninhaber an der Verwaltung teilnehmen können. Dies ist einem „gebundenen Proof-of-Sake“-System sehr ähnlich, das Ethereum 2.0 einzuführen plant, bei dem die Nutzer ihre Vermögenswerte aktiv für die Absteckung sperren müssen, proportionale Stimmrechte erhalten und „drastische“ Strafen erleiden, wenn sie gegen den Konsens stimmen.
Im gebundenen „proof-of-stake“-System kann jeder mit der entsprechenden Menge an Kapital zum Netzwerk beitragen, was zwei potenzielle Probleme aufwerfen kann. Wenn die Kapitalmenge zu hoch ist, wird die Inklusivität des Netzwerks stark reduziert und die Macht konzentriert. Ist sie jedoch zu gering, kann die Anzahl der Knotenpunkte, die einen Konsens erreichen müssen, enorm sein und das Netzwerk verlangsamen. Eine mögliche Lösung für diese Probleme ist das „delegierte Proof-of-Sake“-System, wie es im EOS-Netz eingesetzt wird. Bei DPoS stimmen die Inhaber von Netzwerk-Token für eine begrenzte Anzahl von Delegierten, die als Validierer für das Netzwerk fungieren. Dies erhöht sowohl die Inklusivität der Teilnahme als auch die Anzahl der für den Konsens notwendigen Knotenpunkte, was zu der hohen Transaktionsrate von EOS von rund 3’900 Transaktionen pro Sekunde führt. Es bedeutet jedoch, dass die Macht unter den 21 gewählten Blockproduzenten von EOS konzentriert ist.
Schliesslich gibt es die hybriden Modelle wie das „Liquid Proof-of-Sake“-Modell von Tezo, das es den Nutzern erlaubt, ihre Stimm- und Abstimmungsrechte zu delegieren oder selbst auszuüben, und wie das „Hybrid Proof-of-Sake“-Modell von Decred, das Elemente von PoS und PoW kombiniert, wobei die Bergleute Blöcke vorschlagen und die Absetzer als Validierer fungieren.
Die verschiedenen Iterationen, Innovationen und hybriden Modelle von Konsensmechanismen zeigen eine offensichtliche Wahrheit: Dezentralisierter Konsens ist schwer. Er erfordert die Koordination einer Gemeinschaft rationaler Akteure, um in erster Linie zum Vorteil der Gemeinschaft und nicht des Einzelnen zu handeln. Dies erfordert extrem enge Anreizstrukturen und eine ständige Abwägung der Risiken der Zentralisierung in Bezug auf Sicherheit und Vertrauen mit den Ineffizienzen der Dezentralisierung.
Vorteile und Herausforderungen mit dem Beweis des Vertrauens
Der Spagat, der gemanagt werden muss, wird oft als „Skalierbarkeitstrilemma“ bezeichnet, das auf die Kompromisse anspielt, die Blockketten bei der Betrachtung von Dezentralisierung, Sicherheit und Skalierbarkeit eingehen müssen (ähnlich dem alten „pick two: sleep, friends, school“ im College). PoS-Modelle versuchen im Allgemeinen, alle drei Faktoren stärker auszubalancieren als PoW, bei dem typischerweise Dezentralisierung und Sicherheit im Vordergrund stehen.
Der Versuch eines allgemeineren Ansatzes bringt eine Reihe von Problemen mit sich, von denen einige bereits gelöst wurden und andere noch heute bestehen.
In den frühen Tagen der PoS-Implementierung gab es zwei Haupteinwände gegen den Mechanismus gegenüber dem PoW, die sich um die Tatsache drehten, dass für die Stakeholder eigentlich nichts auf dem Spiel stand (das „Nichts-am-Stiel“-Problem), was bedeutete, dass sie eine alternative Version der Blockkette kostenlos unterstützen konnten (das „Langstrecken-Angriff“-Problem). Das „Nichts-am-Stiel“-Problem warf die Frage auf, dass die optimale Strategie eines Validierers, wenn es eine Gabelung in der Kette gibt, darin bestünde, jede Kette zu validieren, um ihre Belohnung unabhängig vom Ergebnis der Gabelung zu erhalten. Das Problem des Langstrecken-Angriffs ähnelt einem 51%-Angriff, aber der Angreifer schreibt die Blockkette vom Genesis-Block aus neu, was am PoS möglich ist, da keine Arbeit erforderlich ist, um eine sehr lange Kette neu zu schreiben. Diese Probleme wurden mit dem Konzept des „Slashing“ gelöst, das einen Validierer dafür bestraft, dass er eine falsche Version der Blockkette unterstützt.
Diese Strafen könnten jedoch den Nebeneffekt haben, dass die Anzahl der Staker je nach ihrem Risikoprofil und ihren technischen Möglichkeiten begrenzt wird. Natürlich ist das Ziel einer Blockkette, dass so viele Benutzer wie möglich an dem Netzwerk teilnehmen und sich daran beteiligen. Dies kann jedoch auch das Problem des „Null-Halte-Gleichgewichts“ mit sich bringen, das dann auftritt, wenn aufgrund der Inflation der Netzwerk-Token kein Benutzer jemals Token außerhalb der Absteckung halten möchte, wodurch die tatsächliche Nutzung und die Transaktionen eingeschränkt werden.
Es mag den Anschein haben, dass es auf dem ganzen Weg nach unten Kompromisse und Abwägungen gibt – auch wenn viele davon derzeit nur theoretisch sind. In der freien Natur wird das vielleicht am weitesten verbreitete praktische Problem von PoS-Systemen tatsächlich mit PoW-Systemen geteilt: eine Konsolidierung von Macht und Kapital auf eine begrenzte Anzahl von Hauptakteuren und eine Rückkopplungsschleife, die es denjenigen mit der größten Macht ermöglicht, mehr zu gewinnen. Dies gilt sowohl für ihre Regierungsgewalt innerhalb des Netzwerks als auch für ihre Bilanz in der weiteren Welt – so können die Reichen und Mächtigen immer reicher und mächtiger werden.
Im POW sehen wir dies bei den großen Bergbau-Pools, die in der Lage sind, mehr und mehr Haschisch-Macht zu zusätzlichen Kosten zu gewinnen. Im PoS sehen wir dies oft bei den Seed-Investoren, die große Mengen an diskontierten Token erhalten, was sich in mehr Macht und höheren Belohnungen für das Einsetzen von Aktien niederschlägt. Obwohl also im Vergleich zum Bergbau mehr Menschen an Einsätzen teilnehmen können, gibt es immer noch eine beträchtliche Ungleichheit.
Mögliche Lösungen
Viele der oben genannten Herausforderungen, insbesondere diejenigen, die sich einfach nur um die Anpassung der Anreize drehen, wurden mit Innovationen wie der Kürzung der Mittel, die oft von der Ethereum Foundation und Casper geschaffen wurden, gelöst. Fragen der Zentralisierung und der Machtkonzentration scheinen für eine Plattform wie Ethereum, die aufgrund ihrer langen Geschichte und frühen Bemühungen innerhalb der Blockkette eine Konzentration von Walen aufweist, schwieriger zu lösen zu sein.
Systeme wie der delegierte „proof-of-stake“ sind eine interessante potenzielle Lösung, um sowohl die Beteiligung als auch die Effizienz zu maximieren, obwohl sich das Ergebnis trotz seines demokratischen Charakters ziemlich zentralisiert anfühlen kann. Hybride Systeme wie die von Tezos und Decred sind ebenfalls interessante Experimente, die sich als wirksam erweisen könnten, um die Machtmonopolisierung durch mehrere Interessengruppen und eine verstärkte Nutzerorganisation zu begrenzen.
Während diese Art von Innovation, Experimenten und Einfallsreichtum für die Entwicklung des Ökosystems notwendig sind, neigen wir oft dazu, komplexere Lösungen zu schaffen als nötig. Historisch gesehen kommt ein Großteil der Zentralisierung von PoS-Systemen nicht von einem technischen oder Anreizmechanismus, sondern von der Art der anfänglichen Verteilung. Große Markeninhaber und Institutionen erhalten oft den Löwenanteil einer Erstverteilung, was ihren Status als zentrale Machtpunkte und potentielles Scheitern innerhalb des Netzwerks zementiert. Eine Lösung bestünde also darin, den Zugang zur Verteilung von Gutscheinen vom frühestmöglichen Zeitpunkt an zu demokratisieren.
Dieser Ansatz wird derzeit in einer Partnerschaft zwischen den CasperLabs, die eine genehmigungsfreie, hochleistungsfähige PoS-Blockkette aufbauen, und der Handelsplattform für digitale Vermögenswerte BitMax.io durch ihre neue gemeinsame Lösung verfolgt: ein Börsenvalidierungsangebot (EVO). Anstatt institutionellen Anlegern Wertmarken anzubieten, arbeiten CasperLabs und BitMax zusammen, um Privatanlegern die Möglichkeit zu geben, als erste den Vertrieb von Wertmarken zu erhalten, so dass sie als Validierer über BitMax arbeiten werden, wenn das Netzwerk in Betrieb geht. Die Beseitigung des Wal-Effekts bei der Erstverteilung könnte einen großen Beitrag dazu leisten, eine zukünftige Monopolisierung der Macht im Netzwerk zu reduzieren.
Trotz der zahlreichen Herausforderungen des dezentralisierten Konsenses (von einer Vorstart-Blockkette bis hin zu Bitcoin) ist es ermutigend, in diesem Bereich weiterhin Innovationen und Experimente zu sehen insbesondere, wenn man den grundlegenden Idealen der Vertrauenslosigkeit, Sicherheit und Dezentralisierung treu bleibt.