Die Zahl der Proof-of-Stake (PoS) Blockchains ist in den letzten Jahren stetig gestiegen und die erwartete Umstellung von Ethereum auf PoS hat umfangreiche Diskussionen über dieses Thema ausgelöst. PoS-Blockchains bieten Kryptoinvestoren zahlreiche Möglichkeiten. Es kann daher hilfreich sein, den zugrundeliegenden Mechanismus und die Unterschiede zu anderen Protokollen wie Proof-of-Work zu verstehen.

Die Grundlagen

Einfach ausgedrückt, ist eine Blockchain eine Datenbank, in der fortlaufende Informationsblöcke erstellt und anschliessend durch ein Netzwerk dezentraler Nodes gesichert werden. Da die Nodes in Blockchain-Netzwerken dezentralisiert sind, gibt es keine übergeordnete Instanz, die entscheiden kann, welche Informationen korrekt sind und in die Datenbank aufgenommen werden sollen. Es braucht daher ein alternatives Verfahren, das nicht koordinierte Netzwerkteilnehmer einbezieht. Proof-of-Stake in der Blockchain ist ein besonderer Mechanismus, mit dem entschieden wird, wer neue Blöcke in der Blockchain hinzufügen und validieren darf.

Die Antwort darauf gab Satoshi Nakamoto, als er oder sie (die Identität von Nakamoto ist noch immer nicht bekannt) im Bitcoin-Whitepaper die Proof-of-Work (PoW) Methode zur Validierung von Blöcken in der Blockchain skizzierte. Beim PoW wird Minern, die ihre Rechenleistung für die Lösung kryptografischer Rätsel aufwenden, das Recht eingeräumt, neue Blöcke zu erstellen. Ein häufiger Nachteil von PoW ist, dass zur Unterstützung der Netzwerksicherheit sehr viel Energie erforderlich ist. Um diesem Nachteil entgegenzuwirken, wurden alternative Protokolle wie Proof-of-Stake entwickelt, die im Grunde der gleichen Funktion dienen.

Das Proof-of-Stake-Konzept wurde 2012 von Scott Nadal und Sunny King vorgestellt und 2013 erstmals von der Peercoin-Blockchain übernommen. Peercoin war eine der ersten Altcoins – Kryptowährungen, die versuchen, mögliche Probleme mit Bitcoin zu lösen – und galt eine Zeit lang als Konkurrent von Bitcoin. Sie begann als PoW, ging aber mit der Zeit zu einer gemischten PoW-/PoS-Verteilung über. Als das Mining von Peercoins an Attraktivität verlor, war das sogenannte «Minting» eine willkommene Alternative: Hierbei erzeugen die Nutzer Blöcke, indem sie ihre Coins im Netzwerk staken, anstatt Rätsel zu lösen und dafür Auszahlungen zu erhalten.

Das Proof-of-Stake-Konzept gewann schnell Unterstützer. Nach Peercoin führte Nxt 2013 als erste Krytowährung reines PoS ein, 2014 folgte Blackcoin. In den darauffolgenden Jahren entwickelten sich verschiede neue Formen von Proof-of-Stake, zum Beispiel Delegated-Proof-of-Stake und Leased-Proof-of-Stake. Einige grosse Blockchain-Projekte nutzen eine Form von Proof-of-Stake (Polkadot, Tezos, Cardano), und die Umstellung von Ethereum auf PoS wurde von den Marktteilnehmern schon lange erwartet.

Die Funktionsweise

Bei Proof-of-Stake-Blockchains können dem Ledger neue Blöcke von Teilnehmern hinzugefügt werden, die ihre Assets (Coins) im Netzwerk staken (binden). Je nach Blockchain nennt man diese Teilnehmer Validatoren, Baker oder Block Proposer. Während beim PoW die Miner um das Hinzufügen eines Blocks konkurrieren, werden beim PoS die Validatoren nach dem Zufallsprinzip oder nach einem vorgegebenen Algorithmus aus dem Pool der Validatoren ausgewählt. Dabei hat ein Validator häufig eine höhere Chance ausgewählt zu werden, wenn sein Einsatz im Netzwerk höher ist. Ein ausgewählter Validator schlägt zunächst einen Block vor. Stimmen andere Validatoren zu, wird der Block zum Netzwerk hinzugefügt. Der Validator erhält eine Auszahlung in Form der nativen Währung der Blockchain.

In der beschriebenen Konfiguration fällt ein Problem auf: Wie wird böswilliges Verhalten durch Validatoren verhindert? Bei zwei Kandidatenblöcken können Validatoren zum Beispiel für beide stimmen und so dafür sorgen, dass sie unabhängig von dem in die Kette aufgenommenen Block Auszahlungen erhalten. Dieses Problem wird oft als «Nothing-at-Stake» bezeichnet. Gelöst wird es bei PoW-Blockchains durch die inhärenten Kosten des Minings. PoS-Blockchains brauchen dagegen zusätzliche Anreiz- und Sanktionsstrukturen. Solche Anreize sind meist wirtschaftlicher Natur: Das Netzwerk sanktioniert böswillige Validatoren, indem alle oder ein Teil ihrer Staking-Einsätze weggenommen werden. Dieser Prozess wird auch als «Slashing» bezeichnet.

Wie bei PoW sind PoS-Blockchains nicht immun gegen Angriffe wie den «51-Prozent-Angriff», bei dem ein Nutzer ausreichend Einfluss gewinnt (durch Rechenleistung bei PoW und Kapital bei PoS), um egoistische Entscheidungen im Netzwerk zu treffen. Die Widerstandsfähigkeit einer PoS-Blockchain gegenüber 51-Prozent-Angriffen hängt von den Kosten für den Erwerb ausreichender Coins, der anfänglichen Verteilung der Coins unter den Teilnehmern und möglichen Gewinnen des Täters ab. Ein weiterer Faktor ist der potenzielle Wertverlust des Coins, der nach einem 51-Prozent-Angriff wahrscheinlich eintritt.

Insgesamt ist ein direkter Vergleich von PoS und PoW schwierig. Proof-of-Stake-Blockchains haben in Sachen Energieeffizienz definitiv die Nase vorn, da PoS-Protokolle nur sehr wenig Energie verbrauchen. Wenn es um das Risiko der Zentralisierung geht, unterscheiden sich die PoS-Konzepte je nach Design erheblich. Einige haben eingebaute Mechanismen, die eine Zentralisierung unattraktiv machen (wie Polkadot). PoW hat in puncto Sicherheit eine längere und bessere Erfolgsbilanz.

Der Einsatzbereich

Die beiden bisher grössten Kryptowährungen Bitcoin und Ethereum setzen derzeit auf PoW. Ethereum stellt jedoch derzeit auf Proof-of-Stake um. Dadurch könnten sich der Stellenwert und vielleicht auch die Popularität von Proof-of-Stake weiter erhöhen.

Obwohl PoS-Blockchains noch nicht an der Spitze stehen, haben sie an Bedeutung und Bekanntheit gewonnen, da ihre nativen Coins durch die Marktkapitalisierung zu den Top 10 aufsteigen. Cardano basiert beispielsweise auf Ouroboros, einem delegierten PoS, der als «nachhaltiger und nachweisbar sicherer» Algorithmus positioniert ist. Polkadot verwendet einen sogenannten Nominated-Proof-of-Stake-Mechanismus, bei dem alle Inhaber nativer Coins Validatoren benennen können, die sie vertreten.

Der Aufstieg von PoS-Blockchains und insbesondere von Delegated-Proof-of-Stake hat die Entwicklung einer neuen Anlagestrategie für Krypto-Besitzer auf der Suche nach Renditemöglichkeiten für ihre Bestände mit Staking beschleunigt. Staking ist ein schnell wachsender Markt mit einer geschätzten Kapitalisierung von bislang USD 350 Mrd.

Proof-of-Stake ist eine relativ neue Technologie. Als energieeffiziente und neuartige Alternative zu Proof-of-Work hat sie schnell an Popularität gewonnen. Die zukünftige Entwicklung von PoS wird davon abhängen, wie sich das Konzept in realen Anwendungen bewährt und welche alternativen Lösungen auf dem Markt erscheinen, um Sicherheit, Skalierung und Dezentralisierung zu berücksichtigen.