Die ursprüngliche Version von Ethereum (Frontier) verwendet einen Proof of Work-basierten Konsensalgorithmus, aber ich sehe, dass es Pläne gibt, einen Proof of Stake-basierten Konsensalgorithmus namens „Casper“ in einer zukünftigen Version von Ethereum zu implementieren. Was ist die Motivation für den Schritt, Proof of Stake in Ethereum zu implementieren, wenn derzeit keine andere große Blockchain diese Technologie verwendet?
Der grundlegende Fehler von Proof of Work (PoW) besteht darin, dass die Kosten für einen Angriff auf das System den Ausgaben für den Betrieb des Systems entsprechen . Hohe Sicherheit ist somit nur mit hohen Betriebskosten zu erreichen. Die Idee ist, dass die ehrlichen Teilnehmer die unehrlichen einfach übertreffen.
Das ist schon heute höchst ineffizient, funktioniert aber bei Bitcoin. Sobald die Blocktochter Null erreicht, wird das Verhältnis zwischen der Marktkapitalisierung und den Kosten für den Angriff auf Bitcoin kritisch. Einzelheiten werden hier vorgestellt .
Warum Proof-of-Stake?
Proof of Stake (PoS) verspricht, dieses Problem zu lösen. Von einem ehrlichen Validator werden im Vergleich zu den Kosten, die einem Angreifer entstehen würden, sehr geringe Kosten erwartet .
Ein weiteres Problem, das Casper zu lösen versucht, besteht darin, Zensur zu verhindern. Das PoW-Schema von Bitcoin ist mehr oder weniger ein Nullsummenspiel. Das bedeutet, wenn ein Miner einen Block verliert (er wird nicht in die Hauptkette aufgenommen/er wird zensiert), profitieren alle anderen Miner von seinem Verlust. PoS für Ethereum wird kein Nullsummenspiel sein, sondern ein Koordinationsspiel, bei dem die Belohnungen für alle am höchsten sind, wenn jeder Teilnehmer seine Blöcke einbringen kann.
Schließlich können einige Skalierbarkeitsprobleme mit PoS einfacher angegangen werden.
Es gibt zwei Hauptmotive für den Wechsel zu Proof of Stake:
Beide Themen berühren Themen, die es wert sind, in ihren eigenen Fragen und Antworten näher ausgeführt zu werden, daher werde ich auf andere Fragen verweisen, wenn ich die Hauptgründe für diese beiden Beweggründe zusammenfasse.
Haftungsausschluss: Ich habe auf ein paar kleine, indirekte Weisen zu den Forschungsbemühungen von Casper beigetragen. Ich habe jedoch keine formelle Beziehung zum Ethereum-Projekt und denke, dass meine Antwort hier auf jeden Fall ziemlich objektiv ist. Änderungsvorschläge sind willkommen.
Zunächst ist etwas Hintergrund nützlich. Das Ziel eines Konsensalgorithmus in einem öffentlichen Blockchain-Netzwerk ist es, viele verschiedene Benutzer über den aktuellen Zustand der Blockchain einigen zu lassen , obwohl sie einander oder einer zentralen Autorität nicht vertrauen . Dies ist ein herausforderndes Problem, und bis das Bitcoin-Netzwerk es 2008 erstmals durch die Verwendung von Proof of Work (auch bekannt als "Mining", alias "Hashing") löste, waren keine wirklich guten Lösungen bekannt. Die "Leistung" des Algorithmus war also ursprünglich nicht so wichtig - die Tatsache, dass es überhaupt möglich war, war beeindruckend genug.
Nachdem Bitcoin gezeigt hatte, dass eine Lösung für den öffentlichen Konsens möglich ist, tauchten neue Ideen wie „Proof of Stake“ auf . Eine vollständige Erklärung der Unterschiede zwischen PoW- und PoS-Konsens finden Sie hier . Sobald neue Algorithmen vorgeschlagen wurden, wandte sich die Frage von "funktioniert es?" zu "funktioniert A besser als B?"
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, diese Frage zu beantworten. Eine Möglichkeit, einen Einblick in das potenzielle Potenzial von PoS-Protokollen zu erhalten, besteht darin, insbesondere vier Faktoren zu berücksichtigen:
Indem wir diese Kosten mit Blockierungsbelohnungen und anderen potenziellen Gewinnen vergleichen, können wir die Menge an „ehrlichen Knoten“-Ressourcen abschätzen, die erforderlich sind, um sowohl das Netzwerk zu betreiben als auch einen Angreifer einer bestimmten Größenordnung abzuwehren. Dies bietet eine einigermaßen faire Möglichkeit, das Sicherheitsniveau zu vergleichen, das von zwei verschiedenen Konsensprotokollen bereitgestellt wird.
Das ist ein sehr kompliziertes Thema.
Wird als Proof-of-Work-Energieverschwendung angesehen, um die Sicherheit eines öffentlichen, zensurresistenten Konsensbuchs aufrechtzuerhalten. Obwohl es eine lange Debatte über diesen Punkt gibt. Sie können selbst sehen, dass Bitcoin mehr als 1 Mio. USD Wert pro Tag verbraucht . Der Energieverbrauch bei Hash-Berechnungen wird auf etwa den Energieverbrauch Islands geschätzt. Das ist der Grund, warum viele kluge Köpfe versuchen, das mit Proof-of-Stake zu lösen. Es gibt einen langen technischen Artikel von Vitalik, um dieses Thema tiefer zu verstehen.
Die obigen Antworten enthalten gute Argumente für den Nachteil von PoW
Ich werde Ihre andere Sorge beantworten: Warum hat Bitcoin PoS nicht von Anfang an verwendet, und warum verwenden die meisten anderen Coins es nicht?
Proof-of-Stake ist formal, im theoretischen Informatik / mathematischen Sinne, schwieriger umzusetzen und seine Korrektheit nachzuweisen. Es gibt eine Münze, NXT (jetzt Ardour), die seit 2014 Proof-of-Stake verwendet, aber sie hat eine kleine Anzahl von Bergleuten und ist nicht so bekannt wie andere Ketten. Proof-of-Work selbst war vor 10 Jahren ein großes Wagnis und ein großer Sprung, aber wenn Satoshi Nakomoto gewusst hätte, wie man Proof-of-Stake auf sichere Weise für Bitcoin implementiert, hätte er es wahrscheinlich getan. Bitcoin war zu dieser Zeit eine unbekannte Münze im Wert von Bruchteilen eines Pennys. Wenn also das Netzwerk mit einem 51-%-Angriff kompromittiert wurde, ging nur sehr wenig verloren, also ist es in Ordnung, einfach YOLO zu sein und Ihren Code in die Welt zu schicken.
Die Mehrheit aller Altcoins verwendet einen Fork der Bitcoin-Codebasis und hat nur sehr wenig daran geändert, außer dass sie einen neuen PoW-Algorithmus einwechseln, die Blockzeit ändern usw. Sie profitieren von einer 10-jährigen Erfolgsbilanz in Bezug auf Sicherheit, zögern aber auch „rocken das Boot“, indem sie etwas signifikant Neues hinzufügen, so dass sie auch mit den Problemen und unbeabsichtigten Designproblemen von Bitcoin belastet sind.
Ethereum ist jetzt zu aktuellen Preisen ein Multi-Milliarden-Dollar-Netzwerk, daher sind seine regierende Stiftung und seine Benutzer vorsichtiger und ziehen viel mehr Ausfallszenarien in Betracht. Abgesehen davon arbeiten mindestens 5 verschiedene Teams an kompatiblen Ethereum 2.0-Clients, die kürzlich (September 2019) in der Lage waren, sich auf demselben Testnetz in Ontario zu synchronisieren, mit einem angestrebten Startdatum für das Ethereum 2.0-Mainnet (die Beacon-Kette) in Januar 2020.
Die Ethereum-Community hat in der Vergangenheit gezeigt, dass sie in der Lage ist, sich von Hacks und Ausfällen zu erholen, daher wird dieser Start meiner Meinung nach nur eine weitere Periode des fortgesetzten Testens, Lernens, Entdeckens von Problemen und Verbesserungen sein. In 10 weiteren Jahren werden sich StackOverflow-Benutzer fragen: „Warum halten einige Kryptowährungen so lange am Proof-of-Work fest, wenn wir jetzt eine deutlich bessere Alternative haben?“
Um Transaktionen zu validieren und Blöcke zu erstellen, muss ein Fälscher zunächst seine eigenen Coins „aufs Spiel“ setzen. Stellen Sie sich das so vor, als würden ihre Bestände auf einem Treuhandkonto aufbewahrt: Wenn sie eine betrügerische Transaktion validieren, verlieren sie ihre Bestände sowie ihre Rechte, sich in Zukunft als Fälscher zu beteiligen. Sobald der Fälscher seinen Einsatz getätigt hat, kann er am Fälschungsprozess teilnehmen, und da er sein eigenes Geld eingesetzt hat, hat er theoretisch jetzt einen Anreiz, die richtigen Transaktionen zu validieren.
Proof-of-Stake-Systeme sind umweltfreundlicher und effizienter, da die Strom- und Hardwarekosten viel geringer sind als die Kosten, die mit dem Mining in einem Proof-of-Work-System verbunden sind. Eine größere Anzahl von Menschen wird ermutigt, Nodes zu betreiben und sich zu beteiligen, da es einfach und erschwinglich ist, an diesem System teilzunehmen; dies führt zu mehr Dezentralisierung.
Wilhelm Entriken
Paul Pham