Proof of Stake – was ist das und wie funktioniert es?

Was ist Proof of Stake?

Der Proof of Stake (dt. Anteils Nachweis) ist ein Konsens-Algorithmus für Blockchains. Was erst mal abstrakt klingt, ist eigentlich ganz einfach: Die Teilnehmer einer Blockchain entscheiden gemeinsam, wer den nächsten Block der Blockchain erzeugen darf. Das ganze passiert mithilfe eines Algorithmus, also einem festgelegten Ablauf. Um zu beweisen, dass ein Teilnehmer zum Netzwerk gehört, hinterlegt er einen „Stake“ (dt. Anteil) in Form von Coins oder Tokens.

Warum gibt es Proof of Stake?

In traditionellen Geldsystemen gibt es zentrale Stellen, welche Transaktionen abwickeln. Wenn du deinem Freund 100€ überweisen möchtest, dann passiert das über eine Bank. Kryptowährungen, wie Bitcoin oder Ethereum, sind dezentral aufgebaut. Jeder Nutzer kann Coins oder Tokens von seiner Wallet in die Wallet eines anderen senden. Das Geld geht also direkt an deinen Freund und überspringt den Umweg über die zentrale Instanz. Auf technischer Ebene trägt dabei ein Nutzer die Transaktion in ein dezentrales Register ein. Alle Transaktionen werden auf der Blockchain gespeichert. 

Warum Konsens nötig ist

Wichtig für die Stabilität einer Kryptowährung ist, dass ein vertrauenswürdiger Nutzer ausgewählt wird, eine Transaktion in die Blockchain einzutragen. Die Transaktionen werden durch Computer (Nodes) validiert. Ein Angreifer könnte an dieser Stelle eine Transaktion fälschen, sich unrechtmäßig Geld zuschreiben oder die Stabilität einer gesamten Kryptowährung in Gefahr bringen. Um sicherzustellen, dass ein Teilnehmer der Blockchain vertrauenswürdig ist, kann er sich auf zwei Arten beweisen:

1. durch Einsatz von Vermögen (Proof of Stake)
2. durch Einsatz von Rechenleistung (Proof of Work)

Es ist unlogisch, eine Blockchain zu zerstören, in die man viel Geld oder (teure) Rechenleistung investiert hat. Wer ein persönliches Risiko eingeht, wird also nicht betrügen. Der Ansporn, am Proof of Stake teilzunehmen, ist der Reward. Produziert ein Teilnehmer einen korrekten Block, erhält er dafür Coins oder Tokens der jeweiligen Kryptowährung – eine Art Rendite. 

Wie funktioniert Proof of Stake?

Der erste Schritt des Proof of Stake ist die Hinterlegung des Stakes. Die Nutzer geben einen Teil ihres Vermögens auf die Blockchain. Dieser Stake wird während des gesamten Konsensverfahrens eingefroren. Deine hinterlegten Coins gehören weiterhin dir, aber du kannst erst nach einer abgeschlossenen Validierung wieder darauf zugreifen. Betrügt ein Nutzer, erhält er seinen Stake nicht wieder. Unter allen Nutzern, die den Stake hinterlegt haben, wählt der Algorithmus aus, wer den nächsten Block erzeugen darf. Das passiert mit einem gewichteten Zufallsverfahren. Das bedeutet, grundsätzlich ist zufällig, wer ausgewählt wird, aber es gibt Faktoren, die die Wahrscheinlichkeit erhöhen. Ein solcher Faktor ist unter anderem die Höhe des Stakes. Wer mehr Vermögen hinterlegt, wird wahrscheinlicher ausgewählt. 

Du kannst dir das wie in einem Losstand auf dem Jahrmarkt vorstellen. Jeder Coin, den du als Stake setzt, ist ein Los. Je mehr Lose du hast, desto wahrscheinlicher gewinnst du einen Preis. Der Preis ist hier die Erzeugung des nächsten Blocks und mit ihm der Reward.

Wie die Validierung Schritt für Schritt abläuft

Die hier erklärte Methode ist der Byzantian-Fault-Tolerance-Ansatz. Es gibt auch die Chain-Based-Methode, bei der ein Teilnehmer komplett zufällig ausgewählt wird und dieser dann den nächsten Block erzeugt. Dieser Prozess wird aber selten in der Praxis verwendet.

• Stake hinterlegen

  Zuerst musst du dich für den Proof of Stake qualifizieren, indem du eine Mindestsumme an Coins hinterlegst.
• Auswahl der Validatoren

  Im nächsten Schritt wählt der PoS-Algorithmus den/die Validatoren aus. Je höher der Stake, desto höher die Wahrscheinlichkeit, ausgewählt zu werden.
• Validierung

  Der Algorithmus sucht einen Blockerzeuger (Proposer) und eine Gruppe Validatoren aus. Der Proposer schlägt seinen Block den restlichen Validatoren vor.
• Konsensfindung

  Die anderen Validatoren überprüfen den Block und stimmen über dessen Korrektheit ab. In dieser Abstimmung müssen die Mitglieder eine Mehrheit, also einen Konsens, finden. Deshalb wird der Prozess auch Konsens-Algorithmus genannt.
• Reward

  Für ihre erbrachte Leistung erhalten die Validatoren einen Reward in Form von Coins der jeweiligen Kryptowährung.

Wie sicher ist Proof of Stake?

Ganz zu Beginn müssen alle, die als Validator ausgewählt werden wollen, ihren Stake hinterlegen. Während des gesamten Prozesses, von der Auswahl bis zum Abschluss der Überprüfung, wird der gestakte Einsatz als Absicherung auf der Blockchain eingefroren. Der Mindest-Stake ist immer höher als der Reward. Sollte der ausgewählte Validator versuchen, zu manipulieren, wird er bestraft und seine Tokens einkassiert. Ein Manipulator kann auf verschiedene Arten bestraft werden:

Die gewichtete Zufallsauswahl

Im Proof of Stake steht jeder Token, der gestaked wird, für ein sinnbildliches Los. Das bedeutet, dass der Teilnehmer, welcher die meisten Tokens besitzt, am wahrscheinlichsten einen Reward erhalten kann. Mit der Zeit kann dieser also Tokens anhäufen und damit die Macht, den nächsten Block zu erzeugen. Um diese problematische Zentralisierung zu beheben, gibt es zwei Mechanismen:

• Zufallselement

  Der Algorithmus bezieht einen zufällig gewählten Faktor mit in seine Auswahl ein. So wird nicht immer der gleiche Teilnehmer gewählt.
• Coin-Age

  Tokens, die sich schon lange in den Wallets ihrer Besitzer befinden, werden höher gewichtet als neu dazugewonnene.

Die 51% Attacke

Unter Umständen ist ein bestimmter Token sehr günstig oder nur sehr wenige Menschen besitzen diesen. In diesem Fall kann ein einzelner Investor leicht über die Hälfte aller Tokens kaufen. Wer einen Großteil der Tokens besitzt, wird wahrscheinlich öfter als Validator gewählt. Besitzt nun ein Betrüger die Mehrheit der Stimmen, könnte er die Blockchain manipulieren und so Kryptos entwenden. Bei etablierten Kryptowährungen ist eine 51% Attacke aber eher unwahrscheinlich und vor allem sehr kostspielig.

Unterschiede zu Proof of Work (Bitcoin)

Bitcoin, die bekannteste Kryptowährung, funktioniert mit einem Proof of Work Algorithmus. Beim Proof of Work ist nicht die Anzahl der Tokens, sondern die Rechenkapazität entscheidend. Um den nächsten Block zu erzeugen, müssen die Teilnehmer eine schwierige Rechenaufgabe lösen, die sehr viel Rechenkapazität erfordert. Der Computer, welcher die Aufgabe zuerst löst, darf den nächsten Block erzeugen. Als Belohnung erhält der Besitzer des Computers Bitcoin. Dieser Prozess ist allgemein als Mining bekannt.

Lohnt sich Staken?

Wer der Blockchain einen neuen Block hinzufügt, wird mit Tokens belohnt. Wer etwa auf der Ethereum-Blockchain einen neuen Block validiert, erhält im Gegenzug Ether. Staker können ihre Gewinnchancen erhöhen, indem sie mehr Tokens setzen. Allerdings liegt der Mindesteinsatz hier bei 32 ETH, was für einen kleinen Investor ein ziemlich hoher Betrag ist. Im Herbst 2022 entsprachen 32 ETH ca. 43.000€.

Staking-Pools

Um mit kleineren Beträgen am PoS teilnehmen zu können, können sich Investoren zu einem Staking-Pool zusammentun. Um bei dem obigen Beispiel mit dem Losstand zu bleiben, entspräche ein Staking-Pool dann einer Tippgemeinschaft. Das ist interessant, wenn du nicht so viele Coins hinterlegen willst oder kannst. Staking-Pools haben gleich zwei Vorteile: Erstens erhöhen die Mitglieder des Pools ihre Gewinnchancen, weil sie gemeinsam einen viel höheren Stake setzen können. Denn je höher der Stake, desto höher die Wahrscheinlichkeit, vom Algorithmus ausgewählt zu werden. Validiert ein Pool einen neuen Block, teilt er die Belohnung anteilsmäßig unter den Investoren auf. So hat die Teilnahme an einem großen Pool wiederum den Nachteil, dass der Reward für alle nur relativ klein ausfällt.

Zweitens minimieren die Pool-Mitglieder ihr Risiko. Zum Beispiel: Es gibt einen Stromausfall und der auserwählte Computer schafft es nicht, den nächsten Block zu validieren. In diesem Fall wird ein Teil der Coins als Strafe einbehalten. Der Coin-Besitzer macht also einen Verlust. Ein Staking-Pool kann diesen Verlust unter sich aufteilen – jede einzelne Person hat also weniger Verlust.

Ethereum 2.0

Genau wie Bitcoin funktionierte Ethereum lange Zeit mit einem Proof of Work-Algorithmus und wurde 2022 umgestellt. Aus dem Proof of Work-Verfahren ergaben sich für Ethereum zwei Probleme: Erstens hatte die Kryptowährung einen ziemlich hohen Stromverbrauch. Dieser lag bei 83,89 TWh Strom pro Jahr. Das entspricht etwa dem jährlichen Stromverbrauch von Finnland. Zweitens war die Währung nur mangelhaft skalierbar. Gemeint ist, dass sekündlich nur sehr wenige Transaktionen, um genau zu sein 15, abgewickelt werden konnten. Das liegt daran, dass die Erzeugung eines neuen Blocks durch Proof of Work viel länger dauert, weil Nutzer die ressourcenintensive Rechenaufgabe lösen müssen.

Seinen Stromverbrauch konnte Ethereum 2.0 um 99,95% senken. Er liegt nun bei etwa 0,01 TWh pro Jahr. Der Proof of Stake-Mechanismus ist nicht nur deutlich energieeffizienter. Auch das Skalierungsproblem konnten die Ethereum Entwickler lösen. Bis zu 20.000 Transaktionen pro Sekunde können die Nutzer jetzt ausführen. Das passiert zwar eher selten, aber es ist trotzdem wichtig, dass es in der Praxis möglich ist.

Welche Coins sind Proof of Stake?

Es gibt noch einige andere Kryptowährungen, die – wie Ethereum – mit Proof of Stake funktionieren. Jede Kryptowährung hat einen Konsens-Algorithmus, der sich von den anderen unterscheidet. Beispielsweise muss ein anderer Mindesteinsatz gesetzt werden oder andere Faktoren fließen in die Zufallsauswahl ein. Hier sind die fünf beliebtesten:

1. Ether: Ist die Währung des Ethereum-Ökosystems. Nach Bitcoin ist Ether die beliebteste Kryptowährung.
2. BNB: Ist der Coin der Krypto-Trading-Plattform Binance. Mit dieser Währung können Nutzer unter anderem auf der Plattform handeln und Gebühren bezahlen.
3. Cardano: Ein wissenschaftliches Projekt, welches von Ethereum-Mitgründer Charles Hoskinson initiiert wurde. Das Team erforscht Blockchain-Probleme und sucht nach Lösungen.
4. DOT: Der Token von Polkadot. Die Plattform arbeitet daran, verschiedene Netzwerke miteinander zu verbinden und bereitet sich so auf das Web 3.0 vor.
5. AVAX: Die Währung von Avalanche, einer Plattform, die Tools und Funktionen für Unternehmen anbietet.

Vor- und Nachteile

Besonders, weil Proof of Stake weniger Energie benötigt, gilt er als zeitgemäßer als Proof of Work. Denn so sparen die Teilnehmer Ressourcen und Geld. Neue Blöcke können viel schneller erzeugt werden, deshalb sind PoS-Kryptowährungen besser skalierbar. Es gibt aber noch mehr Argumente, die für und gegen Proof of Stake sprechen.

Vorteile:

Nachteile:

Weiterentwicklung des Proof of Stake

Das Delegated Proof of Stake (DPoS) ist eine Weiterentwicklung des PoS-Mechanismus. Es ist eine Erfindung des Programmierers Dan Larimer. Durch ein Wahlsystem soll die Blockchain vor Zentralisierung und böswilliger Nutzung geschützt werden. Beim DPoS gibt es Wähler und Delegierte. 

Jeder, der Tokens einer Währung besitzt, ist ein Wähler. Er erhält genau so viele Stimmen, wie er Tokens in seinem Wallet hat. Mit diesen Stimmen können die Wähler die Delegierten (auch Zeugen genannt) wählen. Delegierte sind Menschen aus der Community, die sich freiwillig mehr einbringen wollen. Die Gewählten bekommen bestimmte Aufgaben zugeteilt, zum Beispiel die Validierung neuer Blöcke.

Dafür werden sie, je nach Kryptowährung, in Form von Tokens bezahlt. Führt ein Delegierter seine Arbeit schlecht aus, wird er wahrscheinlich nicht wieder gewählt. Kann ein Delegierter seine Aufgabe nicht erfüllen, zum Beispiel weil sein Computer nicht die nötige Rechenleistung erbringt, wird seine Position an die Person mit den nächst meisten Stimmen weitergegeben. 

Andere Delegierte sichern und verwalten das Netzwerk. Sie entscheiden unter anderem über Transaktionsgebühren, Blockgrößen und Zeugen-Auszahlung. Solche Abstimmungen finden eher selten statt. 

So kannst du staken

Wenn du eigenständig staken möchtest, benötigst du einiges an technischem Know-how und Hardware. Die Hardware muss bestimmte Bedingungen erfüllen, die je nach Kryptowährung variieren. Anschließend kannst du dir eine Mining-Client-Software herunterladen, die dir bei den nächsten Schritten hilft.

Viel einfacher ist es, über entsprechende Plattformen zu staken. In den meisten Fällen bezahlst du bei einer Staking-Plattform oder Krypto-Börse direkt in einen Pool ein. Damit entfällt auch der notwendige Mindesteinsatz. Der Plattform zahlst du für jede Transaktion eine kleine Gebühr. Zu den bekanntesten Staking-Plattformen gehören Kraken und Coinbase. Auf den Websites der Anbieter findest du Anleitungen, wie du die jeweiligen Kryptowährungen staken kannst. 

Darüber solltest du dich informieren, bevor du einen Coin stakest:

Informiere dich über die Sicherheit, den erwarteten Verlauf etc. Natürlich kann niemand wissen, wie die Währung sich entwickelt, deswegen ist so eine Investition sehr risikoreich.

Bei Ethereum musst du mindestens 32 ETH hinterlegen, bei Polkadot sind es etwa 40 DOT. Auf vielen Staking-Plattformen zahlst du aber automatisch in einen Staking-Pool ein.

Schau nach, welche Plattformen welche Kryptowährungen handeln und informiere dich, wie hoch die Transaktionsgebühren sind.

Überlege dir, ob du den Mindest-Stake selbst hinterlegen willst oder ob du in einen Staking-Pool einsteigen möchtest?

Insbesondere, wenn du Kryptowährungen an einen Staking-Pool verleihst, ist es möglich, dass du deine „Rendite“, also den Reward, nicht in derselben Kryptowährung erhältst, in der du eingezahlt hast. Beispielsweise könnte das ein eigener Coin der Plattform sein. Hier hast du ein zusätzliches Wechselkursrisiko.

Häufig gestellte Fragen