Cardano-Blockchain-Protokoll: Warum Proof-of-Stake?

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Cardano-Blockchain Der Stakepool

In diesem Artikel erklären wir, welche Proof-of-Stake-Protokolle (PoS) ihre Grundfunktionen mit den bekannten Proof-of-Work-Protokollen (PoW) vergleichen.

(Jun 17, 2020)

PoW-Protokolle (Proof-of-Work), die derzeit die meisten Kryptoprojekte wie Bitcoin, Ethereum, Litecoin, Dash usw. befeuern.
Dies hilft uns, besser zu verstehen, warum PoS-Konsensalgorithmen scheinen eine bessere Zukunft als PoW im Krypto-Ökosystem zu haben und warum Cardano beschließt, ein eigenes maßgeschneidertes Protokoll zu entwickeln; Ouroboros .

Grundlagen

Bitcoin verbraucht große Mengen an Energie, um sein Netzwerk zu sichern.
Aber warum verbraucht es all diese Energie und welche Alternativen gibt es?

Der Abbau neuer Bitcoins und die Sicherung des Netzwerks erfordern viel Rechenleistung aufgrund seines Algorithmus namens „Proof-of-Work“ (PoW).
Der Bitcoin-PoW-Algorithmus funktioniert, indem alle Knoten im Netzwerk dasselbe kryptografische Rätsel lösen.
Die Knoten, die das Rätsel lösen, werden als Bergleute bezeichnet, und der erste, der die Lösung findet, erhält die Belohnung. eine bestimmte Menge an Bitcoin (s) (Anzahl abnehmend alle 4 Jahre nach einer „Halbierung“).

2011 eine Bitcointalk Forumbenutzer namens QuantumMechanic schlug eine Technik vor, die er als „Proof-of-Stake“ bezeichnete.
Die Idee ist, dass jeder Computer verwenden kann Die Macht, mit dem Mining gegeneinander zu konkurrieren, um das Netzwerk zu sichern, ist verschwenderisch .
Stattdessen verwendet der Proof-of-Stake einen Wahlprozess, bei dem ein Knoten zufällig ausgewählt wird, um das Netzwerk zu validieren nächster Block.
Proof-of-Stake (PoS) hat keine Bergleute, sondern „Validatoren“ und lässt nicht zu, dass Leute Blöcke „abbauen“, sondern Blöcke „prägen“ oder „produzieren“.

Blockvalidatoren werden nicht vollständig zufällig ausgewählt.
Um ein Validator zu werden, muss ein Knoten einen bestimmten Betrag der nativen Blockchain-Token in das betreffende Netzwerk einzahlen (was als Kaution angesehen werden kann).
Wenn ein Knoten ausgewählt wird, um den nächsten Block zu validieren, überprüft er die Gültigkeit aller Transaktionen innerhalb des Blocks .
Wenn alles überprüft wird out meldet der Knoten den Block ab und fügt ihn der Blockchain hinzu. Es wurde ein neuer Block erstellt.

Als Belohnung erhält der Knoten alle oder einen Bruchteil der Gebühren, die mit jeder Transaktion verbunden sind, abhängig vom PoS Protokolle .

Die Größe des Einsatzes bestimmt die Wahrscheinlichkeit, dass ein Validator ausgewählt wird, um den nächsten Block zu prägen. Je mehr Token Sie in das Netzwerk gesteckt haben, desto größer sind die Chancen, einen neuen Block zu erstellen.
Dies mag unfair erscheinen, da es tendenziell reiche Entitäten bevorzugt, die viele Token besitzen, aber in der Tat ist es fairer als PoW-Protokolle.
In der Tat können mit PoW große Unternehmen / Bergbaubetriebe von Skaleneffekten profitieren.
Der Preis, den sie für Bergbaumaschinen und Strom zahlen, steigt nicht linear an. Je mehr sie kaufen, desto bessere Preise können sie erzielen.
Der Preis, den sie für Bergbaumaschinen und Strom zahlen, steigt nicht linear an. Je mehr sie kaufen, desto bessere Preise können sie erhalten. .

Quelle : 3IQ Research Group
Quelle: 3IQ Research Group

Energieverbrauch

PoW-Protokolle bieten mehr Belohnungen für die fortschrittlichsten und am besten ausgestatteten Bergleute. Je höher die Hash-Rate (Rechenleistung) ist, desto höher ist die Chance, den nächsten Block zu erstellen und die Belohnung zu erhalten .

Wenn Bergleute ihre Chancen noch weiter erhöhen möchten, sollten sie sich in sogenannten „Mining Pools“ versammeln. Dabei kombinieren sie ihre Hashing-Raten und verteilen die Belohnung gleichmäßig an alle im Pool.
Dies hat zu einem Rennen geführt, bei dem strukturierte Unternehmen den Bau früherer DIY-Knoten durch die Schaffung immer größerer Bergbaubetriebe mit speziellen Bergbaugeräten (z als ASICs).

Laut Digiconomist verwendet Bitcoin Miner allein etwa 60 TWh genug Strom, um ein ganzes Land wie Griechenland mit Strom zu versorgen (11 Millionen Einwohner).

Quelle: Digiconomist (Juni 2020)

Die Unterschiede zwischen Proof-of-Work und Proof-of-Stake sind also sehr wichtig.
Proof-of-Stake lässt nicht alle nach neuen Blöcken suchen, so dass es keinen Wettbewerb zwischen Validatoren und keinen Wettlauf um Rechenleistung gibt. Daher verbraucht es erheblich weniger Energie.
Als Beispiel und laut Charles Hoskinson, CEO bei IOHK, könnte die gesamte Cardano Blockchain mit nur 10 kW (Strom, der für wenige Häuser benötigt wird), wodurch der Energieverbrauch im Vergleich zur Bitcoin-Blockchain millionenfach gesenkt würde.

Dezentralisierung

Wie wir gesehen haben Oben haben wir mit Proof-of-Work-Protokollen sogenannte Mining-Farmen, in denen sich Bergleute zusammenschließen, um ihre Chancen zu erhöhen, neue Blöcke zu produzieren und damit Belohnungen zu sammeln.
Mittlerweile kontrollieren diese Pools große Teile der Bitcoin-Blockchain. Das bedeutet, dass sie den Bergbauprozess irgendwie zentralisieren, und das ist gefährlich.
Wenn die größten Bergbaubetriebe fusionieren würden, hätten sie eine Mehrheitsbeteiligung am Netzwerk und könnten betrügerische Genehmigungen erteilen Transaktionen . Die zugehörige Blockchain würde sofort ihre Glaubwürdigkeit verlieren und aufgegeben werden.

Das Einrichten eines Knotens und das Werden eines Validators in einer Blockchain auf Proof-of-Stake-Basis ist im Vergleich zu einem Proof-of-Stake viel kostengünstiger. of-work based one.
Interessierte Menschen benötigen keine großen Investitionen in teure Bergbaumaschinen. Daher ermutigt der Nachweis des Einsatzes mehr Menschen, einen Knoten einzurichten, wodurch das Netzwerk dezentraler und auch sicherer wird.

Zusammenfassend: Proof-of-Work-Protokolle zwingen Bergleute dazu, enorme Mengen an Energie zu verbrauchen, und fördern die Verwendung von Mining-Pools, wodurch die Blockchain zentraler wird als das ursprüngliche Ziel, eine Dezentralisierung zu erreichen.

PoS-Protokolle sind in der Regel fairer als PoW-Protokolle und vermeiden große Konglomerate. Darüber hinaus jedes PoS-Protokoll (z. B. Cardano mit seinem Poolsättigungsparameter ) könnte ergänzende Regeln hinzufügen, um die Vorherrschaft von Validatoren zu verringern, die zu viel Einfluss auf das Netzwerk haben.
Das Hauptziel ist immer noch dasselbe und erreicht die Dezentralisierung.

Skalierbarkeit

PoW-Protokolle haben sich als schwerwiegend erwiesen, da sie die Massenakzeptanz und den Nutzen als globales Zahlungssystem vermeiden: Skalierbarkeit.

Die Skalierbarkeit selbst besteht aus drei Hauptproblemen, die gelöst werden müssen:
– Transaktionen pro Sekunde,
– Netzwerkbandbreite,
– Speicher.

Transaktionen pro Sekunde sind am offensichtlichsten, und wir werden uns hier nur auf diesen Aspekt konzentrieren.
Die Grundvoraussetzung ist einfach : Damit eine Kryptowährung zu einem globalen Zahlungssystem wird, müssen Sie in der Lage sein viele Transaktionen pro Sekunde verarbeiten .

Zum Vergleich, wenn das Visa-System bis zu 5000 Transaktionen pro Sekunde (TPS) ausführen kann. Bitcoin erlaubt nur bis zu 7 TPS.

Während der „Kryptopumpe“ Ende 2017 zeigte ein enormer Anstieg des Bitcoin-Transaktionsvolumens die Protokollschwäche. Es dauerte Tage, bis einige Transaktionen validiert und in das Protokoll eingefügt wurden Blockchain. Das Einführungspotenzial von Bitcoin wird derzeit durch seine Skalierbarkeit eingeschränkt.

Einige Projekte entwickelten Protokolle (wie Cardanos Ouroboros), die dieses Problem durch die Einführung von PoS anstelle von PoW lösen.
Wie wir gesehen haben, funktioniert das Cardano PoS-Protokoll Erlaube nicht jedem, neue Blöcke zu produzieren. Stattdessen wählt das Netzwerk einige Knoten aus, um die nächsten Blöcke zu prägen. Diese Knoten werden als „Slot Leader“ bezeichnet.
Damit dies alles funktioniert, unterteilt Cardano die Zeit in Epochen und diese in Slots.
Slots werden als kurze Zeitspanne definiert, in der ein Block erstellt werden kann.
Das Netzwerk wählt dann einen Slot-Leader für jeden Slot. Dies ist der einzige, der den Block für diesen bestimmten Slot erstellen kann.
Slot-Leader warten auf neue Transaktionen, überprüfen sie und fügen sie dann in einen neuen Block ein
Diese Technik macht Cardano hoch skalierbar, da das Protokoll die Anzahl der Slots pro Epoche erhöhen und darüber hinaus bei Bedarf mehrere Epochen parallel ausführen kann.

Aggelos Kiayias, Direktor des Blockchain Laboratory der Universität Edinburgh, sagt, dass Cardano Skalierbarkeit Protokoll, Ouroboros Hydra würde eine nahezu unbegrenzte Anzahl von Transaktionen pro Sekunde ermöglichen , wodurch die derzeitige Haupthindernis für die Einführung von Kryptomassen durchbrochen würde.

51\% Angriffe

Ein weiteres Problem kann in einem Blockchain-System auftreten, wenn man die meisten Token kauft, besitzt oder kontrolliert und sie im Netzwerk steckt. Er kann es dann effektiv manipulieren, um gefälschte Transaktionen zuzulassen und zu genehmigen.
Dies wird als 51\% -Angriff bezeichnet und wird auch als Schwachstelle von PoW-Algorithmen diskutiert.

Wenn ein einzelner Bergmann oder eine Gruppe von Bergarbeitern 51\% der Hashing-Leistung erhalten kann, kann er die Blockchain effektiv steuern und manipulieren.

Beweis- of-Stake auf der anderen Seite könnte diesen Angriff sehr unwahrscheinlich machen, aber dies hängt vom Gesamtwert einer Kryptowährung ab.
Wie im Juni 2020 würde der Erwerb von 51\% aller Münzen mehr kosten, wenn Bitcoin auf PoS umsteigen würde als 85 Milliarden Dollar. Daher ist es weniger wahrscheinlich, dass der 51\% -Angriff mit PoS stattfindet.
In der Zwischenzeit würde das Festhalten von 51\% von ada „nur“ über 1 Milliarde Dollar kosten… Dies lässt junge PoS-Projekte in ihren frühen Entwicklungsphasen besonders schwach.

Wie geht Cardano mit diesen Problemen um?

Kurz gesagt: Der Konsens zum Nachweis des Einsatzes befasst sich mit einigen Problemen im Vergleich zum Nachweis der Arbeit, birgt jedoch auch einige zusätzliche Risiken, die bewertet werden müssen , verstanden und gemildert.

Von Anfang an arbeiteten Cardano-Teams in diese Richtung, um die Hauptprobleme zu unterstützen, die beim Ausführen eines PoS-Protokolls festgestellt wurden, und um sie zu überwinden.
Zu diesem Zweck verwendete Cardano einen anderen Ansatz als andere Kryptowährungsprojekte, da er auf von Experten geprüften Papieren basiert. Mit anderen Worten, ein akademischer Ansatz.

Anstatt ein Whitepaper zu schreiben und es direkt in Code zu implementieren, sorgt das Cardano-Team dafür, dass Experten aus der ganzen Welt world liest ihre Papiere, verbessert sie und stimmt dem Ergebnis zu. Dies stellt die Qualität und Robustheit des Protokolls sicher, nimmt jedoch auch viel Zeit in Anspruch und hängt mit dem „immer verzögerten“ Tag zusammen, das beim Cardano-Projekt verbleibt.

Während der verschiedenen Testphasen haben die Entwicklungsteams ihre Forschung durchgeführt und erwiesen sich als in der Lage, die meisten der oben angesprochenen Probleme anzugehen.
Für die Veröffentlichung von Shelley (Sommer 2020) wurden die meisten Parameter getestet und bestimmt, um dem Netzwerk so viel Sicherheit wie möglich zu bieten.
Darüber hinaus sind alle diese Parameter über die Zeit einstellbar und geben dem Protokoll die notwendige Autonomie für seine Entwicklung und Anpassung an zukünftige Anforderungen: Dezentralisierung, Sicherheit, Nüchternheit und Skalierbarkeit .

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