Abstrakt
Stellen Sie sich vor, Sie kaufen - basierend auf der Rechenleistung Ihres Laptops - jede Sekunde Lottoscheine. Je mehr Rechenleistung ihr Laptop besitzt, desto mehr Tickets können Sie pro Sekunde kaufen. Je größer ihr Anteil an Rechenleistung im Netzwerk ist, desto größer sind Ihre Chancen, ein gewinnendes Ticket zu generieren.
Früher oder später erhalten Sie ein gewinnendes Ticket, dass ihrem Laptop das Recht gewährt, einen Block zu bauen, diesen vom Netzwerk validieren zu lassen und eine Belohnung in Form der Währung der jeweiligen Blockchain zu erhalten - zum Beispiel Bitcoin (BTC).
Künstler:@chained2block
Einleitung
Proof of Work ist wesentlich älter als seine bekannteste Verwendung für den Konsens-Mechanismus von Bitcoin. Es wurde erstmals 1993 entwickelt um Spam-E-Mails zu bekämpfen.
Wie in unserem Artikel: “Was ist ein Konsens-Mechanismus?” beschrieben, sind solche Mechanismen in verteilten Systemen notwendig, um sowohl gültige Transaktionen zu verarbeiten, als auch invalide Transaktionen herauszufiltern. Gleichzeitig dient dieser dazu, um Einigung zwischen allen Beteiligten des verteilten Netzwerkes zu sichern.
Proof of Work ist anderen Konsens-Mechanismen ähnlich, mit Ausnahme des ersten Schrittes - der Auswahl eines Verantwortlichen. Dabei konkurriert jeder Netzwerkteilnehmer (engl. Miner) mit seiner Rechenleistung, um durch das Lösen eines kryptografischen Rätsels einen gewinnenden “Lotterieschein” zu generieren. Diese Ticket-Generierung ist sehr energieaufwendig, da spezielle Mining-Hardware rund um die Uhr betrieben werden muss und Strom benötigt.
Probleme
Energieverbrauch am Beispiel Bitcoin
Derzeit ist das Bitcoin-Netzwerk die größte PoW-Blockchain und verbraucht in etwa 54 TWh (Terawattstunden) pro Jahr genug, um fünf Millionen US-Haushalte oder sogar das gesamte Land Neuseeland ein Jahr lang mit Strom zu versorgen.
Dieser häufig genannte Kritikpunkt macht allerdings die zugrunde liegende Sicherheit des Netzwerkes aus. Jeder Angreifer müsste nämlich die gleiche Menge an Energie aufwenden und zusätzlich 51% der Rechenleistung des Netzwerkes besitzen, um dem Netzwerk Schaden zuzufügen. Dies macht PoW auf Dauer extrem sicher - egal, ob Einzelpersonen oder ganze Staaten die Blockchain angreifen würden.
Viele Kritiker sehen das PoW-System jedoch weder als skalierbar noch als nachhaltig für die Verarbeitung von Transaktionen von Milliarden von Menschen. Viele finden diesen Energieverbrauch verschwenderisch, da die Berechnungen, außer für die Netzwerksicherung, keinen anderen Nutzen erfüllt.
Künstler:@chained2block
Zentralisierung
Zentralisierung kann unterschiedliche Ursprünge haben. Generell kann jede Form von Zentralisierung als Schwachstelle für verteilte Systeme angesehen werden. Die ursprüngliche Motivation hinter solchen Systemen besteht darin, Monopole zu verhindern, die das System zu ihrem Vorteil manipulieren können. Daher können alle zentralen Teile von Kryptowährungen einen Angriffspunkt für das Gesamtsystem darstellen.
Während der ersten Jahre nach Bitcoin’s Entstehung hat noch die Rechenleistung eines alltäglichen Laptops ausgereicht, um Bitcoins zu produzieren (engl. minen). Jedoch ist seitdem die gesamte Rechenleistung im Bitcoin Netzwerk so enorm gewachsen, dass es unwirtschaftlich wurde. Dies führte dazu, dass viele Miner sich gruppiert und spezielle Hardware entwickelt haben, die auf Bitcoin optimiert ist.
Im Fall von Bitcoin gibt es Argumente für die Zentralisierung von Lieferketten für die Produktion spezieller Mining-Hardware. Derzeit gibt es nur eine Handvoll Hardwarehersteller, die die Mining-Hardware weltweit produzieren. Diese “Lotterieschein”-produzierende Hardware wird auch ASICS (Application-Specific Integrated Circuits) genannt und wird speziell für Bitcoin’s “Lotterie” Verfahren - fachlich Hashing Algorithmus, entwickelt. Für eine andere Art von Rechenleistung ist sie allerdings nicht sinnvoll zu gebrauchen.
Ein weiterer Schwachpunkt ist die Anzahl der großen Mining-Pools bei Bitcoin. Da die Rechenleistung eines einzelnen Laptops nicht ausreichte, um im Laufe der Zeit kontinuierlich Bitcoin zu verdienen, organisierten sich Netzwerkteilnehmer (engl. Miner), um ihre Rechenleistung zusammenzulegen. Auf diese Weise können sie häufiger kleinere Beträge erhalten, um die betrieblichen Ausgaben, wie Stromkosten, zu decken, anstatt einmal im Jahr oder sogar alle 100 Jahre einen Block zu produzieren.
Dieses Verhalten fördert Skaleneffekte (engl. Economies of Scale), da es lukrativer ist, für Unternehmen mit Fachwissen große Serverzentren aufzubauen, die Bitcoin minen. Dies ist eine Form der Zentralisierung, da nicht jeder Experte für den Aufbau von Rechenzentren ist. Daher konzentriert sich das Bitcoin-Mining um die fünf größten Mining-Pools weltweit, wovon einige wenige bei Zusammenschluss mehr als 51% der Rechenleistung des Netzwerkes erlangen könnten.
Ein Vorteil von Bitcoin, den viele Anhänger hervorheben, ist die Anonymität des Gründers Satoshi Nakamoto. Viele Gründer anderer Kryptowährungen sind nicht anonym und könnten daher eine zentrale Schwachstelle darstellen in Bezug auf das Vertrauen in die Kryptowährung.
Hinzu kommt, dass einige Gründer enorm vom Wertzuwachs ihrer eigenentwickelten Kryptowährungen profitiert haben. Da die meisten bekannten Kryptowährungen in ihrer Menge begrenzt sind, können Personen mit größeren Mengen, wie z.B. deren Gründer, den Preis bewegen und zu ihren Gunsten kurzfristig manipulieren.
Selbst im Fall von Bitcoin geht man davon aus, dass Satoshi Nakamoto während der ersten zwei Jahre die Mehrheit aller Blöcke produziert hat und somit ca. eine Million Bitcoin besitzt, wovon bis heute kein einziger verschickt worden ist. Die einzige Ausnahme war eine erste “Test”- Transaktion an einen bekannten Kryptografie-Szene-Experten Hal Finney, der 2014 an ALS verstorben ist.
Einige vermuten, dass Satoshi Nakamoto unter Umständen nicht mehr am Leben ist und mit ihm auch sein privater Schlüssel verloren gegangen ist.
Ein verlorener privater Schlüssel wird oft auch als “Spende” an den Rest aller Bitcoiner gesehen, weil durch die verloren gegangenen Bitcoins die restlichen an Wert gewinnen.
Schlusswort
Ein dezentrales System zentralisiert sich um sein schwächstes Glied - sei es die Speicherschicht (engl. Storage Layer), Rechenschicht (engl. Computation Layer) oder Netzwerkschicht (engl. Network Layer).
Das Produzieren von Bitcoins (engl. Mining) scheint sich um Bitcoin’s Rechenschicht zu zentralisieren, welcher gleichzeitig eine grundlegende Voraussetzung für den Konsensus-Mechanismus (Proof of Work) und die Netzwerk Sicherheit darstellt.
Nichtsdestotrotz ist das Bitcoin Netzwerk das sicherste, offene Computernetzwerk der Welt. Es wird sich jedoch in Zukunft zeigen, ob die Skalierung einer PoW Blockchain wie die von Bitcoin funktionieren kann.
Nach zwölf Jahren des Bestehens von Bitcoin können wir einige Nachteile und Probleme erkennen, die zu noch innovativeren Lösungen in den letzten Jahren geführt haben - sogenannte Blockchains der zweiten und dritten Generation, wie Ethereum, Cardano und anderen.