Die Idee von PoW existierte schon vor Bitcoin, aber erst nachdem der Pseudonym Satoshi Nakamoto 2008 das Whitepaper „Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System“ veröffentlichte, rückte sie in den Fokus der breiten Öffentlichkeit. Nakamoto schlug vor, Kryptographie und Rechenleistung zu verwenden, um Transaktionen nachzuweisen, ohne dass ein zentraler Buchhalter erforderlich ist. PoW sorgt dafür, dass sich alle Teilnehmer des Bitcoin-Netzwerks darauf verlassen können, dass alle auf dem gleichen Stand sind.
Ein zentrales Problem, das der PoW-Algorithmus löste, ist das sogenannte Double-Spend-Problem. Im Gegensatz zu Fiat-Währungen können digitale Währungen leichter von böswilligen Akteuren kopiert oder manipuliert werden, die „doppelt“ so viel ausgeben wollen, wie sie in ihrer Krypto-Wallet besitzen. Zwar schließt Bitcoin die Möglichkeit eines Double-Spending-Vorfalls nicht vollständig aus, aber es reduziert die Wahrscheinlichkeit dafür erheblich.
PoW erfordert, dass Computer eine hohe Hash-Power (also Arbeit) aufbringen, um Transaktionen in einem Zahlungsbuch zu verifizieren. Das beinhaltet das Lösen komplexer algorithmischer Rätsel. Der Computer, der dieses „Rätsel“ erfolgreich löst, darf einen neuen „Block“ mit etwa 2.700 Transaktionen auf der Blockchain erstellen, der auf die erste Bitcoin-Transaktion (auch Genesis-Block genannt) zurückgeht.
Wenn jemand versuchen würde, einen bösartigen Block in Bitcoins Blockchain einzufügen, müsste dieser von allen Netzwerkteilnehmenden für den Rest der Bitcoin-Geschichte bestätigt werden. Solange niemand mehr als 50 % der Hash-Leistung besitzt, werden die anderen Computer ungültige Transaktionen wahrscheinlich nicht bestätigen. Ohne ein Individuum oder ein Kartell mit 50 % Hash-Leistung bleibt das Netzwerk sicher. Je größer das Netzwerk, desto schwieriger ist es, 50 % Hash-Power zu erreichen.
Man kann sich PoW wie einen globalen Computertalentwettbewerb vorstellen. Jeder, der Rechenleistung an eine Proof-of-Work-Blockchain bereitstellt, tritt im Wettbewerb an, ein schwieriges mathematisches Rätsel zu lösen, um Transaktionen durch das Erzeugen neuer Blöcke zu verifizieren. Doch warum sollte jemand Strom verbrauchen, um Bitcoin-Blöcke zu erschaffen? Wie funktioniert das Krypto-Mining? Mit einem Wort: Anreize.
Wer das algorithmische Rätsel erfolgreich löst, erhält Transaktionsgebühren und einen Block-Reward – eine vorgegebene Menge der nativen Kryptowährung wie Bitcoin. Im Fall von Bitcoin begann dieser Block-Reward mit 50 BTC pro Block, wird aber alle vier Jahre halbiert, um eine Überinflation der Währung zu vermeiden.
Um die Konsistenz der Blockchain zu gewährleisten, verfügen PoW-Konsensmechanismen oft über eine eingebaute Schwierigkeitsanpassung. In regelmäßigen Abständen passen Blockchains wie Bitcoin die Anzahl der Nullen an, die zu Beginn einer Hashfunktion geraten werden müssen, um den Block-Reward zu gewinnen.
Je mehr Miner es gibt, desto komplexer wird das Puzzle. Umgekehrt sinkt die Schwierigkeit, wenn Bitcoin weniger Hashleistung hat. Diese Schwierigkeitsanpassungen sorgen dafür, dass im Bitcoin-Netzwerk alle 10 Minuten neue Blöcke erscheinen.
In diesem Konsensmodell sind Miner davon abgeschreckt, gefälschte Transaktionen zu erstellen, da sie diese fehlerhaften Blöcke für den gesamten Rest von Bitcoins Geschichte aufrechterhalten müssten. Die Energiekosten eines 51 %-Angriffs werden immer unpraktischer, je mehr Unternehmen und Länder am Bitcoin-Netzwerk teilnehmen. Dennoch heißt das nicht, dass ein 51 %-Angriff auf einer PoW-Chain unmöglich wäre. Auch wenn Bitcoin bisher verschont geblieben ist, wurden kleinere Token wie Ethereum Classic bereits angegriffen. Je weniger Menschen an einer PoW-Chain teilnehmen, desto größer sind die Chancen auf ein Double-Spend-Szenario.
Aufgrund des historischen Bezugs zu Bitcoin wird PoW immer eine zentrale Innovation in der Geschichte der Kryptowährungen bleiben. Aber nicht jeder in der Krypto-Branche hält PoW für den idealen Konsensmechanismus. Hier sind einige wichtige Vorteile und Risiken von PoW-Blockchains.
Selbst wenn die meisten Menschen das Vertrauen in eine Proof-of-Work-Kryptowährung verlieren würden, ist es unwahrscheinlich, dass sie „ausstirbt“. Solange zumindest eine Person an einem Computer Blöcke zur Blockchain hinzufügen möchte, bleibt die Kryptowährung weiter bestehen.
Eine PoW-Kryptowährung kann zwar mit nur einem Computer existieren, hätte mit so wenig Hash-Power aber keine phänomenale Sicherheit. Investoren vertrauen eher einer Kryptowährung, die von vielen Computern weltweit getragen wird.
Je mehr Hash-Power eine Blockchain hat, desto geringer die Wahrscheinlichkeit, dass eine einzelne Instanz 51 % des Netzwerks kontrollieren kann. Es gibt weniger Risiken für Zentralisierung, wenn mehr Mining-Pools miteinander konkurrieren.
Ein Hauptgrund, warum Bitcoin weiterhin die führende Kryptowährung ist, ist seine Erfolgsbilanz. Bitcoin war der erste, der bewies, dass PoW ein sicheres Peer-to-Peer-Internet-Zahlungssystem schaffen konnte. Seit der Entstehung von Bitcoin hat es weder Ausfälle noch Hacks gegeben. Diese lange Erfolgsgeschichte stärkt den Ruf von PoW als bewährten Konsensmechanismus.
Da es auf PoW-Blockchains wie Bitcoin keine Anführer gibt, ist es schwierig, innerhalb der Community einen Konsens zu erzielen. Im Gegensatz zu Proof-of-Stake (PoS)-Chains können die Netzwerkteilnehmer nicht mit ihren Token auf Vorschläge „abstimmen“. Außerdem, da niemand neue Bitcoin-Miner zum Netzwerk hinzufügt, ist es schwer vorherzusehen, woher die Hash-Power von Bitcoin zu einem bestimmten Zeitpunkt stammt.
Es gibt zudem Bedenken, dass das sperrige algorithmische Zusammenspiel PoW-Ketten verlangsamt. Der 10-Minuten-Intervall pro Bitcoin-Block-Reward macht es unpraktisch, diese Währung im Alltag einzusetzen. Entwickler arbeiten jedoch an Lösungen, um Transaktionen auf PoW-Blockchains schneller abzuwickeln. Insbesondere das Lightning Network ist eine Sidechain zu Bitcoin, mit der BTC schneller und günstiger versendet werden kann.
Werden Bitcoin-Miner auch dann noch motiviert sein, neue Blöcke zu erstellen, wenn der letzte Bitcoin in Umlauf gebracht wurde? Viele Entwickler bezweifeln, dass Bitcoins Anreizmechanismus attraktiv genug ist, damit Miner ihre Computer weiter betreiben, sobald die Block-Rewards wegfallen.
Es wird etwa 100 Jahre dauern, bis der letzte Bitcoin gemined ist. Doch zukünftige Generationen müssen die Anreizstruktur für PoW-Chains überdenken. Es werden zwar weiterhin BTC-Transaktionsgebühren anfallen, aber unklar ist, ob dies die Stromkosten der Miner deckt. Ist das nicht der Fall – wie viele PoS-Befürworter glauben – wird die Sicherheit des Netzwerks nicht ausreichen, um die Vermögenswerte dort zu schützen.
Viele Aktivisten befürchten, dass PoW-Blockchains irreversible Umweltschäden verursachen. Mit steigender Hashrate von Bitcoin steigen auch die CO2-Emissionen. Bitcoin verursacht vermutlich mehr als 21 Millionen Tonnen CO2 pro Jahr und verbraucht jährlich rund 35 TWh Strom.
Obwohl mehr Bitcoin-Miner auf nachhaltige Energiequellen setzen, ist es in einem dezentralen Netzwerk schwierig, Umweltstandards durchzusetzen. Zudem dürfte mit wachsender Bitcoin-Blockchain auch die Hash-Leistung steigen. Je mehr Menschen sich bei PoW-Ketten beteiligen, desto mehr Energie wird verbraucht. Manche halten das für notwendig und argumentieren, dass diese Form von Geld den Aufwand wert ist. Andere hingegen halten sie für unnötig ineffizient im Vergleich zu umweltfreundlicheren Krypto-Alternativen.
Derzeit ist PoS der führende Konkurrent von PoW. Statt dass „Miner“ Rechenleistung einsetzen, um neue Blöcke zu erschaffen, verlangt PoS von Netzwerkteilnehmern, die Blockchain abzusichern, indem sie Kryptowährung „staken“. Das heißt, wer eine PoS-Chain sichern will, muss die native Währung in die Blockchain einbringen. Aber warum sollte das jemand tun? Die Antwort: Staking-Rewards. PoS-Protokolle wählen zufällig jemanden, der Token stakt, um einen neuen Block zu „validieren“. Dafür erhält der Staker einen prozentualen Anteil der Transaktionsgebühren auf der Blockchain.
Zu den Vorteilen von PoS gehören Geschwindigkeit, Skalierbarkeit und Nachhaltigkeit. PoS-Blockchains verbrauchen weniger Energie und stoßen weniger CO2 aus als PoW. Auch die dezentrale Governance erleichtert das Erzielen eines Konsenses auf PoS-Ketten. Wer Tokens auf einer PoS-Kette stakt, hat oft ein Stimmrecht zu wichtigen Vorschlägen.
Da PoS jedoch noch relativ neu ist, ist es nicht so erprobt wie PoW-Chains. Kritiker argumentieren außerdem, dass PoS möglicherweise leichter durch einen 51 %-Angriff kompromittiert werden könnte. Große Staking-Pools könnten theoretisch die Stimmrechte auf einer PoS-Kette übernehmen. Dennoch ist PoS unter modernen Blockchain-Entwicklern die populärere Wahl.
Dutzende Kryptowährungen setzen auf PoW-Konsens. Hier sind einige der einflussreichsten Beispiele:
Als Grundlage von Bitcoin ist PoW ein entscheidender Bestandteil der Kryptowährung. Auch wenn viele Entwickler meinen, es sei Zeit für den Wechsel zu PoS, hat das PoW-Modell nach wie vor Vorteile. Trotz Herausforderungen bei der Skalierbarkeit und Nachhaltigkeit bleibt es der am längsten laufende Konsensmechanismus im Krypto-Bereich. Manche argumentieren auch, dass PoW aufgrund des hohen Energiebedarfs schwerer zu kompromittieren ist als PoS-Chains, etwa durch einen 51 %-Angriff.
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