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Proof-of-Work: Was ist das?

Proof-of-Work: Was ist das?
© momius | Adobe Stock
Inhaltsverzeichnis

Die bekannteste PoW-Blockchain ist die von Bitcoin. Erfunden wurde dieser Konsensmechanismus aber bereits 1992 von Cynthia Dwork und Moni Naor, und zwar, um Junk-Mails einzudämmen. 

Mit Proof-of-Work wird das Mining notwendig, bei dem Rechner im Netzwerk Rechenaufgaben lösen und diejenigen Miner, die am schnellsten die Lösung kennen, den nächsten Block an die Datenkette hängen dürfen. Sie erhalten dafür Mining-Rewards.

  • Proof-of-Work ist ein Konsensverfahren für Blockchains
  • Im Vergleich zu Proof-of-Stake ist PoW deutlich energieintensiver
  • Zu den bekanntesten PoW-Blockchains gehören Bitcoin, Litecoin, Dogecoin
  • Das Mining für Privatpersonen lohnt sich nicht mehr

Damit Computer in einem Netzwerk ohne das menschliche Eingreifen einen Konsens finden, gibt es sogenannte Konsensmechanismen, die auf mathematischen Algorithmen basieren. Sie enthalten die Regeln, wie die Computer zu einer Einigung kommen sollen, und verhindern Manipulationen.

Proof-of-Work ist erst mit Bitcoin richtig populär geworden, hat sich aber in den ersten Jahren auch als problematisch gezeigt. Nicht nur, dass er wenig Flexibilität bei der Weiterentwicklung der digitalen Währung bietet, er ist auch unheimlich energieintensiv. 

Der hohe Stromverbrauch fällt an, wenn Miner mit geeigneter Hardware dem Netzwerk Rechenleistung zur Verfügung stellen, um die Hash-Rätsel zu lösen und den neuen Block validieren zu dürfen. Sie erhalten dafür neue Coins als Belohnung. 

Wie funktioniert Proof-of-Work?

Bei Proof-of-Work geht es um den Aufwand, den Miner betreiben müssen, um einen neuen Block erzeugen zu können. Die Schwierigkeit des Rätsels, das dabei gelöst werden muss, wird als Difficulty bezeichnet. 

Derzeit ist in der Bitcoin-Blockchain die Difficulty so berechnet, dass etwa alle 10 Minuten ein neuer Block erstellt wird. Parallel zur Blockerstellung werden dann auch neue Bitcoin in Umlauf gebracht. Der Prozess wird als algorithmisches Geldmengenwachstum bezeichnet. 

Das Konsensverfahren dient zur Absicherung des Netzwerks und basiert auf dem Grundgedanken, dass derjenige, der einen so hohen Aufwand betreibt, um den nächsten Block zu erzeugen, mit guten Absichten vorgeht. Der hohe Aufwand spiegelt sich bei Bitcoin nicht nur zeitlich wider, sondern vor allem durch die Anschaffung der teuren Hardware und der enormen Strommenge, die beim Mining verbraucht wird. 

PoW gilt als fairster Mechanismus, da er einen realen Aufwand an Ressourcen erfordert. Anders als bei herkömmlichem Geld, Fiat genannt, wo lediglich die Unterschrift einer Zentralbank ausreicht, um frisches Geld zu drucken. 

Was sind die Vorteile von Proof-of-Work?

Die Komplexität und der hohe Energieverbrauch haben auch ihre Vorteile, denn das Konsensverfahren gilt als eine der sichersten Methoden, um ein Netzwerk abzusichern.

Die Vorteile des PoW-Konsensverfahrens sind:

  1. Sicherheit: Der Aufwand, um das Rätsel zu lösen, wird in Form der Hashrate gemessen. Sie gibt an, wie viel Energie benötigt wird. Je höher die Hashrate, umso höher der Energieaufwand, um die Blockchain manipulieren zu können. Daher gilt dieses Verfahren als besonders sicher im Vergleich zu anderen Konsensverfahren. Als Beweis kann auch aufgeführt werden, dass es bisher nicht gelungen ist, die Bitcoin-Blockchain zu hacken. 
  2. Weiterentwicklung: Die Bitcoin Community ist einzigartig groß und stützt mit ihrer Arbeit die Sicherheit der PoW-Blockchain. Durch Abspaltungen, sogenannte Forks, sind Lösungen entwickelt worden, die sich dem Thema der Skalierbarkeit widmen. So gibt es unter anderem das Lightning-Netzwerk, das auf der Bitcoin-Blockchain basiert und für eine schnellere Abwicklung der Transaktionen sorgt. 

Was sind die Nachteile von Proof-of-Work?

Nach ein paar Jahren der Verbreitung von Bitcoin ist klar geworden, dass das hier verwendete Proof-of-Work in Bezug auf Geschwindigkeit und Skalierung Grenzen hat. Diese haben sich schnell zu echten Wettbewerbsnachteilen entwickelt, auch wenn Bitcoin noch immer die erfolgreichste Kryptowährung am Markt ist. 

Das Bitcoin-Netzwerk, hier stellvertretend für alle Proof-of-Work-Blockchains genannt, ist extrem langsam. Seine Transaktionsgeschwindigkeiten sind längst nicht mehr konkurrenzfähig, wie der Vergleich mit dem Visa-Netzwerk zeigt. Während der Zahlungsanbieter ca. 1.700 Transaktionen pro Sekunde verarbeiten kann, sind es bei Bitcoin in einer Sekunde nur 7 Transaktionen. 

Durch den enormen Aufwand, den das Lösen des Rätsels mit sich bringt, und gleichzeitig stark gestiegener Preise für die entsprechende Hardware haben sich immer mehr Mining-Farmen etabliert. Die Entwicklung, dass eine Gruppe Farmen die Mining-Macht im Netzwerk besitzt, entspricht nicht dem eigentlich dezentralen Charakter der Blockchain. 

Einzelne Miner, die zu Beginn der Popularität von Bitcoin lukrative Einnahmen generierten, sind inzwischen außen vor. Der Grund liegt auch an den hohen Stromkosten und dem Abwandern der Miner in Länder mit niedrigen Strompreisen. 

Lohnt sich das Mining noch?

Um einen einzigen Bitcoin im Jahr 2018 zu minen, musste der Miner Energiekosten von durchschnittlich 12.000 € in Deutschland aufbringen. Kein Wunder, dass es zur Bildung von Mining-Farmen und der Abwanderung in günstigere Länder gekommen ist. 

Ein durchschnittlicher Nutzer wird kaum diese Summe investieren wollen, zumal der Preis pro BTC derzeit sehr niedrig ist und seine Rendite minimiert. Dazu noch die steigenden Energiepreise, denn die oben genannte Zahl stammt aus dem Jahr 2018, also lange vor der Energiekrise. 

Außerdem kommen zu den Energiekosten noch die Anschaffungskosten für die Hardware. Als einzelne Miner werden derzeit die Antminer S19 empfohlen, sie kosten um die 3.500 € im Handel.

Was sind Mining-Pools?

Ähnlich wie Staking-Pools schließen sich auch in Mining-Pools mehrere Token-Inhaber zusammen, um Belohnungen zu teilen. Ein Mining-Pool hat mit mehr Hash-Power höhere Chancen auf die Belohnung, weshalb sich Kleinanleger häufig zusammenschließen. 

Der erste Mining-Pool entstand 2010 in Tschechien und legte den Weg für ein eigenes Geschäftsmodell. Bitcoin Mining wird von wenigen großen Mining-Pools beherrscht, darunter Poolin mit 12,7 %, BTC.com mit 23,5 % oder F2Pools mit 13,1 % Anteil am Gesamtaufkommen. 

Deren Kapazitätsdominanz hat zu weitaus größeren Chancen geführt, den nächsten Transaktionsblock im Netzwerk zu verifizieren. Das System zwingt eigentlich einzelne Miner dazu, in einen Pool einzutreten. Der Eintritt kostet häufig Gebühren, die Belohnungen werden proportional zur Rechenleistung der einzelnen Mitglieder aufgeteilt. 

Die größten Mining-Pools liegen in Asien, genauer gesagt in Peking. Da die chinesische Regierung hart gegen Kryptowährungen vorgeht, wurden auch alle Mining-Aktivitäten eingestellt. Allerdings ist davon auszugehen, dass sie an anderer Stelle weitermachen, denn das Bitcoin-Netzwerk verzeichnet keinen Abgang von Hash-Power.