Es gibt mehrere Arten von Konsensmechanismen. Diese sind erforderlich, um einen Konsens in einer Blockchain zu erzielen, also eine Übereinstimmung über die durchgeführten Transaktionen herbeizuführen. Ohne Zustimmung können keine neuen Blöcke zur Blockchain hinzugefügt werden. Da eine Blockchain ein dezentrales System ist, das durch Validator-Knoten gesichert wird, wird eine allgemeine Methode benötigt, um alle Transaktionen zu genehmigen. Zu diesem Zweck wurden verschiedene Arten von Konsensmechanismen entwickelt: Anstelle von Transaktionen, die von einer zentralen Stelle kontrolliert werden, werden sie von den verschiedenen Knoten überprüft, die einen Konsens über die durchgeführten Transaktionen erzielen und sie anschließend sicher ausführen können. Hier sind die zehn bekanntesten Konsensmechanismen im Überblick.

1. Proof of Work (PoW)

Der älteste und bekannteste Konsensmechanismus ist Proof of Work. Dieser wird von Bitcoin verwendet. Dabei werden Blöcke validiert, indem eine Zahlenfolge geraten wird. Diese Zahl wird als Nonce bezeichnet und besteht aus 64 Zahlen, die geraten werden müssen. Die sogenannten "Miner" versuchen den ganzen Tag über, diese Zahl zu erraten. Dies erfordert viel Rechenleistung und wird oft mit leistungsfähigen Computern durchgeführt. Der Miner, der als erster die Zahl zu erraten glaubt, präsentiert sie allen Knoten. Wenn die Zahl von mindestens 51% der anderen Knoten genehmigt wird, gilt sie als geraten und der Block wird zur Blockchain hinzugefügt. Der Miner, der die Zahl erraten hat, wird mit der Kryptowährung der jeweiligen Blockchain belohnt. Im Fall von Bitcoin sind das derzeit 6,25 BTC. Als Miner wird man also für seine Arbeit belohnt, daher der Name Proof of Work.

2. Proof of Stake (PoS)

Proof of Stake ist ein neuerer Mechanismus und eine Alternative zu PoW. Hier wird man nicht basierend auf der geleisteten Arbeit belohnt, sondern auf dem Einsatz von Vermögen. Man kann in ein Projekt investieren, indem man die Münzen sperrt und sie weder kaufen noch verkaufen kann. Durch das "Staken" (Sperren) der Münzen kann man Transaktionen validieren. Jede Transaktion wird zufällig den Knoten vorgelegt, die sie entweder genehmigen oder ablehnen können. Der Hash des Blocks dieses Knotens wird allen anderen Knoten gezeigt, die darauf wetten können, ob die Transaktionen gültig sind oder nicht. Wenn die Mehrheit der Knoten mit dem vorgeschlagenen Block übereinstimmt, wird der zufällige Knoten belohnt, ebenso wie alle, die auf den Knoten gewettet haben. Stimmt die Mehrheit nicht überein, verliert der zufällige Knoten seinen Einsatz und erhält keine Belohnung. Anschließend wird ein neuer Knoten zufällig ausgewählt, um seine Daten zu teilen. Somit wird darauf vertraut, dass jeder Knoten ehrlich ist, da Ehrlichkeit belohnt wird und ein Verstoß zum Verlust des Einsatzes führt.

3. Delegated Proof of Stake (DPoS)

Eine Anpassung des regulären Proof of Stake-Mechanismus ist der Delegated Proof of Stake (DPoS)-Mechanismus. Dabei wird die Validierung von Transaktionen direkt an bestimmte Knoten delegiert. Jeder, der seinen Einsatz sperrt, kann für einen Block Producer stimmen. Je mehr man selbst eingesetzt hat, desto größer ist das Gewicht der eigenen Stimme. Der Block Producer, der die meisten Stimmen erhält, ist dann dafür verantwortlich, Transaktionen zu validieren. Dieses System ist zuverlässiger, da demokratisch entschieden wird, wer Transaktionen genehmigen kann. Wenn ein Block Producer seine Aufgaben nicht erfüllt, können die Menschen ihre Stimmen zurückziehen und jemand anderem geben. Auch hier wird man für seine Ehrlichkeit belohnt, was der Integrität der Blockchain zugutekommt.

4. Proof of Authority (PoA)

Beim Proof of Authority (PoA) werden Transaktionen nur von genehmigten Nodes validiert. Dies erfolgt auf der Grundlage von Reputation: Es findet eine strenge Auswahl statt, bevor man als Validator agieren darf. Hierfür muss man seine Identität angeben, damit die Teilnehmer genau wissen, welchem Node sie vertrauen können. Da es nur eine geringe Anzahl von Nodes gibt, ist die Blockchain weniger dezentralisiert, aber zuverlässig. Es ist keine Kommunikation zwischen den Nodes erforderlich, um Transaktionen zu genehmigen. Sowohl private als auch öffentliche Blockchains nutzen Proof of Authority, wie zum Beispiel Krankenhäuser und Versicherungsbüros. Dieser Mechanismus erfordert weniger Rechenleistung.

5. Proof of Activity (PoA)

Nicht zu verwechseln mit Proof of Authority (auch PoA) ist Proof of Activity eine Mischung aus Proof of Work und Proof of Stake. Dieser Mechanismus wird von den Blockchains Decred (DCR) und Espers (ESP) verwendet. Bei diesem Proof of Activity-System verläuft der Anfang ähnlich wie bei PoW: Nodes können Blöcke durch das Lösen eines sehr komplexen Codes mit leistungsstarken Computern und hoher Rechenleistung minen. Wenn die Nodes glauben, den Code gelöst zu haben, wird er von einer Gruppe von Validatoren bewertet. Ähnlich wie bei PoS werden diese zufällig ausgewählt. Wenn der Hash genehmigt wird, wird der Block zur Blockchain hinzugefügt. Die resultierende Belohnung wird zwischen dem erfolgreichen Miner und den Validatoren aufgeteilt, die den Block genehmigt haben.

6. Proof of Burn (PoB)

Beim Proof of Burn (PoB) werden Belohnungen auf der Grundlage des "Verbrennens" von Tokens vergeben. Dies geschieht, indem man die Tokens an eine "Eater Address" oder "Null Address" sendet. Sobald die Tokens verbrannt sind, können sie nie wieder abgerufen werden. Im Gegensatz zu Proof of Stake, bei dem man die gesperrten Tokens jederzeit abrufen kann. Mit Proof of Burn werden die Tokens dauerhaft vernichtet, was zeigt, dass man bereit ist, kurzfristige Gewinne zu opfern, um dafür die Möglichkeit zu haben, kontinuierlich neue Blöcke zu minen. Dadurch erhält man zuverlässige Miner für die Blockchain, und die Knappheit der Tokens erhöht deren Nachfrage und Wert.

7. Proof of History (PoH)

Der Proof of History (PoH)-Konsensmechanismus wurde von Solana entwickelt und funktioniert auf der Grundlage von Zeit. Es wird eine bestimmte Hashfunktion verwendet, die auf vergangenen Ereignissen basiert. Man kann also nicht behaupten, dass der Hash früher entwickelt wurde, da das bedeuten würde, dass Transaktionen bereits stattgefunden haben, oder später entwickelt wurde, da frühere Transaktionen nicht erfasst wurden. Dies wird auch als Verifiable Delay Function bezeichnet, da sie auf früheren Ereignissen basiert, um eine SHA256-Hashfunktion zu generieren. Diese Ausgabe ist öffentlich und kann von jedem überprüft werden, sodass Nodes die Richtigkeit der Verifiable Delay Function überprüfen können. Proof of History fungiert also als Zeitstempel-Mechanismus, der die Zeit zwischen Transaktionen verifiziert, ohne von Nodes abhängig zu sein.

8. Proof of Importance (PoI)

Beim Proof of Importance (PoI) wird man als Knotenpunkt ausgewählt, indem man nachweist, dass man sich ausreichend für die Blockchain engagiert und somit wichtig ist. Jeder erhält eine Punktzahl, die auf Faktoren wie Netzwerkaktivität, gehaltenen Tokens und Anzahl der Transaktionen basiert. Je höher die Punktzahl, desto größer die Chance, als Knotenpunkt ausgewählt zu werden, um zukünftige Transaktionen zu validieren. Diese Knotenpunkte können dann Blöcke freischalten und die Belohnung erhalten. Es ähnelt dem Proof of Stake (PoS) Mechanismus, jedoch werden beim Proof of Importance zusätzliche Faktoren berücksichtigt, die zur Punktzahl beitragen, während es bei PoS hauptsächlich darauf ankommt, wie viele Tokens man besitzt.

9. Proof of Capacity/Proof of Space (PoC/PoSpace)

Beim Proof of Capacity (PoC) oder Proof of Space (PoSpace) Mechanismus ist es vor allem wichtig, viel Speicherplatz auf der Festplatte zu haben. Anstatt ständig Hashes zu erraten und dabei viel Rechenleistung zu verwenden, ist es in diesem Mechanismus üblich, bereits eine Liste möglicher Hashes zu speichern. Je mehr Kapazität oder Platz deine Festplatte hat, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass der richtige Hash darunter ist. Dadurch erhöht sich auch die Chance, dass man als Miner die richtige Lösung hat und somit die Belohnung gewinnt. Für diesen Mechanismus sind keine teuren Computer mit hoher Rechenleistung erforderlich, sondern lediglich eine geräumige Festplatte.

10. Proof of Elapsed Time (PoET)

Beim Proof of Elapsed Time (PoET) geht es um die Zeit. Jeder Knotenpunkt wartet einfach darauf, dass er an der Reihe ist, den Block zu genehmigen. Es gibt keine bestimmte Reihenfolge oder Punktesystem; jedem Knotenpunkt wird eine Wartezeit zugewiesen, die vollkommen zufällig ist. Sobald es an der Reihe des Knotenpunkts ist, kann er den Block schürfen und die Belohnung erhalten. Diese Wartezeit kann kurz oder lang sein. Da die Wartezeit zufällig zugeteilt wird, ist dies fair für alle. Nachdem man die Belohnung erhalten hat, muss man wieder eine bestimmte Zeit warten, bis man erneut an der Reihe ist. Proof of Elapsed Time ist äußerst effizient und verbraucht wenig Energie.

Fazit

Neben den bekannten Mechanismen Proof of Work und Proof of Stake gibt es mehrere Mechanismen, um einen Konsens in einer Blockchain zu erreichen und neue Transaktionen zu validieren. Es dreht sich dabei um das Vertrauen in die Knotenpunkte, die entweder hart arbeiten oder geduldig auf ihren Einsatz warten. Gemeinsam haben sie die Aufgabe, die Blockchain sicher zu halten und die Vorgänge fair zu gestalten. Jeder Konsensmechanismus verfolgt das gleiche Ziel, jedoch auf einzigartige Weise.