Konsensusmechanismen in der Blockchain Technologie

daura, Blockchain, Fintech

1. Einleitung

In den letzten Jahren hat sich die sog. Blockchain-Technologie, oder übergreifend auch „Distributed Ledger Technologie“ (DLT), Technologien verteilter Buchführung, rasant entwickelt. Insbesondere die Wertsteigerung des Bitcoins und anderer Kryptowährungen, sowie der globale Erfolg einiger grosser „Initial Coin Offerings“ (ICOs), hat das Interesse der Öffentlichkeit für die Entwicklungen in der digitalen Welt geweckt.

Einer der besonders interessanten Aspekte in der Blockchain-Technologie bildet die dezentrale Konsensfindung. Diese wird durch den Einsatz unterschiedlicher Konsens-Mechanismen erreicht. Die meisten Blockchain-Projekte nutzen heute einen der drei häufigsten Konsensusalgorithmen: Proof-of-Work (PoW), Proof-of-Stake (PoS), Delegated Proof-of-Stake (DPoS). Alle zielen auf die Sicherstellung, dass bei sämtlichen Teilnehmern identische Kopien der verteilten Datenbank vorliegen.

 

2. Proof-of-Work (PoW)

Im Gegensatz zu anderen Konsensusmechanismen erfordert der Proof-of-Work-Mechanismus für die Konsensfindung viel Energie und Computerpower und ist daher auch sehr kostspielig. Das Grundprinzip basiert auf der Idee, dass sog. „Miner“ in einem Netzwerk nachweisen müssen, einen bestimmten Aufwand erbracht zu haben. Miners liefern die Rechenleistung, welche gebraucht wird, um die Blockchain aufrecht zu erhalten und die Transaktionen zu verifizieren. Gleichzeitig stellen die Miners die Immunität des Netzwerks gegen Hacker sicher. Sie treten gegeneinander an, um eine Ansammlung von Transaktionen, sogenannte „Blocks“, aneinander zu hängen („Blockchain“). Die Blockchain beinhaltet alle verifizierten Transaktionen, diese sind für alle Netzwerkteilnehmer einsehbar. Miner nutzen Hashfunktionen, d.h. mathematische Funktionen, mittels welcher sie aus einer Zeichenkette beliebiger Länge eine Zeichenkette fester Länge erzeugen. Die Herausforderung liegt darin, dass durch das Lösen von Rechenaufgaben ein Resultat mit gewissen Eigenschaften gefunden werden muss, die sich aus der Hashfunktion ergeben. Durch die Lösung der Rechenaufgaben wird bewiesen, dass die Transaktionen (d.h. der Rechenweg), fehlerfrei durchgeführt worden ist. Ist der Block dann korrekt gemined, wird er an die Blockchain angehängt und der Miner, der als erster die Rechenaufgabe gelöst hat, erhält dafür eine Belohnung. Die bekannteste Kryptowährung, welche die Proof-of-Work-Methode verwendet, ist Bitcoin.

 

3. Proof-of-Stake (PoS)

Die grundlegende Idee des Proof of Stake (PoS) ist die Aufteilung der Stimmgewalt eines Miners von seiner Rechenleistung, also sein Anteil an der gesamten Menge an Token, die er besitzt. Je grösser sein Anteil, desto wahrscheinlicher ist es, dass dieser Miner ausgewählt wird, um den nächsten Block zu minen. Dennoch wird beim Proof-of-Stake-Mechanismus für die Konsens-Bildung ein Zufalls-Algorithmus eingesetzt. Die Menge der gehaltenen Tokens («Stakes») ist jedoch relevant, da der jeweilige Anteil der gehaltenen Tokens die Wahrscheinlichkeit beeinflusst, mit der ein Miner den nächsten Block erzeugen darf. Somit haben diejenigen Token-Holder, die eine höhere Anzahl an Tokens besitzen, auch eine grössere Wahrscheinlichkeit, zum nächsten Miner zu werden. Beim Prof of Stake geht es vor allem darum, dass die Miner das Blockchain Projekt langfristig unterstützen. Projekte, welche den PoS-Mechanismus verwenden, sind beispielsweise Dash und Neo.
 

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4. Delegated Proof-of-Stake (DPoS)

Der DPoS-Mechanismus kann als demokratischere Weiterführung des PoS-Mechanismus verstanden werden. Beim DPoS sind nicht diejenigen mit den meisten Tokens dazu berechtigt, Transaktionen zu bestätigen. Vielmehr wählt die Gesamtheit der Token Besitzer eine Gruppe an Delegierten, die diese Aufgabe ausführt. Dezentralisiert bleibt der Mechanismus, indem alle Teilnehmer des Netzwerks berechtigt sind, die Vereinigung auszuwählen, die die Transaktionen bestätigt. Der Vorteil der zentralisierten Seite beim DPoS gegenüber dem PoS-Mechanismus liegt in der höheren Geschwindigkeit bei der Verifizierung, wie auch bei den Transaktionen, die zu einer hohen Skalierbarkeit führt. Das Projekt EOS wie auch Lisk nutzen den DPoS-Mechanismus.

 

5. Consensus as a Service (CaaS)

Die daura Plattform ist eine Anwendung des Hyperledger Fabric Blockchain Protokolls, also einer privaten Blockchain Infrastruktur. Einer der Unterschiede zu «Public Blockchains» wie z.B. Bitcoin oder Ethereum, liegt darin, dass der Betrieb einer privaten Blockchain grundsätzlich deutlich weniger Energie benötigt und nur von «gewhitelisteten», d.h. bekannten bzw. registrierten, Usern genutzt werden kann. Für weiterführende Ausführungen zu private und public Legers lesen Sie unseren Beitrag hier. daura setzt auf den Schweizerischen «Consensus as a Service» der Swisscom. Die vertrauenswürdigen Partner PostFinance und Swisscom unterhalten die Nodes der Blockchain, auf die daura baut. Sie sind ermächtigt, Transaktionen, die über die daura Plattform erfolgen, zu validieren. Bei der Validierung findet eine automatisierte, algorithmische technische Überprüfung statt. Dies beinhaltet unter anderem die Kontrolle, ob auf der transferierenden Adresse genügend Token für die jeweilige Transaktion registriert sind. Ferner wird überprüft, ob die Information, welche transferiert werden soll, gültig oder bereits abgelaufen (d.h. bereits früher schon einmal verwendet worden) ist. Eine inhaltliche Überprüfung findet hingegen nicht statt. Im Grunde genommen funktioniert der Mechanismus wie ein digitales Geschäftsbuch: Alle Transaktionen sind für alle Betreiber der Knoten gleichermassen einsehbar und überprüfbar. Durch die gegenseitige Überprüfung der Knotenbetreiber und die unveränderbare Speicherung der Daten wird Vertrauen geschaffen. Alle Daten werden auf hochsicheren, vertrauenswürdigen sogenannten R4-Rechencenter in der Schweiz gespeichert. Der CaaS zielt auf den Anschluss an ein «offenes» Ökosystem, d.h. neben daura können beliebig viele weitere Blockchain-Applikationen auf die Konsensusfindung von PostFinance und Swisscom vertrauen und den CaaS einkaufen. Es können, neben den bereits bestehenden Knotenbetreibern, auch weitere Betreiber hinzukommen und selbstständig einen Knoten betreiben . Voraussetzung dafür ist, dass sie die entsprechenden Voraussetzungen und Sicherheitsmerkmale erfüllen müssen. Neue Knotenbetreiber werden von den bisherigen Knotenbetreibern ausgewählt.

 

6. Zu daura

Durch die daura Plattform können Schweizer Aktiengesellschaften (AG) ihr Aktienbuch automatisiert und digital führen sowie auch neue digitale Aktien und Partizipationsscheine mittels Kapitalerhöhungen herausgeben. Dadurch wird die Abwicklung von Kapitalerhöhungen digitalisiert, und vor allem erhalten nicht börsenkotierte AGs über die daura-Plattform Zugang zu einem breiten Investorenkreis. Durch digital unterstützte Aktienübertragungen, d.h. durch die Verwendung von automatisiert über die Plattform generierten Zessionserklärungen, wird überdies die Aktienbuchführung für den Verwaltungsrat vereinfacht. Ein Handel mit Blockchain-basierten Aktien-Token findet über die Plattform nicht statt.

Mai 2020 | Autoren: Aurelia Nick, Lukas Hoenig

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