Wie funktioniert das Konsensalgorithmus Proof of Work?

Proof of Work (PoW) ist ein Konsensalgorithmus, der im Blockchain-Netzwerk von Bitcoin verwendet wird, um Einigkeit über den Zustand der Blockchain zu erzielen. Hier ist eine detaillierte Erklärung, wie der Proof-of-Work-Algorithmus funktioniert:

1. Grundprinzipien:

Der Proof-of-Work-Algorithmus basiert auf der Idee, dass Teilnehmer (auch als Miner bezeichnet) in einem Netzwerk mathematische Rätsel lösen müssen, um einen neuen Block an die Blockchain anzuhängen. Dieser Prozess erfordert Rechenleistung, was als "Arbeit" bezeichnet wird.

2. Transaktionspool:

Alle ausstehenden Transaktionen werden zu einem Pool hinzugefügt, aus dem Miner auswählen können, welche Transaktionen sie in den nächsten Block aufnehmen möchten.

3. Bildung eines Blocks:

Miner wählen eine Gruppe von Transaktionen aus dem Pool aus und versuchen, einen Blockheader zu erstellen. Der Blockheader enthält Informationen über den vorherigen Block, den Merkle-Root der ausgewählten Transaktionen, einen Zeitstempel und einen sogenannten Nonce.

4. Nonce:

Der Nonce ist ein 32-Bit-Zahl, die von den Minern geändert wird, um die Hash-Funktion zu beeinflussen und einen Hashwert zu erzeugen, der bestimmte Eigenschaften erfüllt. Der Hashwert muss kleiner sein als der sogenannte Schwierigkeitsgrad (Difficulty Target), der von der Blockchain-Software festgelegt wird.

5. Schwierigkeitsgrad:

Der Schwierigkeitsgrad wird regelmäßig angepasst, um sicherzustellen, dass die durchschnittliche Zeit, die benötigt wird, um einen neuen Block zu erstellen, konstant bleibt. Dies stellt sicher, dass die Blockproduktion nicht zu schnell oder zu langsam erfolgt.

6. Hashfunktion:

Die Miner setzen den Blockheader und den Nonce in eine Hashfunktion (in der Regel SHA-256 für Bitcoin) ein und berechnen den Hashwert. Der Prozess wird so oft wiederholt, bis ein Hashwert gefunden wird, der den Schwierigkeitsgrad erfüllt.

7. Validierung und Konsens:

Sobald ein Miner einen gültigen Hashwert gefunden hat, verbreitet er den neuen Block im Netzwerk. Andere Teilnehmer überprüfen die Richtigkeit des Blocks, indem sie den Hashwert erneut berechnen und sicherstellen, dass er den Schwierigkeitsgrad erfüllt. Wenn die Validierung erfolgreich ist, akzeptieren die Teilnehmer den neuen Block und arbeiten am nächsten Block weiter.

8. Belohnung:

Der Miner, der erfolgreich einen neuen Block hinzufügt, wird mit neuen Kryptowährungseinheiten belohnt (Block Subsudy) sowie mit Transaktionsgebühren (Rewards), die im Block enthalten sind.

Der Proof-of-Work-Algorithmus bietet eine dezentrale Methode zur Sicherung und Konsensbildung in Blockchain-Netzwerken. Es erfordert jedoch erhebliche Rechenleistung und Energieaufwand, was zu Bedenken hinsichtlich der Umweltauswirkungen geführt hat. Jedoch bedient sich das Mining mittlerweile zu 54% des globalen Energiemixes aus erneuerbaren Energienund kann somit, erneuerbare Energien fördern und kann zur Stabilität der Stromnetzes beitragen.