Proof of Work: Wofür der Miner zahlt und was das Netzwerk mit diesem Geld kauft

Proof of Work ist die Regel, nach der ein Netzwerk ohne steuernde Zentrale entscheidet, welche Version der Aufzeichnungshistorie als die echte gilt: Das Recht, den nächsten Block anzufügen, erhält, wer das Ergebnis einer nachweislich teuren Berechnung vorlegt. Bewiesen wird weder die Identität des Teilnehmers noch seine Redlichkeit noch die Korrektheit der Transaktionen – bewiesen wird der verbrauchte Aufwand. Der Inhalt des Blocks wird gesondert nach den Regeln des Protokolls geprüft; die Arbeit beantwortet nur die Frage „Wer spricht?“ und macht diese Antwort kostenpflichtig.

Welches Problem der Mechanismus überhaupt löst

Ein verteiltes Netzwerk steht vor einem Problem, das eine Bank nicht kennt: Die Knoten erhalten Nachrichten in unterschiedlicher Reihenfolge, ein Teil der Knoten lügt, und einen Schiedsrichter gibt es nicht. Würde das Schreibrecht nach einer Stimme pro Adresse vergeben, könnte ein Angreifer einfach beliebig viele Adressen anlegen – das ist ein Sybil-Angriff. Proof of Work bindet die Stimme an etwas, das sich nicht kostenlos vervielfältigen lässt: an aufgewendete Rechenleistung. Die Idee ist älter als Bitcoin – das Verfahren Hashcash wurde im Jahr 1997 als Gebühr für den Versand einer E-Mail vorgeschlagen, damit Spam teurer wird als gewöhnliche Korrespondenz. Im Jahr 2008 wurde es auf die Führung eines Transaktionsjournals übertragen, 2009 nahm das Netzwerk den Betrieb auf.

Die Mechanik: Durchprobieren, Hash, Zielwert

Der Blockkopf enthält einen Verweis auf den vorherigen Block, eine Verdichtung der aufgenommenen Transaktionen, einen Zeitstempel und das technische Feld Nonce. All das wird durch eine kryptografische Hashfunktion geschickt – sie liefert ein Ergebnis fester Länge, das sich aus der Eingabe weder vorhersagen noch zurückrechnen lässt. Der Miner verändert die Nonce und berechnet den Hash neu, bis das Ergebnis unter dem vom Netzwerk vorgegebenen Zielwert liegt.

Der Kern liegt in der Asymmetrie. Einen passenden Hash findet man nur durch Durchprobieren, also durch das Verbrennen von Strom. Einen gefundenen zu prüfen, erfordert eine einzige Neuberechnung des Hashs, die für jeden Knoten sofort erledigt ist. Die Arbeit ist in der Herstellung teuer und in der Prüfung nahezu kostenlos; genau deshalb kann das Netzwerk offen sein und versinkt dennoch nicht im Datenmüll.

Schwierigkeit und Takt der Blockerzeugung

Der Zielwert ist nicht konstant. Nach einer vom Protokoll festgelegten Anzahl von Blöcken prüft das Netzwerk, in welcher Zeit sie gefunden wurden, und berechnet die Schwierigkeit so neu, dass der durchschnittliche Abstand zwischen den Blöcken gleich bleibt. Kommt mehr Hardware hinzu, wird die Aufgabe schwerer; zieht sich Rechenleistung zurück, wird sie leichter. Daraus folgt eine wichtige Erkenntnis für das Verständnis der Ökonomie: Wächst die Rechenleistung des Netzwerks insgesamt, beschleunigt das die Ausgabe neuer Coins nicht, es verschiebt lediglich die Anteile zwischen den Minern und erhöht die Kosten aller.

Warum das Umschreiben der Historie teuer ist

Um eine bereits bestätigte Aufzeichnung rückgängig zu machen, muss man eine alternative Kette aufbauen und die gesamte Arbeit für den zu annullierenden Abschnitt erneut leisten – und zwar schneller, als der Rest des Netzwerks die ehrliche Kette fortsetzt. Das erfordert die Kontrolle über den größeren Teil der gesamten Rechenleistung, und zwar während der gesamten Dauer des Angriffs. Der Schutz ist hier ökonomischer, nicht mathematischer Natur: Das Protokoll verbietet das Umschreiben nicht, es macht es im Vergleich zum ehrlichen Mining verlustreich. Daraus ergibt sich auch die praktische Regel: Der Wert einer Aufzeichnung wächst mit der Zahl der darauf aufgebauten Blöcke, nicht schon im Moment ihrer Aufnahme in einen Block.

Für diesen Schutz zahlt der Miner – mit Hardware, mit Strom und dessen Preis –, und er erhält dafür die Blockbelohnung und die Transaktionsgebühren. Die Blockbelohnung sinkt nach einem im Protokoll fest verankerten Zeitplan (das nennt man Halving), daher wächst mit der Zeit der Anteil der Gebühren an den Einnahmen des Miners, und die Widerstandsfähigkeit der Branche hängt vom Kurs und vom Energietarif ab.

Worin sich das von Proof of Stake unterscheidet

Beim Anteilsnachweis wird das Recht, einen Block zu signieren, unter denjenigen verteilt, die eigene Coins als Pfand gesperrt haben; bei Regelverstößen wird ein Teil des Pfands eingezogen. Externe Kosten werden durch interne ersetzt: kein verbrannter Strom, sondern das Risiko, Kapital innerhalb des Systems selbst zu verlieren. Ethereum ist im Jahr 2022 auf dieses Modell umgestiegen. Der Streit darüber, welche Garantie belastbarer ist, lässt sich nicht mit Arithmetik entscheiden: Bei Proof of Work sind die Kosten real und unwiederbringlich, erfordern aber einen ständigen Verbrauch; bei Proof of Stake ist der Verbrauch minimal, doch die Sicherheit stützt sich auf den Wert eben jenes Vermögenswerts, den das System selbst hervorbringt.

Was die Daten der Plattform zu diesem Thema bieten

Hier ist ein klarer Hinweis nötig: Kurse von Kryptowerten, Karten von Mining-Unternehmen und Kennzahlen zur Netzwerkschwierigkeit sind in der Datenbank von TradeAlmanac nicht enthalten. Deshalb nennt dieser Beitrag keine messbaren Werte zu Proof of Work – sie an Stelle einer Direktive zu erfinden, ist nicht zulässig. Die Plattform deckt den russischen Markt ab: Aktien, Staatsanleihen, Fonds, Finanzberichte der Emittenten und den Nachrichtenstrom. Die Definitionen der in diesem Text vorkommenden Begriffe finden Sie im Glossar.