Der Algorithmus einer Blockchain über den die Einigung gefunden wird, welcher Block für die Mehrheit (52%) gültig ist und somit an die Blockchain gehängt wird.
Folgende Konsensverfahren gibt es bisher in der Kryptowelt.
- Proof of Work – Arbeitsnachweis
- Proof of Stake – Anteilsnachweis
- Proof of Importance – Wichtigkeitsnachweis
- Byzantine fault tolerance – Problem der Byzantinischen Generäle
Proof of Work – Arbeitsnachweis
Im Rahmen von Proof of Work (PoW) gesteht der Algorithmus Teilnehmern, die eine komplizierte kryptografische Aufgabe lösen und damit Transaktionen validieren und somit neue Blöcke auf der Blockchain generieren, eine Belohnung zu. Dieser Prozess wird auch Mining genannt.
Laien können sich das so vorstellen: Wenn jemand eine Matheaufgabe richtig löst, hat er in den Regel den Rechenweg verstanden und damit bewiesen, wie ein Prinzip funktioniert (Proof of Work).
Kryptowährungen, die auf dem Proof of Work (PoW) Protokoll basieren, sind zum Beispiel der Bitcoin (Algorithmus: SHA-256), Ethereum (Algorithmus: Ethash), der Litecoin (Algorithmus: Script) und der Monero (Algorithmus: CryptoNight).
Allerdings hat der Proof of Work (PoW) Algorithmus einige Nachteile. So erfordert das Lösen der komplizierten Rechenaufgaben sehr viel Zeit und Elektrizität und ist damit verhältnismäßig kostenintensiv. Aus diesem Grund setzen andere Kryptowährungen auf das Proof of Stake (PoS) Konzept.
Proof of Stake – Anteilsnachweis
Beim Proof of Stake (PoS) Algorithmus wird die Digital-Währung nicht durch das Lösen komplizierter Rechenaufgaben geschürft, sondern dadurch, dass Anteile an einer Digital-Währung in einer Wallet vorgehalten und entsperrt werden (Staking).
Mit seinem Anteil an der Digital-Währung validiert der Besitzer der Kryptowährung quasi Transaktionen auf der Blockchain und trägt damit zur Sicherheit des Netzwerks bei. Dafür erhält der Anleger im Gegenzug eine Art Zinsen, die sich je nach Kryptowährung unterscheiden und sich meist zwischen 2 und 10 % pro Jahr bewegen. Dies bedeutet: Wenn ein Anleger beispielsweise 2 % einer bestimmten Digital-Währung hält, kann dieser 2% aller Transaktionen validieren. Kryptowährungen, die auf das Proof of Stake (PoS) Protokoll setzen, sind zum Beispiel Stratis, Diamond, BlackCoin, PivX und Reddcoin.
Proof of Importance – Wichtigkeitsnachweis
Der Beweis für die Wichtigkeit ist ein Blockchain-Konsensus-Algorithmus, der erstmals von NEM eingeführt wurde. Wichtigkeitsnachweis ist der Mechanismus, der verwendet wird, um zu bestimmen, welche Netzwerkteilnehmer (Knoten) der Blockchain einen Block hinzufügen können. Dieser Vorgang wird von NEM als „Sammeln“ bezeichnet. Im Gegenzug für das Sammeln eines Blocks können Knoten die Transaktionsgebühren innerhalb dieses Blocks erheben. Konten mit einer höheren Wichtigkeit haben eine höhere Wahrscheinlichkeit, einen Block zu ernten. Um sogar für die Wichtigkeitsberechnung in Frage zu kommen, schreibt das NEM-Protokoll vor, dass ein Konto mindestens 10.000 Freizügigkeits-XEMs besitzt, um für die Ernte in Frage zu kommen.
Der Wichtigkeitsnachweis kann als neuartiger Konsensalgorithmus betrachtet werden, da er im Gegensatz zu bestehenden Konsensmechanismen wie dem Nachweis des Einsatzes versucht, die allgemeine Unterstützung des Netzwerks zu berücksichtigen. Zum Beispiel kann mit dem Nachweis des Einsatzes argumentiert werden, dass es Münzhorter belohnt. Beim Proof-of-Stake-Modell sind Knoten darauf beschränkt, einen Prozentsatz der Transaktionen zu „Mining“, der ihren Anteil an einer Kryptowährung widerspiegelt. Ein Nachweis eines Pfahlminers, der 10% einer Kryptowährung besitzt, könnte beispielsweise 10% der Blöcke im Netzwerk abbauen. Die Einschränkung bei diesem Konsensmodell besteht darin, dass Knoten im Netzwerk dazu angeregt werden, ihre Münzen zu speichern, anstatt sie auszugeben. Es ergibt sich auch ein Szenario, in dem die Reichen reicher werden, da große Münzhalter einen größeren Prozentsatz von Blöcken im Netzwerk abbauen können.
Wichtigkeitsbeweis versucht, die Probleme zu überwinden, die im Modell des Nachweises des Einsatzes zu finden sind, indem die allgemeine Unterstützung eines Kontos für das Netzwerk ermittelt wird. NEM tut dies, indem es drei Faktoren berücksichtigt: Ausübungszeit, Transaktionspartner sowie Anzahl und Umfang der Transaktionen in den letzten 30 Tagen.
Byzantine fault tolerance – Problem der Byzantinische Generäle
Die Generäle der osmanischen Armee standen bei der Belagerung Konstantinopels (vormals Byzanz) 1453 vor dem Problem, sich ohne schnelle und zuverlässige Kommunikation über eine gemeinsame Strategie (Angriff oder Rückzug) bei der Belagerung der schwer befestigten Stadt einigen zu müssen. Hinzu gesellte sich die Schwierigkeit, dass eine unbekannte Zahl von Generälen verräterische Absichten hegen mochten. Übertragen auf technische Systeme wie Computernetzwerke bedeutet dies, dass für die teilnehmenden Knotenpunkte nicht erkennbar sein muss, ob sich andere Teilnehmer ehrlich verhalten oder überhaupt korrekt funktionieren. Solange derartige Fehler vereinzelt auftreten und dabei einem überwiegenden Gesamtkonsens gegenüberstehen, können sie ausgeglichen werden, aber sobald sich die Fehler zu einem entsprechend großen Gegengewicht addieren, kann es zu katastrophalen Gesamtausfällen des Systems kommen.
Seit den Achtzigerjahren wurden verschiedene Lösungen entwickelt, um für derartige Systeme byzantinische Fehlertoleranz (Byzantine fault tolerance), also eine mehr oder minder große Stabilität gegenüber solchen byzantinischen Fehlern, zu gewährleisten. Diese Strategien beruhten zumeist entweder auf einer zentralen Instanz, die die Kommunikation überwacht, der Annahme, dass Fehler vereinzelt auftreten und so unterhalb einer gewissen kritischen Schwelle bleiben, oder kryptografischen Lösungen wie einer Blockchain.
