Proof of Work
Proof of Work – warum ist es schwer zu finden, aber leicht zu prüfen?
Wenn viele Menschen versuchen dürfen, den nächsten Block zu erzeugen, braucht das Netzwerk einen Weg zu bestimmen, wer wirklich Erfolg hatte – ohne dass ein Verwalter Züge zuteilt.
Bitcoin und Kaspa nutzen eine Methode namens Proof of Work.
Der zentrale Gedanke ist einfach:
Ein Ergebnis zu finden, das die Vorgabe des Netzwerks erfüllt, ist schwer – aber sobald jemand eines findet, ist das Prüfen leicht.
Miner versuchen es immer wieder
Ein Miner bereitet einen Block vor, den er vorschlagen möchte.
Dann führt er eine Berechnung über die Information des Blocks aus.
Diese Berechnung erzeugt ein numerisches Ergebnis.
Wenn das Ergebnis die Vorgabe nicht erfüllt, ändert der Miner ein kleines Stück Information und versucht es erneut.
Und noch einmal.
Und noch einmal.
Eine riesige Zahl von Versuchen kann nötig sein, bevor einer funktioniert.
Ein Miner kann nicht im Voraus wissen, welcher Versuch gelingt
Der Miner kann nicht vorhersagen:
„Wenn ich diesen Wert ändere, funktioniert der nächste Versuch bestimmt.“
Jeder Versuch erzeugt ein Ergebnis, das im Voraus schwer vorherzusagen ist.
Die praktische Methode ist also einfach, es viele Male zu versuchen.
Das Ergebnis dieser Berechnung nennt man einen Hash.
Ein einfaches mentales Modell ist:
Information geht hinein → ein numerisches Ergebnis kommt heraus
Eine kleine Änderung an der Eingabe erzeugt meist ein sehr anderes Ergebnis.
Wann zählt ein Versuch als Erfolg?
Jeder Versuch erzeugt einen Hash – eine Zahl, die vorher schwer vorherzusagen ist.
Protokollregeln definieren eine Zahl namens Target.
Damit der Versuch gelingt, muss der Hash niedriger sein als das Target.
Das ist nicht nur ein Vergleich. Es ist die echte zugrunde liegende Idee.
Ein winziges Beispiel:
Stell dir mögliche Ergebnisse von 0 bis 99 vor.
Wenn die Regel sagt:
„Alles unter 10 gelingt“
dann funktionieren 0 bis 9 – ungefähr ein Ergebnis von zehn.
Wenn die Regel sich ändert zu:
„Nur Ergebnisse unter 2 gelingen“
dann funktionieren nur 0 oder 1, der Erfolg wird also viel schwerer zu finden.
In Wirklichkeit ist der Zahlenbereich riesig, aber die Idee ist dieselbe:
Ein niedrigeres Target heißt weniger annehmbare Ergebnisse, im Schnitt sind also mehr Versuche nötig.
Schwer zu finden, leicht zu prüfen
Das ist der wichtige Teil von Proof of Work.
Ein Miner kann Millionen oder Milliarden Versuche gemacht haben, bevor er ein gültiges Ergebnis findet.
Wenn der Miner den Block veröffentlicht, muss ein anderer Computer nicht all diese gescheiterten Versuche wiederholen.
Er führt die geforderte Prüfung aus und fragt:
Erfüllt dieses Ergebnis die Vorgabe wirklich?
Wenn ja, ist das Proof of Work gültig.
Wenn nein, wird der Block abgelehnt.
Mehr Rechenleistung heißt mehr Versuche
Ein Miner, der jede Sekunde mehr Berechnungen ausführen kann, bekommt mehr Versuche.
Das gibt ihm eine höhere Chance, ein gültiges Ergebnis zu finden.
Aber auch ein sehr großer Miner bekommt keinen reservierten Zug.
Ein kleiner Miner kann trotzdem das nächste Ergebnis finden.
Er hat einfach weniger Versuche im Vergleich zur Gesamtzahl der Versuche im Netzwerk.
Die Zahl der Mining-Versuche, die pro Sekunde gemacht werden können, nennt man Hashrate.
Wer setzt die Difficulty?
Keine Person setzt sich hin und wählt das nächste Target von Hand.
Die Protokollregeln definieren schon, wie er berechnet wird.
Computer schauen, wie schnell Blöcke zuletzt erzeugt wurden, und nutzen dieselben Regeln, um die geforderte Difficulty zu berechnen.
Wenn Blöcke im Vergleich zur Zielrate zu schnell ankommen, wird es schwerer, ein gültiges Ergebnis zu finden.
Wenn Blöcke zu langsam ankommen, wird es leichter.
Dieses Schwierigkeitsniveau nennt man Difficulty.
Bitcoin und Kaspa passen sie auf verschiedene Weise und nach verschiedenen Zeitplänen an, aber die Idee ist dieselbe:
Das Protokoll passt die Difficulty an die Rechenleistung im Netzwerk an, damit die beabsichtigte Blockrate gehalten werden kann.
Wenn ein Miner ein leichteres Target nutzen will, als das Protokoll erlaubt, können Nodes den Block erkennen und ablehnen.
Warum überhaupt Proof of Work nutzen?
Wenn jeder Computer einfach sagen könnte:
„Ich möchte den nächsten Block erzeugen“
gäbe es keinen einfachen Weg zu entscheiden, wessen Anspruch zählen soll.
Computer oder Identitäten zu zählen löst das Problem auch nicht.
Eine Person kann tausende Online-Identitäten erzeugen und so tun, als wäre sie tausende unabhängige Teilnehmer.
Proof of Work bindet den Einfluss auf das Finden von Blöcken an etwas, das schwerer umsonst zu erzeugen ist:
Echte Berechnung.
Um die Chance zu erhöhen, Blöcke zu finden, muss ein Miner mehr Versuche ausführen, und das verlangt Hardware und Strom.
Bitcoin und Kaspa teilen Einfluss also nicht danach zu, wie viele Namen oder Konten jemand erzeugen kann.
Einfluss auf das Finden von Blöcken ist mit echter Rechenarbeit verbunden.
Proof of Work gibt einem Miner nicht die Erlaubnis, die Regeln zu ändern
Stell dir vor, ein sehr starker Miner findet einen Block.
Darin versucht der Miner, eine Transaktion aufzunehmen, die das Geld von jemand anderem ohne Erlaubnis ausgibt.
Das Proof of Work des Blocks kann vollkommen gültig sein.
Die Transaktion ist trotzdem ungültig.
Nodes prüfen auch die Transaktionsregeln.
Wenn der Block diese Regeln bricht, lehnen die Nodes ihn ab.
Also:
Proof of Work gibt einem Miner eine Chance, einen Block vorzuschlagen.
Es gibt dem Miner nicht die Erlaubnis, die Regeln des Netzwerks umzuschreiben.
Angesammelte Arbeit macht Historie auch schwerer zu ersetzen
Jeder Block verlangt neue Arbeit.
Je mehr Blöcke auf einer bestimmten Historie aufbauen, desto mehr Arbeit sammelt sich dahinter an.
Jemand, der eine alternative Historie erzeugen will, kann nicht einfach einen alten Block bearbeiten.
Diese Person muss genug neue Arbeit leisten, damit die alternative Historie mit der konkurrieren kann, der das Netzwerk schon folgt.
Je mehr Arbeit sich ansammelt, desto schwerer und teurer wird das im Allgemeinen.
Was solltest du von dieser Seite mitnehmen?
Proof of Work ist ein Wettbewerb aus wiederholten Rechenversuchen.
Ein gültiges Ergebnis ist schwer zu finden.
Ein Ergebnis, das schon gefunden wurde, ist leicht zu prüfen.
Mehr Rechenleistung heißt mehr Versuche und deshalb eine höhere Erfolgschance.
Aber auch nachdem ein Miner Erfolg hat, prüfen Nodes weiterhin, dass der Block den Regeln folgt.
Und angesammelte Arbeit hilft, angenommene Historie immer schwerer ersetzbar zu machen.