Definition „Consensus Model“ Was ist ein Konsensmodell?

Die Integrität und Konsistenz von Blockchain-Implementierungen sind für deren Vertrauenswürdigkeit von entscheidender Bedeutung. Das sogenannte Konsensmodell soll diese Stärken garantieren. Allerdings kann das Modell viele Ausprägungen haben.

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Blockchain-Konzepte und -Impementierungen gibt es mittlerweile zuhauf, die bekanntesten Ausprägungen sind wohl Kryptowährungen und Dezentralized Apps.konzipiert. Viele der hier genannten Aspekte treffen auf die Blockchain („Blockkette“) allgemein zu, wir hangeln uns aber am Beispiel der Kryptowährung entlang.

Ein Block ist ein sicherer Datensatz, der nachträglich nicht mehr verändert werden kann. Er ist mit dem vorhergehenden und dem nachfolgenden Block verbunden. Der Block enthält alle zentralen Transaktionsdaten. Vereinfacht gesagt: Der Datensatz beweist, dass eine Zahlung ordnungsgemäß ausgeführt wurde. Es ist deshalb wichtig, dass ein Block korrekt ist.

Um dies sicherzustellen, kommt das Konsensmodell zum Einsatz. Der Block bzw. Datensatz ist danach praktisch ein öffentlich einsehbares Kassenbuch. Es muss die Zustimmung („den Konsens“) der Teilnehmer, der sogenannten Full Nodes, finden, um zugelassen zu werden. Dafür muss es sich an bestimmte Regeln halten.

Distributed Ledger Technology: Ist eine Transaktion gültig?

Die großen Kryptowährungen basieren auf der Distributed Ledger Technology (DLT). Jede geplante Transaktion wird demnach auf ihre Gültigkeit geprüft. Dabei wird festgestellt, ob die gesetzten Regeln eingehalten wurden.

Diese Regeln sind durch den Konsens der Teilnehmer entstanden. Werden die Vorschriften eingehalten, nicken die Nodes die Transaktion ab – der Datensatz darf hinzugefügt werden. Andernfalls wird er abgelehnt. Klassische Regeln sind:

• Die Anzahl der Coins, die pro Block ausgeschüttet werden können, ist begrenzt.

• Transaktionen müssen die richtigen Signaturen tragen.

• Blöcke sowie Transaktionen müssen das korrekte Datenformat besitzen.

• Double Spendings innerhalb eines Blocks sind ausgeschlossen – es gibt also maximal eine Ausschüttung pro Person pro Block.

Diese Regeln legen allerdings noch nicht fest, wer überhaupt einen Vorschlag für einen neuen Block machen darf. Auch hierfür kommt ein Konsensmodell zum Tragen. Grob unterscheiden lässt sich zwischen einem Arbeitsnachweis und dem (gewichteten) Zufallsprinzip.

Konsensmodell „Proof of Work“ (PoW)

Diese Variante ist auch als „Mining“ bekannt und insbesondere über die Kryptowährung Bitcoin sehr verbreitet. Ein Teilnehmer muss den Nachweis einer bestimmten Arbeit erbringen, um einen Block anhängen und so Coins an sich selbst ausschütten zu können.

Ursprünglich sollten Teilnehmer eigentlich nur für den Einsatz ihrer Hardware und ihrer elektrischen Energie entschädigt werden. Doch im Laufe der Zeit stellte sich heraus, dass sich dieses Verfahren dazu eignet, um echte Mehrwerte zu schaffen. Proof of Work ist das am weitesten verbreitete Konsensmodell und kommt beispielsweise auch im Ethereum Netzwerk zum Einsatz.

Konsensmodell „Proof of Stake“ (PoS)

Alle Anteilseigner haben nach diesem Konzept das Recht, einen neuen Block zu validieren. Wer es tatsächlich tun darf, wird zufällig bestimmt – allerdings mit Gewichtung. Wer einen höheren Anteil am Netzwerk (also mehr im Wallet) hat, besitzt größere Chancen. Ethereum soll künftig nach diesem Prinzip arbeiten.

Hybridlösung: „Proof of Activity“ (PoA)

Dieses Modell mischt die Regeln aus Proof of Work und Proof of Stake. Das Mining von Blöcken beginnt bei diesem Modell mit einem klassischen Proof of Work. Sobald eine Lösung gefunden wurde, wechselt das System jedoch auf Proof of Stake. Nun werden Teilnehmer gesucht, die den gefundenen Block validieren und signieren. Erst, wenn die ausgewählten Teilnehmer signiert haben, kann der Block vervollständigt und schließlich an die Blockchain angehängt werden. Proof of Activity ist in der Praxis ein eher selten genutztes Modell, da die Umsetzung aufwendig ist und das System auch die Nachteile von PoS und PoW enthält.

Konsensmodell „Proof of Elapsed Time“ (PoET)

Technisch wird diese Variante von Intels Blockchain-Produkt SawtoothLake bereitgestellt, das inzwischen in das Open-Source-Projekt HyperLedger integriert ist. Dieses Konsensmodell ist wohl das am einfachsten zu verstehende: In einer vertrauenswürdigen Laufzeitumgebung kommt es zur Lotterie. Für die Funktionen bestehen allerdings Wartezeiten. Erst nach Zeit X kann also beispielsweise ein neuer Block angehängt werden.

Weitere Konsensmodelle

Die Zahl der möglichen Konsensmodelle ist aber noch weit größer. Folgende Konzepte kommen ebenfalls zum Einsatz:

• Proof of Burn: Bestimmte Zahl von Coins wird vernichtet

• Proof of Capacity: Zur Verfügung gestellter Speicherplatz ist entscheidend

• Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT): Wissentliche Falschentscheidungen von Teilnehmern werden ausgeklammert

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