Proof of Activity | Hybride Konsensalgorithmus

Ein gemeinsamer Konsens ist für jede Blockchain essentiell, doch wie dieser erreicht wird, kann sehr unterschiedlich ausfallen. Eine Variante des Konsensalgorithmus ist der Proof of Activity. Er wird häufig als hybrid zwischen Proof of Work und Proof of Stake bezeichnet.

decred-blockchain-proof-of-activity-620x332 Proof of Activity | Hybride Konsensalgorithmus
Decred – Proof of Activity @decred.org

Bitcoin und die Tragödie der Allgemeingüter

Um eine Hyperinflation zu vermeiden, sind Kryptowährungen wie Bitcoin in ihrer Stückzahl begrenzt. Kritiker stellen dabei jedoch die Frage, was passieren wird, wenn alle Coins einmal abgebaut sind. Die Miner würden dann keine neuen Coins mehr als Belohnung erhalten, sondern müssten sich ausschließlich mit den Transaktionsgebühren begnügen. Bedenkt man den enormen Ressourcenverbrauch, der mit zunehmender Difficulty noch erheblich steigen wird, werden die Miner nicht mehr viel daran verdienen können. Der Anreiz des Minens könnte sogar gänzlich verschwinden.

Als Folge könnten Sicherheitsprobleme auftreten, ausgelöst durch das Phänomen des Tragedy of the Commons, oder auch das Open-Access-Problem. Hierbei handelt es sich um einen von Soziologen und Ökonomen geprägten Begriff. Ein typisches und greifbares Beispiel ist die Überfischung der Ozeane oder der Raubbau. Stehen Güter der Allgemeinheit frei und ist deren Besitz nicht reglementiert, handelt das einzelne Individuum nur nach seinen eigenen Interessen unabhängig davon, ob er damit anderen Personen oder sogar dem gesamten System schaden könnte.

Diese und andere typische Probleme des Proof of Work, wie die 51 % Attacken, sollen mit dem Proof of Activity Algorithmus gelöst werden.

Das Konzept des Proof of Activity

Der Proof of Activity Algorithmus wurde 2014 in einem gemeinsamen Paper von vier Personen vorgestellt. Einer der Autoren war Charles Lee, der Gründer von Litecoin. Die Grundidee dabei ist es, den Proof of Work Algorithmus mit dem Proof of Stake zu ergänzen, um die Vorzüge beider miteinander zu kombinieren und mehr Sicherheit zu bieten.

Beim Proof of Activity beginnt der Abbau Prozess von Blöcken zunächst mit dem klassischen Proof of Work. Miner versuchen ein kryptografisches Puzzle zu lösen. Auch hier steigt die Wahrscheinlichkeit die richtige Lösung zu finden mit der besseren Ausrüstung. Sobald ein Miner die Aufgabe gelöst hat, wechselt das System jedoch zu einem Proof of Stake. Der neu gefundene Block enthält dabei je nach Implementierung keine Transaktionen, sondern nur eine Kopfzeile und die Adresse des Miners, der ihn gefunden hat.

Basierend auf diesen Informationen wird nun eine zufällige Gruppe von Validierern aus dem Blockchain-Netzwerk ausgewählt, die den neuen Block validieren müssen. Je mehr Coins ein Validierer besitzt, desto mehr Chancen hat er als Unterzeichner ausgewählt zu werden.

Die Validierer sind also vergleichbar mit den Stakeholdern. Sobald alle in der Gruppe den neu gefundenen Block signiert haben, erhält er den Status eines vollständigen Blocks, wird identifiziert und der Blockchain hinzugefügt, und Transaktionen werden darauf aufgezeichnet. Sollte jedoch einer der ausgewählten Unterzeichner nicht in der Lage sein den Block zu validieren, verfällt der Block. Der Prozess wird mit dem nächsten gefundenen Block und einer neuen Gruppe wieder aufgenommen.

Dieser Vorgang wird solange weitergeführt bis ein Block die erforderliche Anzahl von Unterzeichnern erhält. Die Belohnung wird anschließend unter den Minern und Unterzeichnern aufgeteilt.

Beispiele für Proof of Activity

Der Proof of Activity wird nicht sehr häufig angewendet. Zur Zeit sind nur zwei Kryptowährungen bekannt, die eine Variante benutzen:

  1. Decred
  2. Espers

Beide benutzen dabei jedoch eine Abwandlung, bei der die Validierung eines Blocks entweder nach dem Proof of Work oder nach dem Proof of Stake Konzept abgebaut wird. Es handelt sich dabei also um keinen echten Proof of Activity, wie oben beschrieben.

Hat der Proof of Activity eine Zukunft?

Wie bereits erwähnt nutzen bisher nur zwei Kryptowährungen diesen Konsensalgorithmus. Der Grund, weshalb er nicht so verbreitet ist, könnte daran liegen, dass die Umsetzung vergleichsweise aufwendig ist. Einige glauben, dass er eher eine Übergangslösung sein könnte, um langfristig zum Stake Model zu wechseln.

Denn letztlich kombiniert der Proof of Activity zwar die Vorteile von Proof of Work und Proof of Stake, doch gegen die Nachteile der beiden Systeme hat es nicht viel entgegenzusetzen. Auch dieser Algorithmus verbraucht in der Proof of Work Phase viel Rechenleistung und Energie und wie der Proof of Stake werden reiche Stakeholder bevorzugt und haben eine höhere Wahrscheinlichkeit als Validierer ausgewählt zu werden. Ein Vorteil ist jedoch, dass die Wahrscheinlichkeit eines 51% Angriffs auf diese Weise unmöglich wird. Doch das scheint nicht auszureichen, um den Proof of Activity beliebter zu machen.