Pure Proof of Stake (PPoS) Börsenlexikon Vorheriger Begriff: Proof-of-Staked-Authority (PoSA) Nächster Begriff: Power of Siberia 2

Pure Proof of Stake (PPoS) ist ein spezieller Konsensmechanismus, der von der Algorand-Blockchain eingeführt wurde. Er stellt eine Weiterentwicklung klassischer Proof-of-Stake-Modelle dar und kombiniert die Vorteile von Dezentralisierung, Sicherheit und Skalierbarkeit auf neuartige Weise. Im Gegensatz zu traditionellen PoS-Ansätzen, bei denen oft nur eine begrenzte Zahl von Validatoren am Konsens teilnimmt, basiert PPoS auf einem zufälligen, kryptografisch gesicherten Auswahlverfahren, das theoretisch jedem Token-Inhaber die Teilnahme am Konsensprozess ermöglicht.

Grundprinzipien von Pure Proof of Stake

PPoS wurde vom Turing-Preisträger Silvio Micali entwickelt und verfolgt eine klare Zielsetzung:

1. Maximale Dezentralisierung durch offene Teilnahmemöglichkeit aller Token-Inhaber

2. Hohe Sicherheit gegen Angriffe durch zufallsbasierte, nicht vorhersehbare Auswahlmechanismen

3. Schnelle und kostengünstige Transaktionsverarbeitung durch effiziente Abstimmungsverfahren

Diese drei Eigenschaften machen PPoS zu einem besonders interessanten Modell für öffentliche, hochskalierbare Blockchain-Netzwerke mit wirtschaftlich tragfähigem Betrieb.

Zufallsbasierte Auswahl durch Verifiable Random Function (VRF)

Das zentrale Element im PPoS-Konsens ist die Verifiable Random Function (VRF). Sie wird eingesetzt, um in jeder Konsensrunde kryptografisch und nicht vorhersehbar festzulegen:

• Wer einen Block vorschlagen darf,

• wer an der Abstimmung über diesen Block teilnimmt.

Dabei wird jede Auswahl lokal durchgeführt – jeder Knoten prüft für sich selbst, ob er ausgewählt wurde, ohne dass andere dies im Voraus wissen. Diese Technik nennt sich auch „cryptographic sortition“. Der große Vorteil liegt darin, dass:

• potenzielle Angreifer nicht wissen, wen sie angreifen müssten,

• keine zentrale Koordination nötig ist,

• die Wahl völlig zufällig und fair erfolgt.

Die Wahrscheinlichkeit, ausgewählt zu werden, hängt von der Menge an ALGO-Token, die ein Nutzer besitzt und im Netzwerk aktiviert hat. Es gilt: Je mehr Token aktiviert sind, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, Teil der jeweiligen Konsensrunde zu werden.

Ablauf einer Konsensrunde

Der Konsensprozess in PPoS besteht typischerweise aus zwei Hauptphasen:

1. Blockvorschlag (Proposal Phase)
   Ein Teilnehmer, der durch die VRF ausgewählt wurde, schlägt einen neuen Block vor. Dieser Block enthält Transaktionen und Metadaten der Runde.

2. Abstimmung (Voting Phase)
   Weitere Teilnehmer, ebenfalls per VRF ausgewählt, validieren den vorgeschlagenen Block. Bei ausreichender Zustimmung (über zwei Drittel des gewogenen Stake-Anteils) wird der Block als gültig akzeptiert und zur Blockchain hinzugefügt.

Der gesamte Prozess ist so effizient, dass die Algorand-Blockchain Blockzeiten von ca. 3,5 Sekunden mit finaler Bestätigung ohne Fork-Risiko erreicht.

Sicherheitseigenschaften

PPoS weist gegenüber anderen Konsensmechanismen mehrere sicherheitstechnische Vorteile auf:

• Byzantine Fault Tolerance (BFT): Solange weniger als ein Drittel der gewogenen Teilnehmer böswillig sind, bleibt das System sicher.

• Fork-Resistenz: Durch die VRF-Auswahl und sofortige Finalität entstehen keine parallelen Blockketten.

• Unvorhersehbarkeit: Die zufällige Auswahl von Teilnehmern macht gezielte Angriffe praktisch unmöglich.

• Verteilte Entscheidungsgewalt: Es existiert keine zentrale Koordinationsstelle oder privilegierte Rolle.

Da die Teilnehmer der Konsensrunden nicht im Voraus bekannt sind, kann das System auch gegen adaptive Angriffe (z. B. Netzwerklatenz-Manipulation) besser geschützt werden.

Unterschiede zu klassischem Proof of Stake

Im Vergleich zu klassischen Proof-of-Stake-Mechanismen bietet PPoS folgende Unterscheidungsmerkmale:

Anforderungen und Teilnahmemöglichkeiten

Um am PPoS-System von Algorand teilzunehmen, müssen Token-Inhaber ihre ALGO-Token als „Online“ markieren, also aktivieren. Diese Online-Konten können dann potenziell zur Blockerstellung oder zur Abstimmung über Blöcke herangezogen werden. Dabei ist zu beachten:

• Es gibt keine Mindestanzahl von Tokens, um ausgewählt zu werden.

• Die Auswahlwahrscheinlichkeit steigt mit dem Anteil am Gesamtstake.

• Es entstehen keine Staking-Sperrfristen oder Slashing-Risiken wie in anderen PoS-Systemen.

Diese offenen Teilnahmebedingungen fördern ein inklusives, niedrigschwelliges System mit potenziell tausenden dezentralen Konsensteilnehmern.

Anwendung: Algorand-Blockchain

PPoS ist bislang exklusiv auf der Algorand-Blockchain im Einsatz. Diese Blockchain wurde 2019 eingeführt und zielt auf Anwendungen mit hohen Anforderungen an Geschwindigkeit, Sicherheit und regulatorische Konformität ab, z. B.:

• Zahlungsverkehr und Micropayments

• Digitale Zentralbankwährungen (CBDCs)

• Tokenisierung von Vermögenswerten

• Dezentrale Finanzsysteme (DeFi)

Durch den Einsatz von PPoS kann Algorand bei hoher Transaktionslast stabile Blockzeiten mit niedrigen Gebühren bieten, ohne Abstriche bei der Dezentralisierung oder Sicherheit machen zu müssen.

Fazit

Pure Proof of Stake (PPoS) ist ein innovativer Konsensmechanismus, der die Nachteile klassischer PoS- und PoW-Systeme gezielt überwindet. Durch den Einsatz von kryptografisch gesicherter Zufallsauswahl per VRF ermöglicht PPoS eine besonders hohe Dezentralisierung, ohne dabei Geschwindigkeit oder Sicherheit zu opfern. Der Mechanismus bietet eine robuste, energieeffiziente Grundlage für moderne Blockchain-Anwendungen und zeigt, dass Dezentralität und Skalierbarkeit sich nicht gegenseitig ausschließen müssen. Als zentraler Bestandteil der Algorand-Blockchain stellt PPoS ein zukunftsweisendes Modell dar, das auch für andere Netzwerke als Vorbild dienen kann.