Das “Proof-of-Stake”-Protokoll von Cardano soll eine beispiellose Dezentralisierung herbeiführen, aber die Mechanismen, die es vorantreiben, sind für viele noch immer ein Rätsel.
Der leitende Wissenschaftler von Cardano, Professor Aggelos Kiayias, tauchte tief in die Thematik rundum den Ouroboros ein und erläuterte die Prinzipien, auf denen das ehrgeizige Protokoll beruht. Damit wird dieser Artikel etwas anspruchsvoller, aber es lohnt sich dran zu bleiben, um zu verstehen, warum Cardano mit Ouroboros ein wahrer “Game Changer” sein könnte.
Das Problem des Aufbaus dezentralisierter Systeme
Persistenz und Lebendigkeit – das sind laut Professor Aggelos Kiayias, dem Chefwissenschaftler von Cardano, die Markenzeichen erfolgreicher verteilter Ledger-Systeme. Es scheint jedoch, dass Systeme, die auf den einfachsten Prämissen basieren, am schwierigsten zu liefern sind.
Kiayias tauchte tief in die Probleme ein, mit denen dezentrale Systeme konfrontiert sind und gab einen detaillierten Einblick, wie das Ouroboros von Cardano diese Probleme lösen konnte.
Die Persistenz und Lebendigkeit, die er erwähnte, sind ein Versprechen einer einheitlichen Sichtweise gegenüber allen Beteiligten eines Systems und eine Garantie für die Reaktionsfähigkeit auf den kontinuierlichen Fluss der Ereignisse, die sich aus ihren Handlungen ergeben. Dies ist in einem zentralisierten System recht einfach und leicht zu erreichen, gibt dem System jedoch einen einzigen “Point of Failure” und macht es anfällig für Angriffe.
Die Entwicklung eines robusten dezentralisierten Systems ist eine viel komplexere Aufgabe. Es erfordert die Entwicklung von Modellen, die alle verschiedenen Bedrohungen, denen das System ausgesetzt sein könnte, systematisch erfassen können. Gleichzeitig muss bewiesen werden, dass sowohl die Persistenz als auch die Lebendigkeit des Systems zu jeder Zeit gewährleistet sind.
Daher wird ein gut konzipiertes dezentralisiertes System auch dann weiter funktionieren, wenn einige der daran beteiligten Parteien von einem ordnungsgemäßen Betrieb abweichen. Das System sollte so konzipiert sein, dass es auch mit noch so großen Abweichungen in seiner Funktionsweise umgehen kann, ohne zu großen Schaden zu nehmen.
Ein zuverlässiges dezentralisiertes System sollte formale Garantien gegen verschiedene Arten von Versagens- und Angriffsmodellen kombinieren, wobei die größte und wichtigste Klasse von Versagen die byzantinischen Modelle sind.
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Byzantinische Modelle garantieren, dass die Persistenz und Lebendigkeit des Systems auch dann erhalten bleiben, wenn ein großer Teil der Teilnehmer des Netzwerks willkürlich von den Regeln des Netzwerks abweicht.
Die zweite, aber ebenso wichtige Klasse sind die Modelle der Rationalität, die davon ausgehen, dass alle Teilnehmer des Netzwerks rationale Nutzenmaximierer sind, weshalb die Eigenschaften des Systems aus ihrem Streben nach Eigeninteresse entstehen sollten.
Cardano soll mit Ouroboros einzigartig werden
Kiayias zufolge ist das, was Ouroboros als Protokoll einzigartig macht, die Tatsache, dass es verschiedene Designelemente kombiniert, die sowohl byzantinische als auch rationale Verhaltensweisen, wie oben beschrieben, berücksichtigen.
Ouroboros nutzt nämlich den Stake als primäre Ressource, um die Hebelwirkung zu identifizieren, welche die Teilnehmer im System haben. Abgesehen davon, dass es resistent gegen Angriffe ist, die den Proof-of-Work-Protokollen eigen sind, wie z.B. der 51-Prozent-Angriff, macht das Staking von ADA-Token Ouroboros umweltfreundlicher, da es nur minimale physische Ressourcen zur Ausführung benötigt.
Ouroboros garantiert auch die dynamische Verfügbarkeit eines Proof-of-Work-Systems, wie es laut Kiayias sonst niemals möglich gewesen wäre. Er erklärte, das Protokoll funktioniere auch dann weiter, wenn sich eine willkürlich große Zahl von Teilnehmern entscheidet, das Ledger nicht zu staken und aufrecht zu erhalten. In seinem Blog-Beitrag schrieb er:
Von den Teilnehmern, die aktiv sind, müssen kaum mehr als die Hälfte das Protokoll befolgen – der Rest kann willkürlich abweichen.
Tatsächlich könnte Ouroboros sogar Peaks über der 50-Prozent-Schwelle tolerieren, solange sie nicht zu lange andauern. Dank dieser Flexibilität ist Ouroboros widerstandsfähiger und anpassungsfähiger als die klassischen byzantinischen Fehlertoleranzprotokolle und ihre Modellanpassungen. Diese Protokolle müssen eine relativ sichere Vorhersage der Beteiligung haben, die sie vom Netzwerk erwarten, damit sie funktionieren. Jede Abweichung könnte ansonsten leicht dazu führen, dass sie den Betrieb einstellen.
Eine weitere Sache, die Ouroboros von anderen PoS-Protokollen unterscheidet, ist seine Vertrauenswürdigkeit. Kiayias erklärte, dass der Prozess des Beitritts und der Teilnahme am Protokoll nicht die Verfügbarkeit einer speziellen gemeinsamen Ressource wie etwa eines Kontrollpunktes voraussetzt. Wenn die Teilnahme am Protokoll nichts weiter als den öffentlichen Entstehungsblock der Chain und den Zugang zum Netzwerk erfordert, eliminiert es den Point of Failure, der eine vertrauenswürdige gemeinsame Ressource ist.
Aber egal wie fortschrittlich diese Funktionen auch sind, es braucht mehr als ein gut konzipiertes Netzwerk, um Benutzer anzuziehen. Dies ist etwas, auf was die IOHK viel Zeit und Mühe verwendet hat, als es Shelley, Cardanos Proof-of-Stake-Ära, entwarf. Da die Entwickler von Cardano wussten, dass eine gut geölte Maschine im Wesentlichen wertlos ist, wenn niemand sie fährt, führten sie einen ziemlich fortschrittlichen Belohnungsmechanismus ein.
Während Auszahlungen für diejenigen, die ihre Token im Netzwerk staken, nichts Neues sind, enthält Ouroboros einen Belohnungsmechanismus, der den Netzwerkteilnehmern einen Anreiz bietet, sich in operativen Nodes zu organisieren. Diese Nodes, die den meisten als “Staking Pools” bekannt sind, bieten laut Kiayias eine Servicequalität, die unabhängig davon ist, wie das Staking von ADA unter der Nutzerpopulation verteilt wird.
Auf diese Weise tragen alle Beteiligten zum Betrieb des Systems bei – und gewährleisten so Robustheit und demokratische Repräsentation – während die Kosten für die Pflege des Ledger effizient auf die Nutzerpopulation verteilt werden.
Die Förderung der Gründung von Organisationen kann jedoch versehentlich zu einer Zentralisierung führen. Dies wurde bei der Konzeption von Ouroboros nicht übersehen. Hier wurde direkt eine ganze Palette von Gegenmaßnahmen implementiert, welche die Unternehmungen zur Zentralisierung de-incentivieren sollen. Mit einer strikten Kontrolle über die Staking-Pools verhindert das Protokoll eine Situation, in der nur eine Handvoll von Akteuren für die Aufrechterhaltung der Blockchain verantwortlich wäre.
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Cardano hat mit Ouroboros mehr zu bieten, als man glaubt
Während die Entwicklungen innerhalb von Cardano in letzter Zeit blitzschnell zu verlaufen scheinen, begannen die Arbeiten an dem Protokoll in Wirklichkeit bereits 2015, als die Blockchain erstmals angekündigt wurde. Wenn man an der Oberfläche kratzt, wird eine schier unglaubliche Menge an Forschungsergebnissen über Ouroboros sichtbar, die Kiayias in seinem Beitrag stolz beschrieb.
Er merkte an, dass die Designelemente von Ouroboros für den durchschnittlichen Protokollanwender niemals selbstverständlich sein sollten. Stattdessen würden sie in von Fachkollegen begutachteten Papers geliefert, denen eine sorgfältige Dokumentation beigefügt sei. Alle auf Cardano veröffentlichten Papers, von denen es bisher mehr als 50 gibt, sind sowohl in Konferenzen als auch in Publikationen auf dem Gebiet der Kryptographie und Cybersicherheit erschienen.
Jedes dieser Papers geht explizit auf die spezifischen Arten von Modellen ein, die zur Analyse des Protokolls verwendet wurden und legt die daraus abgeleiteten Ergebnisse konkret dar.
Der Aufbau einer inklusiven, fairen und belastbaren Infrastruktur für finanzielle und soziale Anwendungen auf globaler Ebene ist die große Herausforderung der Informationstechnologie von heute.
Aus diesem Grund gilt Ouroboros in der Branche als ein spielveränderndes Protokoll, das nicht nur einzigartige Eigenschaften aufweist, die durch seinen Open-Source-Code für alle zugänglich sind, sondern auch eine Entwurfsmethodik präsentiert, die erste Prinzipien, Modellierung und Analyse hervorhebt.
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