Was ist ein Blockvorschlag und wer ist in einem PoS-Netzwerk dafür verantwortlich?

Blockvorschläge in Proof-of-Stake-Netzwerken verstehen

1. Ein Blockvorschlag bezieht sich auf den Prozess der Erstellung und Übermittlung eines neuen Blocks, der der Blockchain hinzugefügt werden soll. In einem Proof-of-Stake (PoS)-System konkurrieren die Miner nicht um ihre Rechenleistung, sondern Validatoren werden ausgewählt, um Blöcke basierend auf ihrem Einsatz vorzuschlagen – der Menge an Kryptowährung, die sie halten und als Sicherheit sperren.

2. Die Auswahl eines Validators, der einen Block vorschlägt, wird typischerweise durch einen Algorithmus bestimmt, der sowohl die Größe des Einsatzes als auch zusätzliche Faktoren wie Zufälligkeit oder Einsatzdauer berücksichtigt. Dieser Mechanismus sorgt für Fairness und verringert das Risiko einer Zentralisierung im Vergleich zu energieintensiven Mining-Methoden.

3. Nach der Auswahl sammelt der Validator ausstehende Transaktionen aus dem Mempool, überprüft sie auf Gültigkeit und kompiliert sie in einem Kandidatenblock. Dieser Schritt umfasst die Überprüfung digitaler Signaturen, die Sicherstellung ausreichender Mittel und die Bestätigung der Einhaltung von Netzwerkregeln.

4. Nach der Erstellung des Blocks sendet der Antragsteller ihn zur Validierung durch andere teilnehmende Knoten an das Netzwerk. Der vorgeschlagene Block muss dann eine Konsensphase durchlaufen, in der andere Validatoren seine Richtigkeit bestätigen, bevor er finalisiert und an die Kette angehängt wird.

5. Wenn ein Validator versucht, einen ungültigen Block vorzuschlagen oder böswillig handelt, beispielsweise widersprüchliche Blöcke vorschlägt, riskiert er den Verlust eines Teils oder aller seiner eingesetzten Vermögenswerte durch einen Strafmechanismus, der als „Slashing“ bekannt ist. Dieser wirtschaftliche Negativanreiz stärkt ehrliches Verhalten innerhalb des Netzwerks.

Rollen und Verantwortlichkeiten von Validatoren in Blockvorschlägen

1. Validatoren fungieren als zentrale Teilnehmer, die für die Aufrechterhaltung der Netzwerkintegrität in PoS-Systemen verantwortlich sind. Zu ihren Hauptaufgaben gehört es, neue Blöcke vorzuschlagen, erhaltene Blöcke zu bestätigen und an Finalitätsmechanismen wie der Checkpoint-Abstimmung teilzunehmen.

2. Um Anspruch auf Blockvorschlagspflichten zu haben, muss ein Validator einen erforderlichen Mindestbetrag an Kryptowährung in einen dedizierten Smart-Vertrag einzahlen. Beispielsweise benötigt Ethereum 32 ETH, um die vollständigen Validator-Berechtigungen zu aktivieren.

3. Jeder Validator betreibt eine spezielle Software, die sich mit der Blockchain synchronisiert und auf Auswahlsignale von der Konsensschicht wartet. Bei Auswahl startet diese Software automatisch den Blockkonstruktions- und Broadcasting-Prozess.

4. Von Validatoren wird erwartet, dass sie Verbindungen mit hoher Verfügbarkeit und geringer Latenz aufrechterhalten, um zeitnahe Blockvorschläge sicherzustellen. Die Nichterfüllung dieser Pflichten kann zu geringeren Belohnungen oder einer vorübergehenden Sperre von künftigen Auswahlrunden führen.

5. Zusätzlich zur technischen Zuverlässigkeit müssen Validatoren Protokollaktualisierungen und Governance-Entscheidungen einhalten. Sie führen häufig aktualisierte Client-Versionen aus und beteiligen sich an Community-Diskussionen, die sich auf die Netzwerkentwicklung auswirken.

Der technische Workflow des Blockvorschlags

1. Der Konsensalgorithmus wählt zufällig einen Validator für jedes für die Blockerstellung vorgesehene Zeitfenster aus. Diese Auswahl ist kryptografisch sicher und unvorhersehbar und verhindert Manipulationen.

2. Nach seiner Auswahl ruft der Validator den letzten endgültigen Status ab und beginnt mit der Zusammenstellung von Transaktionen gemäß Prioritätsregeln, normalerweise basierend auf Transaktionsgebühren und Gaslimits.

3. Der Validator erstellt den Blockheader, der Verweise auf den vorherigen Block, Zeitstempel, Transaktionsstamm und andere Metadaten enthält, die für die Kettenkontinuität wichtig sind.

4. Vor der Übertragung signiert der Validator den Block mit seinem privaten Schlüssel, um Urheberschaft und Authentizität nachzuweisen. Mit dieser Signatur können andere Knoten überprüfen, ob der Vorschlag von einem legitimen, autorisierten Teilnehmer stammt.

5. Der signierte Block wird über das Peer-to-Peer-Netzwerk übertragen, wo Relays ihn an andere Knoten weitergeben. Andere Validatoren beginnen dann mit dem Attestierungsprozess, bestätigen die Gültigkeit des Blocks und tragen zur Endgültigkeit des Konsenses bei.

Häufig gestellte Fragen

Was passiert, wenn ein ausgewählter Validator während seines Angebotsfensters offline geht? Wenn ein Validator ausgewählt wird, einen Block vorzuschlagen, dies aber aufgrund von Ausfallzeiten nicht tut, behandelt das Netzwerk dies als verpasste Gelegenheit. Für einen einzelnen Fehlschlag gibt es keine unmittelbaren Strafen, aber wiederholte Fehler führen zu verringerten Belohnungen und möglicherweise zum Ausschluss aus dem aktiven Validatorsatz, nachdem sich zu viele Fehler angesammelt haben.

Können mehrere Validatoren gleichzeitig Blöcke vorschlagen? Ja, unter bestimmten Bedingungen wie Netzwerkverzweigungen oder zeitlichen Abweichungen kann es sein, dass mehr als ein Validator ausgewählt wird, um einen Block für denselben Slot vorzuschlagen. Das Konsensprotokoll löst dieses Problem, indem es den Block bevorzugt, der die Mehrheitsbescheinigung erhält, und konkurrierende Versionen verwirft.

Wie wird Fairness im Auswahlprozess des Validators sichergestellt? Die Fairness wird durch überprüfbare Zufallsfunktionen (VRFs) und kryptografische Sortiertechniken gewährleistet. Diese Methoden stellen sicher, dass jeder berechtigte Prüfer eine Chance hat, die seinem Einsatz entspricht, und verhindern gleichzeitig Vorhersehbarkeit und Manipulation.