Was ist Delegated Proof of Stake (DPoS)?

Delegated Proof of Stake (DPoS) ist eine Kategorie von Blockchain-Konsensmechanismen, bei der Token-Haltende eine Gruppe von Blockproduzierenden wählen und diese Gruppe anschließend abwechselnd Blöcke erstellt. Ein Konsensmechanismus ist das Regelwerk, mit dem Beteiligte einer Blockchain bestätigen, welche Transaktionen und Blöcke in die gemeinsame Aufzeichnung geschrieben werden dürfen.

DPoS teilt die Frage „wer an der Blockproduktion teilnimmt“ in zwei Stufen: Haltende wählen zunächst in einer nach Stake gewichteten Abstimmung die aktuell Produzierenden, und die Gewählten erstellen danach Blöcke nach einem Zeitplan. Wie ein Block ausreichend Bestätigung erhält und zur endgültigen Aufzeichnung wird, legen die Bestätigungsregeln des jeweiligen Netzwerks fest. „Nach Stake gewichtet“ heißt, dass der Einfluss einer Stimme meist mit der Anzahl der zum Abstimmen oder Hinterlegen verwendeten Token zusammenhängt. Wie Stimmen gezählt werden, wie viele Personen gewählt werden, wie oft die Liste aktualisiert wird und wie ein Block endgültig wird, ist von Netzwerk zu Netzwerk unterschiedlich.

DPoS wird von Abstimmenden, Kandidierenden und Blockproduzierenden gemeinsam betrieben

Ein DPoS-Netzwerk umfasst in der Regel drei Hauptrollen:

• Abstimmende: nutzen Stimmrecht, das sich auf gehaltene oder hinterlegte Token bezieht, um Kandidierende auszuwählen;
• Kandidierende: betreiben Nodes und werben um Stimmen, um in die aktive Liste der Blockproduzierenden zu kommen;
• Blockproduzierende: prüfen nach der Wahl im zugewiesenen Zeitfenster Transaktionen, erstellen Blöcke und signieren sie mit ihrem Signaturschlüssel. Ein Signaturschlüssel ist die geheime Information, die für die digitale Signatur eines Blocks nötig ist.

Andere Nodes im Netzwerk können Blöcke weiterhin empfangen und validieren. Dass nur gewählte Nodes im aktuellen Zeitplan Blöcke erstellen dürfen, bedeutet nicht, dass andere Nodes deren Ergebnisse bedingungslos übernehmen müssen. Nodes prüfen, ob ein Block von den gerade zuständigen Produzierenden signiert wurde, ob die Transaktionen den Protokollregeln entsprechen und ob der Block korrekt an die bestehende Aufzeichnung anschließt.

„Blockproduzierende“ heißen je nach Netzwerk auch Witnesses, Delegates oder Super Representatives. Ein anderer Name ändert die Kernaufgabe nicht, doch die Rechte, die ein Netzwerk diesen Rollen einräumt, können sich unterscheiden.

Eine Konsensrunde führt von der Wahl über die Produktion zur Bestätigung

Ein typischer DPoS-Ablauf lässt sich in folgende Schritte gliedern:

1. Kandidierende registrieren die Informationen zur Identifikation ihres Nodes und zum Signieren von Blöcken;
2. Haltende nutzen ihr an den Token-Stake gebundenes Stimmrecht, um einen oder mehrere Kandidierende zu wählen;
3. das Netzwerk zählt die Stimmen nach seinen Regeln und wählt eine Gruppe aktiver Produzierender, die vorn liegen oder die Bedingungen erfüllen;
4. das Protokoll weist den aktiven Produzierenden eine Produktionsreihenfolge und Zeitfenster zu;
5. die gerade zuständigen Produzierenden prüfen ausstehende Transaktionen, nehmen gültige in einen Block auf und signieren ihn;
6. andere Nodes prüfen Blocksignatur, Transaktionen und Zustandsänderungen und entscheiden dann nach den Protokollregeln über die Annahme;
7. nachfolgende Produzierende bauen auf gültigen Blöcken weiter oder senden separate Bestätigungsnachrichten, bis ein Block die Bedingung für die endgültige Bestätigung im Netzwerk erfüllt;
8. nach einer erneuten Stimmzählung kann die Liste der aktiven Produzierenden aktualisiert werden.

Das ist nur ein gemeinsamer Rahmen und kein einheitlicher Zeitplan für alle DPoS-Netzwerke. Manche Netzwerke aktualisieren die Produzierenden-Liste regelmäßig, andere zählen Stimmen nahezu laufend; Produzierende können pro Runde einen einzelnen Block oder mehrere Blöcke hintereinander erstellen.

Delegation betrifft meist das Stimmrecht, nicht die Übergabe von Token

„Delegation“ bedeutet in DPoS meist, dass Haltende die Auswahl der Blockproduzierenden an gewählte Vertretende abgeben, und nicht, dass sie ihr Token-Guthaben auf die Adresse einer vertretenden Partei übertragen. Beim Abstimmen können Token auf der ursprünglichen Adresse bleiben oder nach Netzwerkregeln für eine Zeit gesperrt werden; Vertretende können die Token Abstimmender normalerweise nicht allein deshalb bewegen, weil sie deren Stimmen erhalten haben.

Manche Netzwerke erlauben zusätzlich, die Abstimmungsentscheidung an eine bevollmächtigte Stelle zu übergeben. Diese wählt Blockproduzierende im Namen anderer Konten, und das Stimmrecht kann nach den Regeln weiterhin zurückgezogen oder geändert werden. Eine Abstimmungsvollmacht und gewählte Blockproduzierende sind nicht dieselbe Rolle: Die erste stimmt für andere ab, die zweite erstellt tatsächlich Blöcke.

„Delegation“ kann auch in anderen Proof-of-Stake-Netzwerken die Zuweisung von Stake-Gewicht an Validierende bezeichnen. Nicht jedes Netzwerk, das Stake-Delegation unterstützt, nutzt DPoS. Maßgeblich ist, ob das Netzwerk über eine ausdrückliche stakebasierte Wahl eine Gruppe von Vertretenden bestimmt und ob diese Gruppe anschließend die aktive Blockproduktion übernimmt.

DPoS und gewöhnliches Proof of Stake unterscheiden sich darin, wie Produzierende entstehen

DPoS und Proof of Stake (PoS) begrenzen beide über Regeln, die am Token-Stake hängen, wer am Konsens teilnehmen kann, wählen die aktiv Beteiligten aber unterschiedlich aus.

Die Tabelle beschreibt verbreitete Strukturen und keine feste Definition für alle Netzwerke. DPoS gehört selbst zur weiteren Familie der Proof-of-Stake-Entwürfe; unterscheidend sind die ausdrückliche Wahl von Vertretenden und eine begrenzte aktive Produzierenden-Menge, nicht das Vorkommen der Wörter „Staking“ oder „Delegation“.

Gewählte Produzierende bedeuten nicht, dass ein Block schon endgültig ist

DPoS-Wahlen klären, „wer gerade Blöcke erstellt“; die endgültige Bestätigung klärt, „ab wann ein Block nicht mehr durch einen anderen Zweig ersetzt werden kann“. Beides hängt zusammen, ist aber nicht derselbe Schritt.

Manche Umsetzungen verlangen, dass nachfolgende Produzierende auf einem Block weiterbauen, und behandeln ihn erst nach einer festgelegten Anzahl als unumkehrbar; andere lassen aktive Produzierende zusätzliche Bestätigungen senden und bestätigen den Block, sobald eine bestimmte Mehrheit erreicht ist. Schwellen, Wartezeiten und Regeln zur Zweigauswahl legt das Netzwerkprotokoll fest.

Die Konsensdokumentation von Antelope trennt beide Vorgänge ausdrücklich: Eine DPoS-Schicht bildet über die Wahl den Produzierenden-Zeitplan, während eine andere Schicht Bestätigungen aktiver Produzierender nutzt, um Blöcke in einen endgültigen Zustand zu bringen. Das ist ein Umsetzungsbeispiel und bedeutet nicht, dass jedes DPoS-Netzwerk denselben Bestätigungsalgorithmus verwendet.

Belohnungen und Sanktionen bestimmt jedes Netzwerk eigenständig

Blockproduzierende erhalten üblicherweise Protokollbelohnungen für den Betrieb von Nodes und das Erstellen von Blöcken, doch woher die Belohnung stammt, wie sie berechnet wird und ob sie mit Abstimmenden geteilt wird, sind keine einheitlichen DPoS-Regeln. Manche Netzwerke verteilen auch Belohnungen an abstimmende Konten oder lassen Produzierende einen Anteil für ihre Abstimmenden festlegen.

Verpassen Produzierende ihr geplantes Zeitfenster, sind übliche Folgen: keine entsprechende Belohnung, Vermerk der Abwesenheit oder das Ausscheiden aus der aktiven Liste, wenn die Stimmen zurückgehen. Einige Proof-of-Stake-Netzwerke kürzen die gesperrten Token regelwidrig handelnder Beteiligter – diese Strafe heißt meist Slashing –, doch das lässt sich nicht für jedes DPoS-Netzwerk voraussetzen.

Belohnungen prägen außerdem Abstimmungs- und Wahlkampfverhalten. Ein konkretes Netzwerk zu bewerten heißt, Vergütung der Produzierenden, Belohnungen für Abstimmende, Vollmachtsregelungen, Kosten einer Kandidatur und den Umgang mit Verstößen getrennt zu prüfen, statt nur die auf einer Seite angezeigte Belohnungszahl zu lesen.

Produzierenden-Wahl und Onchain-Governance können sich überschneiden, ohne gleich zu sein

In einigen DPoS-Netzwerken erstellen gewählte Produzierende nicht nur Blöcke, sondern können auch Änderungen an Netzwerkparametern einbringen oder darüber abstimmen. Andere Netzwerke übertragen Protokoll-Upgrades, Mittelverwendung oder weitere Governance-Themen anderen Rollen und Verfahren.

Selbst wenn mit demselben Token abgestimmt wird, können die Wahl der Produzierenden und die Abstimmung über Governance-Vorschläge zwei getrennte Verfahren sein. Das erste bestimmt, wer in die aktuelle Produktionsliste kommt; das zweite, ob eine Regel oder ein Vorschlag angenommen wird. Ob Produzierende Parameter ändern, Upgrades ausrollen oder Konten sperren können, muss anhand der konkreten Protokollrechte geprüft werden und lässt sich nicht aus dem Namen „DPoS“ ableiten.

Verschiedene DPoS-Netzwerke nutzen verschiedene Anzahlen und Wahlregeln

DPoS hat keine einheitliche Zahl von Vertretenden und kein einheitliches Wahlverfahren. Die DPoS-Dokumentation von BitShares beschreibt einen Mechanismus, in dem Haltende über die Anzahl der Witnesses abstimmen und Stimmen regelmäßig neu gezählt werden. Die Konsensdokumentation von TRON dokumentiert eine Umsetzung, in der Hinterlegende 27 Super Representatives wählen, die dann nach Zeitplan Blöcke produzieren und die endgültige Bestätigung vorantreiben.

Diese Zahlen und Regeln gehören zu den jeweiligen Netzwerken; sie sind nicht die Definition von DPoS. Beim Vergleich konkreter Netzwerke ist außerdem zu prüfen, wie viele Kandidierende eine einzelne Stimme unterstützen kann, ob sich das Stimmrecht über die Zeit ändert, ob Vollmachtsabstimmung erlaubt ist, wie Kandidierende ein- oder austreten und wie schnell sich die aktive Liste aktualisiert.

Eine begrenzte Produzierenden-Menge wägt Effizienz gegen Konzentrationsrisiko ab

Lässt man wenige, vorab eingeplante Produzierende die Blockproduktion koordinieren, sinkt die Zahl der Nodes, die an jedem Block unmittelbar mitwirken müssen, und die Blockzeiten lassen sich leichter planen. Der Preis: Das aktive Produktionsrecht konzentriert sich auf eine begrenzte Menge, und das System hängt stärker von den Wahlregeln und der Unabhängigkeit dieser Produzierenden ab.

Wie dezentral ein DPoS-Netzwerk ist, lässt sich nicht an der Gesamtzahl der Kandidierenden ablesen; zu prüfen ist auch, ob tatsächliche Stimmen und Produktionsrechte konzentriert sind. Häufige Risiken sind:

• wenige große Haltende oder Verwahrplattformen kontrollieren einen erheblichen Teil des Stimmrechts;
• viele Haltende stimmen nicht ab, sodass eine Minderheit aktiver Konten das Wahlergebnis bestimmt;
• eine bevollmächtigte Stelle mit umfangreichen Delegationen trifft für viele Konten dieselbe Entscheidung;
• Kandidierende unterstützen sich gegenseitig, tauschen Vorteile aus oder bilden dauerhaft feste Bündnisse;
• mehrere Produzierende nutzen denselben Cloud-Anbieter, dieselbe Region oder dasselbe Betriebsteam und erzeugen so einen gemeinsamen Ausfallpunkt;
• aktive Produzierende weigern sich, bestimmte Transaktionen aufzunehmen, oder handeln bei der Zweigauswahl abgestimmt;
• Stimmen aktualisieren sich langsam, sodass schwach arbeitende Produzierende nicht zeitnah ersetzt werden;
• Belohnungen fürs Abstimmen lenken die Aufmerksamkeit auf kurzfristige Ausschüttungen statt auf die Betriebsqualität der Nodes.

Empirische Untersuchungen mehrerer DPoS-Netzwerke zeigen, dass Beteiligungsquoten und der Einfluss ausschlaggebender Abstimmender die tatsächliche Kontrollstruktur verändern. Forschung zur münzbasierten Abstimmungs-Governance in DPoS-Chains zeigt, wie ausschlaggebende Abstimmende und Token, die nie an Wahlen teilnehmen, nebeneinander bestehen können. Dieses Ergebnis verdeutlicht, dass offene Abstimmung nicht automatisch zu gleichmäßiger Beteiligung führt, und bedeutet nicht, dass alle Netzwerke dasselbe Maß an Konzentration aufweisen.

Ein DPoS-Netzwerk beurteilen heißt Wahl, Produktion und Governance zu trennen

Für das Verständnis eines bestimmten DPoS-Netzwerks lassen sich folgende Punkte getrennt prüfen:

1. ob das Stimmrecht aus verfügbarem Guthaben, gesperrten Token oder einer anderen Berechnung stammt;
2. wie viele Kandidierende eine abstimmende Partei unterstützen kann und ob Vollmachtsabstimmung erlaubt ist;
3. wie viele aktive Produzierende es gibt und wie oft Kandidierenden- und Produzierenden-Listen aktualisiert werden;
4. in welcher Reihenfolge Produzierende Blöcke erstellen und was bei einem verpassten Zeitfenster geschieht;
5. wie gewöhnliche Nodes die von Produzierenden erstellten Blöcke validieren;
6. unter welchen Bedingungen ein Block zur endgültigen Aufzeichnung wird;
7. wie Belohnungen verteilt werden und ob es Slashing oder einen anderen Umgang mit Verstößen gibt;
8. ob Stimmen, Kandidierende und tatsächliche Produktionsanteile konzentriert sind;
9. ob Produzierende gleichzeitig Rechte für Parameteränderungen, Protokoll-Upgrades oder andere Governance halten;
10. ob Nutzende selbst einen vollständigen Node betreiben können – einen Node, der die erforderlichen Onchain-Daten speichert und nach den Protokollregeln validiert – und so die Aufzeichnung eigenständig prüfen können.

Diese Fragen sagen mehr aus als das Label „nutzt DPoS“. Zwei Netzwerke, die beide DPoS einsetzen, können sich bei Abstimmungsschwellen, Anzahl der Produzierenden, endgültiger Bestätigung, Governance-Rechten und Konzentrationsgrad deutlich unterscheiden.

Häufig gestellte Fragen

Können Blockproduzierende nach meiner Stimmabgabe in DPoS meine Token bewegen?

Normalerweise können Produzierende die Token Abstimmender nicht allein aufgrund von Stimmen bewegen. Ob zum Abstimmen Token gesperrt werden müssen, wie Sperren aufgehoben werden und was eine bevollmächtigte Stelle darf, hängt jedoch von den Regeln des konkreten Netzwerks ab. Zu unterscheiden ist außerdem die Abstimmung auf Protokollebene von der Einlage von Assets bei einer Drittplattform, die für andere abstimmt.

Sind Blockproduzierende in DPoS dasselbe wie Validierende?

Die Bezeichnung hängt vom Netzwerk ab. Gewählte Produzierende validieren Transaktionen und erstellen Blöcke, und andere vollständige Nodes können empfangene Blöcke ebenfalls validieren. Teils wird die gewählte Menge in der Dokumentation Validierende genannt, teils Produzierende, Witnesses oder Super Representatives.

Bedeuten weniger Produzierende immer schnellere Transaktionen?

Nicht zwangsläufig. Eine kleinere aktive Menge kann die Zahl der zu koordinierenden Parteien senken, doch die tatsächliche Leistungsfähigkeit hängt auch von Netzwerklatenz, Blockparametern, Softwareumsetzung, Ausführungskosten der Transaktionen und den Regeln zur endgültigen Bestätigung ab. Weniger Produzierende erhöhen zudem Konzentration und das Risiko gemeinsamer Ausfälle.

Garantiert eine Stimme für Produzierende eine Belohnung?

Nicht zwangsläufig. Ob es Belohnungen fürs Abstimmen gibt, wer sie zahlt, wie sie berechnet werden, wann sie abgerufen werden können und ob eine Sperrfrist gilt, bestimmt das jeweilige Netzwerk. Der Name DPoS verspricht für sich keinen Ertrag.

Ist DPoS immer dezentraler als PoS?

Das lässt sich nicht am Namen des Mechanismus ablesen. Das tatsächliche Ergebnis hängt unter anderem von Token-Verteilung, Beteiligung an Abstimmungen, Konzentration von Vollmachten, Wettbewerb unter Kandidierenden, Infrastruktur der Produzierenden und Governance-Rechten ab.

Verwandte Begriffe

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Quellen

• BitShares Documentation: Delegated Proof of Stake — eine DPoS-Umsetzung von Witness-Wahl, Stimmzählung, Produktionsaufgaben und Austausch.
• Antelope Developer Documentation: Consensus Protocol — eine Umsetzung, die Produzierenden-Wahl, Zeitplan, Blockvalidierung und endgültige Bestätigung in Schichten trennt.
• TRON Developer Documentation: Consensus and DPoS — eine Umsetzung von Super-Representative-Wahl, geplanter Produktion und Blockfinalisierung.
• ICWSM: Characterizing Coin-Based Voting Governance in DPoS Blockchains — empirische Forschung zu Beteiligungsquoten bei DPoS-Abstimmungen und zum Einfluss ausschlaggebender Abstimmender.