Technologien

Welche Arten von Knoten gibt es in der Blockchain?

Definition: Bei einer Blockchain handelt es sich um ein verteiltes Hauptbuch, das aus einem Netzwerk von mehreren Knoten besteht. Blockchain-Knoten sind die Moderatoren, die die Infrastruktur eines dezentralisierten Netzwerks aufbauen. Ihre Hauptaufgabe besteht darin, den Konsens über das öffentliche Hauptbuch aufrechtzuerhalten, das je nach Knotentyp unterschiedlich ist. Welche Knotentypen es gibt, hängt von der Architektur und den Designanforderungen eines bestimmten Blockchain-Protokolls ab. Jeder der Knoten hat eine spezifische Rolle bei der Aufrechterhaltung des Betriebs des Blockchain-Ökosystems.

Blockchain-Knoten kommunizieren miteinander, um Nachrichten an das Netzwerk zu übermitteln und den erforderlichen Konsens zu erzielen, um neue Blöcke gemäß dem Konsensalgorithmus des Netzwerks zu erstellen und zu validieren. Vereinfacht ausgedrückt ist ein Blockchain-Knoten einer der Computer, die gemeinsam die Software der Blockchain ausführen. Er ermöglicht es der Blockchain, Transaktionen zu validieren und das Netzwerk sicher zu halten, sodass das Netzwerk dezentral bleibt. Jeder Teilnehmer in einem dezentralisierten Netzwerk ist ein Knoten, und jeder Knoten ist für die Sicherheit und Stabilität des Netzwerks entscheidend.

Erläuterung

Erläuterung der Arten von Blockchain-Knoten

Es gibt verschiedene Arten von Knoten in einem Blockchain-Netzwerk, die verschiedenen Zwecken dienen. Die Knoten kommunizieren über ein Peer-to-Peer-Netzwerk miteinander, um Informationen auszutauschen und gleichzeitig den Konsens über den Zustand der Blockchain aufrechtzuerhalten.

Es gibt folgende Arten von Blockchain-Knoten:

1. Full Nodes

Full Nodes (vollständige Knoten) sind der wichtigste Knotentyp im Blockchain-Netzwerk, da sie eine vollständige Kopie des Blockchain-Ledgers speichern. Diese Knoten sind in der Lage, die gesamte Blockchain-Historie unabhängig zu verifizieren, da sie Kopien aller Transaktionen und Blöcke, die im Netzwerk auftreten, herunterladen und speichern. Die Stabilität des Blockchain-Netzwerks hängt von den Full Nodes ab, die das Fundament des Netzwerks bilden.

Als Teil eines Peer-to-Peer-Netzwerks kommunizieren Full Nodes mit anderen Nodes, um die Genauigkeit und den aktuellen Status der Blockchain aufrechtzuerhalten. Sie validieren Transaktionen und Blöcke, indem sie diese auf Unstimmigkeiten wie doppelte Ausgaben oder ungültige Signaturen überprüfen, bevor sie der Blockchain hinzugefügt werden. Blockchain-Entwickler und Organisationen, die ein hohes Maß an Sicherheit und Kontrolle über ihre Blockchain-Transaktionen benötigen, verwenden häufig Full Nodes. Diese Knoten sind für die Validierung aller Blöcke und Transaktionen verantwortlich.

2. Light Nodes

Light Nodes sind eine leichtere Variante der Full Nodes und werden manchmal auch als SPV-Knoten (Simplified Payment Verification) bezeichnet. Sie sind für den Betrieb auf mobilen Geräten wie Smartphones und Tablets mit begrenzter Speicher- und Rechenleistung konzipiert. Light Nodes laden nicht die gesamte Blockchain herunter, sondern nur einen kleinen Teil, der die für ihre Transaktionen relevanten Informationen enthält.

Um diese Informationen zu erhalten, müssen Light Nodes ihre Transaktionen verifizieren, indem sie mit einer Reihe von Full Nodes im Netzwerk kommunizieren. Light Nodes sind schneller und effizienter als Full Nodes, aber da sie sich bei der Validierung auf Full Nodes verlassen, sind sie auch weniger sicher.

Diese Art von Blockchain-Knoten ist für die schnelle und einfache Verarbeitung von Transaktionen und alltäglichen Aktivitäten konzipiert und wird nach den Archivierungsknoten am häufigsten verwendet. Light Nodes enthalten nur die wichtigsten Daten und sind auf Full Nodes angewiesen, da sie nicht die gesamte Blockchain herunterladen.

3. Miner Nodes

Miner Nodes (Miner-Knoten) sind für die Validierung von Transaktionen und die Generierung neuer Blöcke auf der Blockchain verantwortlich. Diese Knoten führen komplexe Berechnungen durch, um mathematische Probleme zu lösen, damit sie neue Blöcke erzeugen und Belohnungen in Form von Kryptowährungen erhalten können. Miner Nodes benötigen spezielle Hardware und Software, um die Mining-Berechnungen durchzuführen. Sie werden häufig von großen Mining-Pools oder Einzelpersonen betrieben, die über die finanziellen Mittel verfügen, in die erforderliche Ausrüstung zu investieren. Miner Nodes sind kritische Komponenten des Blockchain-Netzwerks, die sicherstellen, dass neue Transaktionen schnell und sicher verarbeitet und der Blockchain hinzugefügt werden.

Knoten im Vergleich zu Minern

Knoten

  • Ein Computer (oder „Teilnehmer“), der mit dem Peer-to-Peer-Netzwerk verbunden ist und eine Kopie der Blockchain speichert
  • Benötigt nur Software für die Verbindung mit dem Netz
  • Erhält keinen direkten finanziellen Anreiz für den Betrieb eines Knotens
  • Kann ein Full Node oder ein Light Node sein, je nachdem, wie viele Daten er speichert
  • Unterstützt den Prozess des „Konsens“-Modells, indem Transaktionen und Blöcke verifiziert werden, um sicherzustellen, dass alle Transaktionen legitim sind
  • Kann von jedermann betrieben werden, was zu einem dezentraleren Netzwerk führt
  • Verbraucht viel weniger Energie als das Mining

Miner

  • Schürft und erzeugt neue Blöcke, fügt Transaktionen hinzu und validiert sie
  • Erzeugt den nächsten Block in der Kette unter Verwendung des Hashwerts der Kopfdaten des vorherigen Blocks und eines neuen Hashwerts für den aktuellen Block. Dieser muss dann vom Netzwerk akzeptiert werden.
  • Jedes Mal, wenn eine Transaktion im Netzwerk angekündigt wird, sind spezielle Hardware, hohe Rechenleistung und ein hoher Energieverbrauch erforderlich, um komplexe kryptografische mathematische Probleme zu lösen und dem Netzwerk einen stabilen Abwicklungsmechanismus zur Verfügung zu stellen
  • Verifiziert Kryptowährungstransaktionen und erzeugt neue Einheiten der Kryptowährung
  • Verdient Belohnungen in Form von neuen Kryptowährungseinheiten und Transaktionsgebühren
  • Muss ein Full Node sein, um am Mining teilnehmen zu können
  • Das Mining ist oft in den Händen einiger großer Mining-Pools konzentriert, was Bedenken hinsichtlich einer zentralisierten Kontrolle aufkommen lässt

4. Pruned Full Nodes

Ein Pruned Full Node (beschnittener vollständiger Knoten) hat eine begrenzte Menge an Speicher. Es lädt die Blockchain herunter und löscht dann Blöcke in chronologischer Reihenfolge, beginnend mit dem ältesten. Dieser Vorgang wird Pruning (Beschneidung) genannt und die Blöcke werden nicht vollständig entfernt, da ihre Metadaten und ihre Reihenfolge erhalten bleiben. Dieser Knoten speichert die neuesten Blockchain-Transaktionen bis zu seinem Limit nach dem Pruning. Wenn das Größenlimit auf 1 GB gesetzt ist, speichert er die letzten Gigabytes an Transaktionen.

5. Archival Full Nodes

Ein Archival Full Node (Vollständige Archivierungsknoten) speichert das gesamte Blockchain-Ledger, also alle Transaktionen, zurück bis zum Beginn der Zeit. Archival Full Nodes sind die einzige wertvolle und zuverlässige Quelle für die Verifizierung von Transaktionsdaten aus einer früheren Phase der Blockchain-Geschichte, da sie nicht von den Zeit- oder Speicherbeschränkungen der Pruned Full Nodes betroffen sind. Diese Art von Blockchain-Knoten muss über eine große Menge an Speicherplatz verfügen.

Während Pruned Full Nodes für das Netzwerk von Vorteil sind, da sie die Sicherheit und Dezentralisierung verbessern, sind Archived Full Nodes unverzichtbar, da sie die einzige Methode sind, um die Blockchain voll funktionsfähig zu halten.

6. Authority Nodes

Ein Authority Node (Autoritätsknoten) ist ein Knoten, der von der Organisation oder Gemeinschaft, die eine Blockchain verwaltet, genehmigt wurde. Er ist in Blockchains zu finden, die einen Verifizierungsprozess haben, der erforderlich ist, um ein Knoten zu sein. Beispielsweise verwenden Blockchains, die einen Proof-of-Authority-Mechanismus verwenden, nur autorisierte Knoten, die von Knotenbetreibern verwaltet werden, die ihre Anmeldedaten bereitgestellt haben.

7. Master Nodes

Einige Blockchains enthalten Master Nodes (Master-Knoten), die sich von normalen Full Nodes durch besondere Privilegien und Verantwortlichkeiten unterscheiden. Ein Master Node ist eine Art Full Node, der Transaktionen validiert und ein Blockchain-Protokoll führt, aber keine Blöcke zur Blockchain hinzufügen kann. Stattdessen verifiziert er nur die von anderen Nodes eingereichten Blöcke und führt andere im Protokoll definierte Verwaltungs-, Kontroll- und Regulierungsfunktionen aus.

8. Staking Nodes

Diese Knoten verwenden für ihren Authentifizierungsprozess eine Methode, die als „Staking“ bekannt ist. Ein Proof-of-Stake-Konsensmodell, das gesperrte Gelder als Sicherheit verwendet, vergibt nach dem Zufallsprinzip Authentifizierungsberechtigungen an Teilnehmer, die bestimmte Kriterien erfüllt haben, wie beispielsweise eine bestimmte Anzahl von Token in das Protokoll eingezahlt oder eine bestimmte Anzahl von Stunden mit dem Netzwerk verbunden waren. Ein Staking Node (Einsätze-Knoten) kann ein einzelner Nutzer oder ein Staking-Pool sein. Dabei handelt es sich um eine Gruppe von Nutzern, die ihre Kryptowährung zusammenlegen, um eine größere Chance zu haben, für die Validierung von Blöcken ausgewählt zu werden.

9. Lightning Nodes

Um die Netzwerklast zu verringern, führen Lightning Nodes Transaktionen außerhalb der Kette über separate Verbindungen außerhalb des Netzwerks aus. Die Transaktionen werden verarbeitet und dann an die Haupt-Blockchain weitergeleitet. Lightning Nodes sind nützlich in überlasteten Blockchain-Netzwerken mit langsamer Verarbeitung und hohen Transaktionsgebühren. Diese Knoten ermöglichen einen kostengünstigen, sofortigen Austausch und reduzieren gleichzeitig die Netzwerkbelastung.

10. Super Nodes

Die seltenste aller Knotenvarianten, der Super Node (Superknoten), wird bei Bedarf erstellt, um spezielle Aufgaben wie die Implementierung von Protokolländerungen oder das Protokollmanagement zu übernehmen.

Blockchain-Knoten fungieren als Blockchain-Speichercontainer, über die Nutzer auf Daten im Netzwerk zugreifen und diese erfassen können. Sie sind vollständig transparent, für jeden im Netzwerk zugänglich und dienen als wichtiger Interaktionspunkt für die Nutzer. Insgesamt ist die Rolle der verschiedenen Knotenarten in Blockchain-Netzwerken entscheidend für die Sicherheit, Stabilität und Erreichbarkeit des Netzwerks.

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