Felix Hoffmann verteidigte seine Doktorarbeit über die Useful-Work-Blockchain-Architektur Gophy am 17. April 2025.

Felix Hoffmann aus der Arbeitsgruppe "Infrastruktur und Rechnersysteme in der Informationsverarbeitung" promovierte am 17. April 2025. In seiner Dissertation bei FIAS-Senior-Fellow Udo Kebschull versuchte er, eine neuartige Blockchainarchitektur, die den Anforderungen eines Hochenergiephysikexperiments gerecht wird, zu entwerfen und zu implementieren. “Wir wollten herausfinden, inwiefern es möglich ist, eine neuartige Blockchainarchitektur zu entwickeln, bei der die Rechenleistung des Netzwerkes sowohl für die Absicherung der zugrundeliegenden Blockchain als auch für die Generation von nützlichen Daten genutzt wird”, erklärt Hoffmann. “Für diesen Versuch haben wir uns insbesondere für reproduzierbare Monte Carlo-Simulationen der Hochenergiephysik interessiert.”

Konsensalgorithmen ermöglichen es Knoten (Nodes) einer öffentlichen Blockchain, sich auf den aktuellen Zustand zu einigen. In beliebten Netzwerken wie beispielsweise Bitcoin wird ein Ansatz namens Proof-of-Work verwendet, um Konsens zwischen Nodes zu erreichen. Der große Nachteil dieses Ansatzes ist die enorme Energieverschwendung, die durch das wiederholte Berechnen von Hashfunktionen anfällt. Die dabei anfallenden Daten haben außerhalb des Blockchain-Netzwerkes keine Relevanz.

Hoffmann erforschte in seiner Dissertation, inwiefern ein neuartiger Ansatz vom Typ Proof-of-Useful-Work praktikabel und umsetzbar ist. Die grundlegende Idee eines solchen Ansatzes ist es, das Blockproblem von traditionellem Proof-of-Work durch ein anderes Problem mit Echtweltrelevanz zu ersetzen. Dies würde es ermöglichen, die Rechenkraft des Netzwerks sinnvoll zu nutzen, um beispielsweise ein wissenschaftliches Experiment mit wertvollen Daten zu versorgen und gleichzeitig die zugrundeliegende Blockchain abzusichern, anstatt die vorhandene Rechenleistung zu verschwenden. Die Dissertation ist der erste akademische Versuch, eine Useful-Work-Blockchain, die ihre Blockprobleme aus der Hochenergiephysik bezieht, zu entwerfen und zu implementieren.

Die aus dieser Doktorarbeit hervorgehende Blockchain-Architektur wurde Gophy genannt und verwendet einen neuartigen Konsensalgorithmus, der speziell für den Einsatz im Kontext einer Useful-Work-Blockchain entworfen wurde. Durch die Kombination von Konzepten aus verschiedenen Forschungsgebieten entsteht eine Brücke zwischen den Disziplinen der Blockchain-Technologie und der Hochenergiephysik. Um zu zeigen, dass die vorgeschlagene Blockchain-Architektur in der Praxis funktionieren kann und um die Effektivität der eingesetzten Algorithmen bewerten zu können, wurden alle Ideen in einem Golang-Programm implementiert, das als Open-Source-Quelltext auf GitHub (https://github.com/felix314159/gophy) verfügbar ist. Die gesamte Blockchain-Architektur hat Hoffmann geschrieben und nutzt den State-of-the-Art-Networking-Stack libp2p für Node-Discovery und Nachrichtenpropagierung.

Seit Februar 2025 arbeitet Felix Hoffmann in Vollzeit als Protokolltester bei der Ethereum Foundation.

Publikationen:

• DFTWS: Deterministic, Fair and Transparent Winner Selection for the Useful Work Blockchain Gophy, ACM Journal for Distributed Ledger Technologies: Research and Practice, 2025, https://doi.org/10.1145/3721139
• Gophy: Novel Proof-of-Useful-Work blockchain architecture for High Energy Physics, IEEE 6th International Conference on Blockchain Computing and Applications (BCCA), 2024, https://doi.org/10.1109/bcca62388.2024.10844433
• Designing a Proof-of-Useful-Work (PoUW) blockchain for CBM", CBM Progress Report, 2023, https://doi.org/10.15120/GSI-2024-00765
• Challenges of Proof-of-Useful-Work (PoUW), IEEE 1st Global Emerging Technology Blockchain Forum: Blockchain and Beyond (iGETblockchain), 2022, https://doi.org/10.1109/igetblockchain56591.2022.10087185