Was ist der Durchsatz einer Blockchain und wie wird er gemessen?

Blockchain-Durchsatz verstehen

1. Der Blockchain-Durchsatz bezieht sich auf die Anzahl der Transaktionen, die ein Blockchain-Netzwerk innerhalb eines bestimmten Zeitrahmens verarbeiten kann, typischerweise gemessen pro Sekunde. Diese Metrik ist entscheidend für die Bewertung der Skalierbarkeit und Effizienz eines dezentralen Systems. Dank des hohen Durchsatzes können Netzwerke breitere Anwendungen unterstützen, insbesondere in Sektoren wie dem dezentralen Finanzwesen (DeFi) und nicht fungiblen Token (NFTs), in denen eine schnelle Transaktionsabwicklung unerlässlich ist.

2. Die Messung des Durchsatzes wird von mehreren technischen Faktoren beeinflusst, darunter Blockgröße, Blockintervall und Konsensmechanismus. Beispielsweise beträgt Bitcoin aufgrund der Blockgrößenbeschränkung von 1 MB und der Blockzeit von 10 Minuten durchschnittlich etwa 7 Transaktionen pro Sekunde (TPS). Im Gegensatz dazu geben Netzwerke wie Solana an, über 65.000 TPS zu bewältigen, indem sie eine Kombination aus Proof-of-History und optimierter Netzwerkarchitektur verwenden.

3. Der Durchsatz wird nicht nur von der reinen Geschwindigkeit bestimmt, sondern auch von der Endgültigkeit – wie schnell eine Transaktion irreversibel wird. Ein hoher TPS mit geringer Finalität kann dennoch zu einer schlechten Benutzererfahrung führen, wenn Bestätigungen zu lange dauern. Daher müssen Systeme das Transaktionsvolumen mit Sicherheit und Dezentralisierung in Einklang bringen.

4. Layer-2-Lösungen wie Lightning Network für Bitcoin oder Optimistic Rollups für Ethereum zielen darauf ab, den effektiven Durchsatz zu erhöhen, ohne die Basisschicht zu verändern. Diese Off-Chain-Protokolle stapeln mehrere Transaktionen und wickeln sie später in der Kette ab, wodurch Überlastungen reduziert und die Gesamtleistung des Netzwerks verbessert werden.

5. Der tatsächliche Durchsatz weicht häufig von den theoretischen Höchstwerten ab. Netzwerküberlastung, Knotenverteilung und Transaktionskomplexität wirken sich auf die tatsächliche Leistung aus. Überwachungstools und Blockchain-Explorer liefern Live-Daten zu bestätigten Transaktionen pro Sekunde und bieten so Transparenz über die aktuelle Netzwerkkapazität.

Faktoren, die die Durchsatzleistung beeinflussen

1. Konsensalgorithmen spielen eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung, wie schnell Blöcke erstellt und validiert werden. Proof-of-Work (PoW)-Ketten wie Bitcoin priorisieren Sicherheit und Dezentralisierung vor Geschwindigkeit, was zu einem geringeren Durchsatz führt. Alternativen wie Proof-of-Stake (PoS) oder Delegated Proof-of-Stake (DPoS) ermöglichen eine schnellere Blockproduktion durch Reduzierung des Rechenaufwands.

2. Blockgröße und -frequenz wirken sich direkt auf die Transaktionskapazität aus. Größere Blöcke können mehr Transaktionen umfassen, erfordern jedoch mehr Bandbreite und Speicher, was möglicherweise die Dezentralisierung gefährdet. Netzwerke müssen ein Gleichgewicht finden, das die Erreichbarkeit der Knoten aufrechterhält und gleichzeitig den Durchsatz erhöht.

3. Die Größe der Transaktionsdaten beeinflusst, wie viele Operationen in einen einzelnen Block passen. Intelligente Vertragsinteraktionen, insbesondere auf Ethereum, erfordern oft größere Nutzlasten als einfache Token-Transfers, wodurch die Gesamtzahl der Transaktionen pro Block reduziert wird.

4. Die Netzwerkausbreitungslatenz – die Zeit, die ein neu geschürfter Block benötigt, um alle Knoten zu erreichen – kann zu temporären Forks und vergeudeter Rechenleistung führen, was den effektiven Durchsatz verringert. Effiziente Peer-to-Peer-Netzwerk- und Komprimierungstechniken helfen, dieses Problem zu mildern.

5. Die Design-Kompromisse zwischen Dezentralisierung, Sicherheit und Skalierbarkeit – das sogenannte „Blockchain-Trilemma“ – führen dazu, dass die Steigerung des Durchsatzes oft auf Kosten einer oder beider anderer Eigenschaften geht. Systeme, die einen hohen Durchsatz anstreben, müssen diese Kompromisse sorgfältig abwägen.

Vergleich des Durchsatzes über große Blockchains hinweg

1. Ethereum hat nach dem Übergang zu PoS seinen Durchsatz unter optimalen Bedingungen von etwa 15 TPS auf möglicherweise 30–50 TPS verbessert. Allerdings übersteigt die Nachfrage häufig das Angebot, was zu hohen Gasgebühren in Spitzenverbrauchszeiten führt.

2. Binance Smart Chain (BSC) erreicht etwa 100–150 TPS durch die Verwendung eines kleineren Satzes von Validierungsknoten und kürzeren Blockintervallen, wobei Geschwindigkeit und Kosteneffizienz Vorrang vor vollständiger Dezentralisierung haben.

3. Cardano verwendet eine mehrschichtige Architektur und Ouroboros PoS, um einen moderaten Durchsatz – etwa 250 TPS – aufrechtzuerhalten und gleichzeitig den Schwerpunkt auf formale Verifizierung und langfristige Nachhaltigkeit zu legen.

4. Avalanche verwendet ein neuartiges Konsensprotokoll, das eine Endgültigkeit von weniger als einer Sekunde ermöglicht und bis zu 4.500 TPS über seine Primärketten hinweg unterstützt, was es für Hochfrequenzanwendungen attraktiv macht.

5. Die Sidechain-Lösungen und zkEVM-Rollups von Polygon haben in Testumgebungen einen Durchsatz von über 2.000 TPS gezeigt und zeigen, wie Hybridarchitekturen die Skalierbarkeit erheblich verbessern können, ohne das Sicherheitsmodell von Ethereum zu opfern.

Häufig gestellte Fragen

Wie hängt die Transaktionsendgültigkeit mit dem Durchsatz zusammen? Die Endgültigkeit einer Transaktion bestimmt, wann eine Transaktion als irreversibel gilt. Eine schnellere Endgültigkeit erhöht den wahrgenommenen Durchsatz, da Benutzer nicht so lange auf die Bestätigung warten müssen, selbst wenn TPS unverändert bleibt. Ketten, die Instant-Finality-Mechanismen wie Tendermint verwenden, erzielen trotz moderatem TPS eine höhere Benutzerfreundlichkeit.

Kann der Blockchain-Durchsatz ohne Hard Forks verbessert werden? Ja, bestimmte Upgrades können durch Soft Forks oder Off-Chain-Verbesserungen erfolgen. Segregated Witness (SegWit) auf Bitcoin erhöhte den effektiven Durchsatz durch die Reorganisation von Transaktionsdaten, ohne dass ein Hard Fork erforderlich war. Ebenso funktionieren Layer-2-Netzwerke unabhängig von Änderungen der Basisschicht.

Warum stehen einige Blockchains mit hohem Durchsatz in der Kritik? Viele Hochleistungsketten sind auf eine begrenzte Anzahl von Validatoren oder eine zentralisierte Infrastruktur angewiesen, um Geschwindigkeit zu erreichen. Dies wirft Bedenken hinsichtlich der Zensurresistenz und der langfristigen Widerstandsfähigkeit auf. Kritiker argumentieren, dass solche Modelle von den Kernprinzipien der Blockchain abweichen und Dezentralisierung gegen Leistung eintauschen.

Ist der Durchsatz das einzige Maß für die Blockchain-Leistung? Nein. Während der Durchsatz wichtig ist, spiegeln auch andere Kennzahlen wie Latenz, Kosten pro Transaktion, Energieverbrauch und Entwickleraktivität die Effektivität eines Netzwerks wider. Eine ausgewogene Bewertung berücksichtigt alle Aspekte und konzentriert sich nicht ausschließlich auf TPS.