Warum Blockchain-TPS-Zahlen in der realen Welt oft zusammenbrechen

Blockchain-Transaktionen pro Sekunde (TPS) werden oft als Leistungsmaßstab behandelt, aber sie erzählen nicht die ganze Geschichte darüber, ob ein Netzwerk in der Praxis skalieren kann.

Carter Feldman, Gründer von Psy Protocol und ehemaliger Hacker, sagte Cointelegraph, dass TPS-Zahlen oft irreführend seien, weil sie ignorieren, wie Transaktionen tatsächlich verifiziert und über dezentrale Systeme weitergeleitet werden.

„Viele Pre-Mainnet-, Testnet- oder isolierte Benchmarking-Tests messen TPS mit nur einem laufenden Knoten. An diesem Punkt könnte man Instagram genauso gut eine Blockchain nennen, die 1 Milliarde TPS erreichen kann, weil es eine zentrale Autorität hat, die jeden API-Aufruf validiert", sagte Feldman.

Ein Teil des Problems ist, wie die meisten Blockchains konzipiert sind. Je schneller sie versuchen zu werden, desto schwerer wird die Last auf jedem Knoten und desto schwieriger wird die Dezentralisierung. Diese Last kann reduziert werden, indem man die Transaktionsausführung von der Verifizierung trennt.

TPS-Zahlen ignorieren die Kosten der Dezentralisierung

TPS ist ein gültiger Maßstab für die Blockchain-Leistung. Wenn ein Netzwerk höhere TPS hat, kann es mehr reale Nutzung bewältigen.

Aber Feldman argumentierte, dass die meisten Schlagzeilen-TPS-Zahlen ideale Einstellungen darstellen, die sich nicht in reale Durchsatzleistung übersetzen lassen. Die beeindruckenden Zahlen zeigen nicht, wie das System unter dezentralen Bedingungen funktioniert.

„Die TPS einer virtuellen Maschine oder eines einzelnen Knotens sind kein Maß für die echte Mainnet-Leistung einer Blockchain", sagte Feldman.

Jeder vollständige Knoten in einer Blockchain muss überprüfen, dass Transaktionen den Regeln des Protokolls entsprechen. Wenn ein Knoten eine ungültige Transaktion akzeptiert, sollten andere sie ablehnen. Das ist es, was ein dezentrales Ledger funktionieren lässt.

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Die Blockchain-Leistung berücksichtigt, wie schnell eine virtuelle Maschine Transaktionen ausführt. Aber Bandbreite, Latenz und Netzwerktopologie sind in der realen Welt wichtig. Die Leistung hängt also auch davon ab, wie Transaktionen von anderen Knoten im Netzwerk empfangen und verifiziert werden.

Infolgedessen weichen in Whitepapers veröffentlichte TPS-Zahlen oft von der Mainnet-Leistung ab. Benchmarks, die die Ausführung von Weiterleitungs- und Verifizierungskosten isolieren, messen etwas, das näher an der Geschwindigkeit virtueller Maschinen als an der Blockchain-Skalierbarkeit liegt.

EOS, ein Netzwerk, auf dem Feldman ein ehemaliger Block-Produzent war, brach 2018 Rekorde bei Initial Coin Offerings. Sein Whitepaper schlug eine theoretische Skalierung von etwa 1 Million TPS vor. Das bleibt selbst nach 2026er Standards eine beeindruckende Zahl.

EOS erreichte nie sein theoretisches TPS-Ziel. Frühere Berichte behaupteten, es könne unter günstigen Einstellungen 4.000 Transaktionen erreichen. Forschungen, die von Blockchain-Testern bei Whiteblock durchgeführt wurden, fanden jedoch heraus, dass der Durchsatz unter realistischen Netzwerkbedingungen auf etwa 50 TPS fiel.

Im Jahr 2023 demonstrierte Jump Crypto, dass sein Solana-Validator-Client Firedancer das erreichte, was EOS nicht konnte, indem er 1 Million TPS testete. Der Client wird seitdem ausgerollt, wobei viele Validatoren eine Hybridversion namens Frankendancer betreiben. Solana verarbeitet unter Live-Bedingungen heute typischerweise etwa 3.000-4.000 TPS. Ungefähr 40 % dieser Transaktionen sind Nicht-Vote-Transaktionen, die die tatsächliche Benutzeraktivität besser widerspiegeln.

Das lineare Skalierungsproblem durchbrechen

Der Blockchain-Durchsatz skaliert normalerweise linear mit der Arbeitslast. Mehr Transaktionen spiegeln mehr Aktivität wider, aber es bedeutet auch, dass Knoten mehr Daten empfangen und verifizieren.

Jede zusätzliche Transaktion fügt eine rechnerische Last hinzu. An einem bestimmten Punkt machen Bandbreitengrenzen, Hardware-Einschränkungen und Synchronisierungsverzögerungen weitere Steigerungen ohne Opferung der Dezentralisierung nicht nachhaltig.

Feldman sagte, dass die Überwindung dieser Einschränkung ein Überdenken erfordert, wie Gültigkeit bewiesen wird, was durch Zero-Knowledge (ZK)-Technologie erfolgen kann. ZK ist eine Möglichkeit zu beweisen, dass ein Stapel von Transaktionen korrekt verarbeitet wurde, ohne dass jeder Knoten diese Transaktionen erneut ausführen muss. Da es ermöglicht, dass die Gültigkeit bewiesen wird, ohne alle zugrunde liegenden Daten offenzulegen, wird ZK oft als Lösung für Datenschutzprobleme gepusht.

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Feldman argumentiert, dass es die Skalierungslast auch durch rekursive ZK-Beweise erleichtern kann. Einfach ausgedrückt bezieht sich dies auf Beweise, die andere Beweise verifizieren.

„Es stellt sich heraus, dass man zwei ZK-Beweise nehmen und einen ZK-Beweis generieren kann, der beweist, dass beide dieser Beweise korrekt sind", sagte Feldman. „Man kann also zwei Beweise nehmen und sie zu einem Beweis machen."

„Nehmen wir an, wir beginnen mit 16 Benutzertransaktionen. Wir können diese 16 nehmen und sie zu acht Beweisen machen, dann können wir die acht Beweise nehmen und sie zu vier Beweisen machen", erklärte Feldman, während er eine Grafik eines Beweisbaums teilte, in dem mehrere Beweise letztendlich zu einem werden.

In traditionellen Blockchain-Designs erhöhen steigende TPS die Verifizierungs- und Bandbreitenanforderungen für jeden Knoten. Feldman argumentiert, dass mit einem beweisbasierten Design der Durchsatz steigen kann, ohne die Verifizierungskosten pro Knoten proportional zu erhöhen.

Das bedeutet nicht, dass ZK Skalierungs-Kompromisse vollständig eliminiert. Die Generierung von Beweisen kann rechenintensiv sein und erfordert möglicherweise spezialisierte Infrastruktur. Während die Verifizierung für gewöhnliche Knoten günstig wird, verlagert sich die Last auf Beweiser, die schwere kryptografische Arbeit leisten müssen. Die Nachrüstung beweisbasierter Verifizierung in bestehende Blockchain-Architekturen ist ebenfalls komplex, was erklärt, warum die meisten großen Netzwerke immer noch auf traditionelle Ausführungsmodelle setzen.

Leistung jenseits des rohen Durchsatzes

TPS ist nicht nutzlos, aber es ist bedingt. Laut Feldman sind rohe Durchsatzzahlen weniger aussagekräftig als wirtschaftliche Signale wie Transaktionsgebühren, die einen klareren Indikator für Netzwerkgesundheit und -nachfrage liefern.

„Ich würde behaupten, dass TPS der zweitwichtigste Maßstab für die Leistung einer Blockchain ist, aber nur, wenn es in einer Produktionsumgebung oder in einer Umgebung gemessen wird, in der Transaktionen nicht nur verarbeitet, sondern auch von anderen Knoten weitergeleitet und verifiziert werden", sagte er.

Das dominante und bestehende Design der Blockchain beeinflusste auch Investitionen. Diejenigen, die um sequenzielle Ausführung herum modelliert sind, können nicht einfach beweisbasierte Verifizierung aufschrauben, ohne neu zu gestalten, wie Transaktionen verarbeitet werden.

„Ganz am Anfang war es fast unmöglich, Geld für etwas anderes als ein ZK EVM [Ethereum Virtual Machine] zu sammeln", sagte Feldman und erklärte die früheren Finanzierungsprobleme von Psy Protocol.

„Der Grund, warum die Leute es am Anfang nicht finanzieren wollten, ist, dass es eine Weile dauerte", fügte er hinzu. „Man kann nicht einfach EVMs oder deren Zustandsspeicherung forken, weil alles völlig anders gemacht wird."

In den meisten Blockchains bedeuten höhere TPS mehr Arbeit für jeden Knoten. Eine Schlagzeilenzahl allein zeigt nicht, ob diese Arbeitslast nachhaltig ist.

Magazin: Ethereums Roadmap zu 10.000 TPS mit ZK-Technologie: Dummies-Guide