Definition von Berechnungen

Was versteht man unter Berechnung?

Berechnung bezeichnet die Umwandlung von Eingaben nach festgelegten Regeln in überprüfbare und reproduzierbare Ergebnisse. Auf einer Blockchain handelt es sich dabei nicht um Code, der auf einem einzelnen Rechner ausgeführt wird, sondern um einen synchronisierten Prozess, bei dem mehrere Nodes dieselben Anweisungen ausführen und sich gemeinsam auf das Resultat einigen.

In der klassischen IT entspricht Berechnung dem Addieren von Zahlen in einer Tabellenkalkulation. Auf einer Blockchain ähnelt es einer öffentlichen Kontrolle: Jeder Node führt das gleiche Programm aus, und der Status wird erst dann on-chain festgehalten, wenn alle Nodes zum gleichen Ergebnis kommen. Das schafft Vertrauen und Transparenz.

Worin unterscheidet sich die Blockchain-Berechnung von herkömmlicher Berechnung?

Die wesentlichen Merkmale der Blockchain-Berechnung gegenüber traditionellen Ansätzen sind „verteilte Ausführung, Nachprüfbarkeit und gebührenbasierter Betrieb“. Während klassische IT Wert auf Geschwindigkeit und Vertraulichkeit legt, stehen bei der Blockchain Konsistenz und Nachprüfbarkeit im Vordergrund; Gebühren steuern die Ressourcennutzung.

Die wichtigsten Unterschiede im Überblick:

• Ausführungsumgebung: Klassische Anwendungen laufen auf Einzelrechnern oder privaten Servern; Blockchain-Berechnungen werden von Nodes im öffentlichen Netzwerk synchron ausgeführt.
• Kostenmodell: Jede Anweisung auf der Blockchain verursacht eine Gebühr (Gas), um Ressourcenmissbrauch zu verhindern; traditionelle Berechnung ist in der Regel nicht gebührenpflichtig pro Anweisung.
• Latenz und Durchsatz: Die Blockchain muss auf das Bündeln und Bestätigen von Transaktionen warten, wobei Geschwindigkeit durch Konsensmechanismus und Blockgröße begrenzt ist; klassische IT liefert Ergebnisse in Echtzeit.
• Transparenz und Prüfbarkeit: On-chain-Berechnungen sind öffentlich einsehbar und jederzeit überprüfbar; Protokolle und Daten klassischer Systeme liegen meist im Besitz der Betreiber.

Wie führen Blockchain-Nodes Berechnungen durch?

Der Berechnungsprozess auf einer Blockchain umfasst das Einreichen von Transaktionen durch Nutzer, die Validierung und Ausführung des Codes durch Nodes sowie die Konsensbildung im Netzwerk, bevor der globale Status aktualisiert wird.

Schritt 1: Nutzer reicht eine Transaktion ein. Diese enthält die „aufzurufende Vertragsfunktion, Parameter und Gas-Zahlung“ – sie weist das System an, „das Programm auszuführen“.

Schritt 2: Nodes bündeln Transaktionen. Nodes sind Computer, die das Netzwerk betreiben. Sie wählen gültige Transaktionen aus, die in einen Kandidatenblock aufgenommen werden.

Schritt 3: Nodes führen den Vertragscode aus. Bei Ethereum übernimmt dies die EVM (Ethereum Virtual Machine – eine plattformübergreifende Ausführungsumgebung), die den Bytecode Schritt für Schritt verarbeitet und Statusänderungen sowie Ereignisprotokolle berechnet.

Schritt 4: Das Netzwerk erzielt Konsens. Konsens definiert, auf welchen Block und welche Ergebnisse sich das Netzwerk einigt. Übliche Verfahren sind PoW (Proof of Work – Wettbewerb über Rechenleistung) und PoS (Proof of Stake – Konsens durch Staking und Abstimmung). Für Einsteiger gilt: Diese Mechanismen entscheiden über die Gültigkeit der Ergebnisse.

Schritt 5: Status wird aktualisiert und abfragbar. Nach Bestätigung eines Blocks werden die Ergebnisse in die Chain geschrieben, alle Nodes aktualisieren ihre Kopien und jeder kann die Resultate prüfen.

Warum benötigen Smart-Contract-Berechnungen Gas?

Smart-Contract-Berechnungen erfordern Gas, da das Netzwerk CPU-Leistung, Speicherzugriffe und weitere Ressourcen berücksichtigen muss, um Missbrauch durch kostenlose Berechnung zu verhindern. Gas funktioniert wie ein Taxameter – Sie zahlen nach Verbrauch, die Preise schwanken je nach Netzauslastung.

So schätzen Sie die Berechnungskosten einer Transaktion:

1. Bewerten Sie die Komplexität der Funktion. Operationen wie Statuszugriffe, Schleifen oder das Erstellen neuer Verträge verbrauchen mehr Gas.
2. Prüfen Sie den aktuellen Gas-Preis im Netzwerk. Die Preise richten sich nach Angebot und Nachfrage und steigen bei hoher Auslastung.
3. Legen Sie ein geeignetes Gas-Limit fest. Das Gas-Limit definiert Ihre maximale Zahlungsbereitschaft; ist es zu niedrig, schlägt die Ausführung fehl, zu hoch setzt nur eine Obergrenze – nicht den tatsächlichen Verbrauch.

Auf Ethereum empfehlen Wallets meist passende Gas-Parameter; bei komplexen DApps ist es ratsam, ein höheres Gas-Limit zu wählen.

Was, wenn On-Chain-Berechnung zu langsam ist? Wie hilft Layer 2?

Ist das Mainnet überlastet oder die Gebühren hoch, kann die Berechnung auf Layer 2 ausgelagert werden; nur kompakte Ergebnisse oder Nachweise werden zurück auf das Mainnet übertragen. Layer 2 dient als „Beschleunigungskanal“ für die Hauptchain – reduziert Kosten und erhöht den Durchsatz.

Gängige Layer-2-Modelle sind:

• Optimistic Rollups: Ergebnisse gelten zunächst als korrekt, mit einer Einspruchsfrist für Streitfälle. Bei Einspruch werden Transaktionen im Mainnet neu berechnet. Vorteile: geringe Gebühren; Nachteile: Endgültigkeit erst nach Ablauf der Frist.
• Zero-Knowledge Rollups (ZK Rollups): Mathematische Nachweise werden für die Berechnungsergebnisse erstellt; das Mainnet prüft nur die Nachweise. Vorteile: schnelle Bestätigung und hohe Sicherheit; Nachteile: Die Erstellung der Nachweise ist rechenintensiv.

Große Analyseplattformen zeigen seit Jahren einen stetigen Anstieg der Layer-2-Transaktionen – ein Trend zur Auslagerung rechenintensiver Aufgaben, während die Verifikation on-chain bleibt.

Was ermöglicht Zero-Knowledge-Berechnung?

Zero-Knowledge-Berechnung erlaubt, die Korrektheit von Ergebnissen „ohne Offenlegung der zugrundeliegenden Abläufe“ zu beweisen. Es ist vergleichbar mit dem Komprimieren eines umfangreichen Hausaufgabenprozesses auf ein prüfbares Lösungsblatt – die Lehrkraft (Mainnet) prüft nur das Ergebnisblatt.

Vorteile:

• Datenschutz und Compliance: Eingaben bleiben privat, während die Korrektheit on-chain nachprüfbar ist – ideal für sensible Daten.
• Skalierbarkeit und Performance: Das Mainnet prüft nur Nachweise, während die rechenintensive Arbeit off-chain erfolgt – das steigert den Durchsatz.
• Komposabilität: Komplexe Aufgaben wie KI-Inferenz oder Finanzmodellierung können off-chain berechnet werden; Nachweise werden zur Verifikation on-chain eingereicht – verbindet Vertrauenswürdigkeit mit Effizienz.

Wie teilen dezentrale Anwendungen Berechnung und Speicherung auf?

Ein gängiges Design für dezentrale Anwendungen lautet: „Kritischer Status und überprüfbare Berechnung on-chain, aufwendige Berechnungen und große Dateien off-chain“.

Praktische Ansätze:

• Wesentliche Logik (z. B. Asset-Transfers, Liquidationsregeln, Governance-Abstimmungen) wird on-chain ausgeführt – für öffentliche Prüfbarkeit.
• Rechenintensive Aufgaben (wie Bildverarbeitung, KI-Inferenz oder Simulationen) werden off-chain ausgelagert; Ergebnisse gelangen über Oracles on-chain. Oracles dienen als Brücke zwischen Off-Chain-Daten und Blockchain.
• Große Dateien werden in dezentralen Speichernetzwerken wie IPFS oder ähnlichen Diensten abgelegt; nur der Hash wird on-chain zur Manipulationssicherheit gespeichert.

Dieses Design balanciert Sicherheit und Kosteneffizienz.

Welche Gate-Prozesse beinhalten On-Chain-Berechnung?

Bei der Nutzung von Blockchain-Funktionen auf Gate werden verschiedene On-Chain-Berechnungen ausgelöst – etwa bei Ein- und Auszahlungen, DApp-Interaktionen und der Verwaltung von Vertragskonten.

Schritt 1: Einzahlung auf On-Chain-Adresse. Ihre von Gate generierte Einzahlungsadresse empfängt die Überweisung; Netzwerk-Nodes validieren die Transaktion und aktualisieren Ihr Guthaben nach Bestätigung im Block.

Schritt 2: Auszahlung auf externe Adresse. Bei einer Auszahlungsanfrage wird eine On-Chain-Überweisung ausgeführt – verbraucht Gas und wartet auf Bestätigung. Achten Sie auf Netzwerkauslastung und Gebühren.

Schritt 3: Vertragsinteraktionen. Die Nutzung von Gate-unterstützten Vertragskonten oder das Verbinden einer externen Wallet zur Interaktion mit DApps löst die Ausführung von Smart Contracts aus. Komplexe Aktionen (wie das Minten von NFTs oder fortgeschrittene DeFi-Strategien) verbrauchen meist mehr Gas.

Sicherheitstipps:

• Setzen Sie Gas-Parameter sorgfältig, um gescheiterte oder verzögerte Transaktionen zu vermeiden.
• Seien Sie vorsichtig bei „kostenlosem Gas“ oder „ultra-niedrigen Gebühren“ – dahinter könnten Phishing-Versuche stecken.
• Starten Sie mit kleinen Beträgen, bevor Sie größere bewegen; prüfen Sie stets Vertragsquellen und Berechtigungsanfragen.

Welche Sicherheitsrisiken bestehen bei Berechnungen?

Risiken entstehen vor allem durch Fehler in der Vertragslogik, Manipulation der Ausführungsreihenfolge und fehlerhafte Gebühreneinstellungen.

Typische Risiken:

• Logikfehler: Reentrancy-Attacken treten auf, wenn Verträge erneut aufgerufen werden, bevor die vorherige Ausführung abgeschlossen ist, was zu inkonsistentem Status führt. Gegenmaßnahmen sind „Checks-Effects-Interactions“-Muster und geprüfte Bibliotheken.
• Ausführungsreihenfolge & MEV: Miner oder Validatoren können Transaktionen umsortieren, um zusätzlichen Profit (MEV) zu erzielen. Abhilfe schaffen private Transaktionskanäle oder verzögerte Offenlegung sensibler Informationen.
• Gas-Fehlkonfiguration: Ein zu niedriges Gas-Limit stoppt die Ausführung; zu hohe Preise verschwenden Mittel. Nutzen Sie Wallet-Empfehlungen und erhöhen Sie bei Auslastung moderat.
• Übermäßige Berechtigungen: Das Signieren unbegrenzter Freigaben kann Verträgen ermöglichen, Vermögenswerte ohne Ihr Wissen zu übertragen. Gewähren Sie nur notwendige Berechtigungen und widerrufen Sie diese regelmäßig.

Wie greifen diese Schlüsselpunkte ineinander?

Auf Blockchains ist Berechnung überprüfbar, verteilt und durch Gebühren reguliert – Nodes führen gemeinsam Smart-Contract-Logik aus, Ergebnisse werden nach Konsens im Status festgeschrieben. Um Kosten und Latenz zu senken, werden rechenintensive Aufgaben auf Layer 2 oder Off-Chain-Lösungen ausgelagert, wobei Zero-Knowledge-Nachweise die Korrektheit auf dem Mainnet belegen. Das Design von Anwendungen sollte „on-chain vertrauenswürdige Berechnung“ mit „off-chain effizienter Verarbeitung“ ausbalancieren und bei Interaktionen wie Einzahlungen, Auszahlungen oder Vertragsaufrufen auf Gate stets Gas-Gebühren, Berechtigungen und Risiken beachten. Wer diese Konzepte beherrscht, kann Performance, Kosteneffizienz und Sicherheit im Web3 gezielt planen.

FAQ

Warum sind Blockchain-Berechnungen so teuer?

Blockchain-Berechnungen sind kostspielig, weil jede Operation von allen Netzwerk-Nodes validiert und gespeichert werden muss. Im Gegensatz zu klassischer IT, die auf einem einzelnen Server basiert, garantiert die Blockchain Dezentralität und Unveränderlichkeit – das führt zu höheren Kosten. Die Gas-Gebühr auf Gate spiegelt diese verteilte Berechnung wider.

Warum dauert die Bestätigung meiner Transaktion auf der Chain so lange?

Die Geschwindigkeit von Blockchain-Transaktionen hängt von der Netzwerkauslastung und den Blockproduktionsintervallen ab. Bitcoin erzeugt beispielsweise alle 10 Minuten einen Block, Ethereum alle 12 Sekunden – das setzt Obergrenzen für die Bestätigungszeiten. Bei hoher Auslastung wird Ihre Transaktion in die Warteschlange gestellt; wählen Sie nach Möglichkeit Nebenzeiten oder nutzen Sie höhere Gas-Gebühren zur Beschleunigung.

Was ist der Unterschied zwischen Zero-Knowledge-Nachweisen und regulärer Berechnung?

Zero-Knowledge-Nachweise sind spezielle Berechnungen, mit denen Sie die Korrektheit von Informationen beweisen können, ohne die zugrunde liegenden Daten offenzulegen. Bei Standardberechnungen müssen alle Eingaben und Abläufe öffentlich gemacht werden; Zero-Knowledge-Nachweise legen nur Ergebnisse und Validierungen offen. So sind datenschutzfreundliche Transaktionen möglich – eine Schlüsseltechnologie für Blockchain-Privatsphäre.

Warum ist Off-Chain-Berechnung mit On-Chain-Verifikation schneller?

Off-Chain-Berechnung erfolgt auf klassischen Servern – schnell und kostengünstig –, wobei nur die Ergebnisse zur Verifikation on-chain übertragen werden. Das ist das Prinzip von Layer-2-Lösungen: Massenverarbeitung auf Sidechains oder Sekundärnetzwerken mit periodischer Übertragung zur Hauptchain. Gate unterstützt mehrere Layer-2-Netzwerke, damit Nutzer Geschwindigkeit und Sicherheit flexibel ausbalancieren können.

Wie können Nutzer die Logik der Blockchain-Berechnung verstehen?

Stellen Sie sich Blockchain-Berechnung wie eine Abstimmung in der Klasse vor, bei der alle sowohl den Ablauf als auch das Ergebnis prüfen – Manipulation ist ausgeschlossen. Beginnen Sie mit „Konsensmechanismen“ (wie Einigkeit erzielt wird), dann „Smart Contracts“ (selbst ausführende Regeln), gefolgt von „Gas-Gebühren“ (Bezahlung der Nodes für Ihre Befehle). Am schnellsten lernen Sie diese Konzepte, indem Sie die Transaktionsprozesse auf Gate selbst erleben.