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On-Chain- vs. Off-Chain-Daten: Was ist der Unterschied?
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On-Chain vs. Off-ChainBlockchain-Datenspeicherung
TL;DR: On-Chain-Daten befinden sich direkt in der Blockchain und sind somit dauerhaft, transparent und für jeden überprüfbar. Off-Chain-Daten werden außerhalb der Blockchain gespeichert, in der Regel auf herkömmlichen Servern, in dezentralen Speichernetzwerken wie IPFS oder in privaten Datenbanken. Die meisten Anwendungen in der Praxis nutzen eine Kombination aus beidem: Kritische Daten werden on-chain gespeichert, während umfangreichere oder weniger wichtige Daten aus Kostengründen und zur Leistungssteigerung off-chain gespeichert werden.
Die einfache Erklärung
Jede Blockchain verfügt nur über begrenzten Speicherplatz. Daten in der Blockchain zu speichern bedeutet, sie in eine Transaktion oder den Status eines Smart Contracts einzuschreiben, der dauerhaft auf jedem Knoten im Netzwerk aufgezeichnet wird. Dadurch sind die Daten fälschungssicher und für alle zugänglich, doch dies hat seinen Preis. Auf Ethereum kann das Speichern von nur 32 Byte Daten je nach Gaspreisen mehrere Dollar kosten. Das Speichern eines gesamten Bildes oder Dokuments in der Blockchain wäre unerschwinglich teuer.
Hier kommen Off-Chain-Daten ins Spiel. Anstatt ein vollständiges Bild in der Blockchain zu speichern, könnte ein Entwickler das Bild auf IPFS (einem dezentralen Dateispeichernetzwerk) ablegen und dann nur den IPFS-Inhalts-Hash in der Blockchain speichern. Der Blockchain-Eintrag belegt, wie die Daten aussehen sollten, während der Off-Chain-Speicher sie tatsächlich enthält. Dieser hybride Ansatz verbindet die Überprüfbarkeit der Blockchain mit der Skalierbarkeit traditioneller oder dezentraler Speichersysteme.
Stellen Sie sich das wie eine Grundbuchurkunde vor. Die Urkunde selbst (ein kleines, entscheidendes Dokument, das das Eigentumsrecht bescheinigt) wird im Grundbuchamt des Landkreises hinterlegt. Das eigentliche Haus, die Baupläne, die Prüfberichte und die Fotos befinden sich jedoch alle an anderer Stelle. Die Urkunde verweist auf die Immobilie. Die Blockchain funktioniert auf dieselbe Weise: Sie speichert die entscheidenden Nachweise und Verweise, während umfangreichere Datensätze außerhalb der Blockchain liegen.
Was gilt als On-Chain-Daten?
On-Chain-Daten umfassen alles, was dauerhaft im Status der Blockchain oder im Transaktionsverlauf gespeichert ist. Dazu gehören Transaktionsdaten (Absender, Empfänger, Betrag, Zeitstempel), Smart-Contract-Code und Statusvariablen (Token-Guthaben, Eigentumsverhältnisse, Governance-Abstimmungen), von Smart Contracts ausgegebene Ereignisprotokolle sowie Block-Metadaten wie Zeitstempel und Validator-Informationen.
Wenn ein Nutzer Token an einer dezentralen Börse tauscht, wird die gesamte Transaktion – einschließlich der Beträge, der beteiligten Adressen und der daraus resultierenden Zustandsänderungen – in der Blockchain aufgezeichnet. Bei der Prägung eines NFT werden die Token-ID, die Adresse des Eigentümers und die Metadaten-URI im On-Chain-Zustand des Smart Contracts gespeichert. Diese Daten sind nach ihrer Bestätigung unveränderlich, was bedeutet, dass niemand sie nachträglich ändern kann.
On-Chain-Daten sind es, die der Blockchain ihren zentralen Mehrwert verleihen: die vertrauensunabhängige Verifizierung. Jeder, der einen Knoten betreibt oder eine Anfrage an einen RPC-Endpunkt stellt, kann jede On-Chain-Datenangabe unabhängig überprüfen, ohne auf Dritte angewiesen zu sein. Sie sind die einzige verlässliche Informationsquelle für das Netzwerk.
Was gilt als Offchain-Daten?
Off-Chain-Daten sind alle Daten, die außerhalb der Blockchain existieren, auf die jedoch im Rahmen von On-Chain-Aktivitäten Bezug genommen wird oder die für diese relevant sind. Dazu gehören NFT-Bilder und Metadaten-Dateien, die auf IPFS oder zentralisierten Servern gespeichert sind, große Datensätze, die von Dapps genutzt werden (Benutzerprofile, Bestellhistorien, Analysen), Oracle-Datenfeeds, die Informationen aus der realen Welt (Preise, Wetter, Sportergebnisse) in die Blockchain einbringen, Layer-2-Transaktionsdaten, bevor sie gebündelt und auf Layer 1 abgewickelt werden, sowie Anwendungs-Frontends und APIs, die mit Smart Contracts interagieren.
Das gängigste Verfahren besteht darin, einen Inhalts-Hash oder eine URI in der Blockchain zu speichern, die auf Off-Chain-Daten verweist. So speichern beispielsweise die meisten NFT-Smart-Contracts eine „tokenURI“, die auf eine JSON-Metadatendatei verweist, die auf IPFS oder einem Webserver gehostet wird. Diese JSON-Datei enthält die Bild-URL, die Beschreibung und die Attribute. Die Blockchain kennt den Verweis. Das Off-Chain-System speichert die eigentlichen Daten.
Orakel wie Chainlink bilden eine wichtige Brücke zwischen der On-Chain- und der Off-Chain-Welt. Smart Contracts können von Haus aus nicht auf externe Daten zugreifen. Sie können weder einen Aktienkurs abrufen noch ein Wetterereignis überprüfen oder eine Lieferung in der realen Welt bestätigen. Orakel rufen diese Off-Chain-Daten ab und stellen sie auf verifizierbare Weise in der Blockchain bereit, sodass Smart Contracts auf Ereignisse in der realen Welt reagieren können.
Die Vor- und Nachteile
Die Entscheidung, was on-chain und was off-chain gespeichert werden soll, hängt von den Anforderungen hinsichtlich Kosten, Geschwindigkeit, Dauerhaftigkeit und Vertrauen ab. Die Speicherung on-chain ist teuer, dafür aber dauerhaft und vertrauensunabhängig. Die Off-Chain-Speicherung ist kostengünstig und schnell, führt jedoch zu Abhängigkeiten von externen Systemen. Wenn das Bild eines NFT auf einem zentralisierten Server gespeichert ist und dieser Server ausfällt, existiert das NFT zwar weiterhin in der Blockchain, aber das Kunstwerk, das es darstellt, ist nicht mehr zugänglich. Befindet sich das Bild auf IPFS und wird es von niemandem gepinnt, kann dasselbe passieren.
Dezentrale Speicherprotokolle wie IPFS und Arweave zielen darauf ab, dieses Problem zu lösen, indem sie Dateien über ein Netzwerk von Knoten verteilen, anstatt sich auf einen einzelnen Server zu verlassen. IPFS nutzt inhaltsadressierten Speicher, was bedeutet, dass Dateien nicht über einen Serverstandort, sondern über ihren kryptografischen Hash referenziert werden. Solange mindestens ein Knoten im Netzwerk die Datei „pinnt“, bleibt sie zugänglich. Arweave geht noch einen Schritt weiter, indem es durch ein Modell mit einmaliger Gebühr Anreize für die dauerhafte Speicherung schafft.
Für Entwickler, die Produktionsanwendungen erstellen, sieht die Architektur in der Regel vor, alle finanziell relevanten Zustände (Guthaben, Eigentumsverhältnisse, Genehmigungen) auf der Blockchain zu speichern, größere Assets in dezentralen Speichern wie IPFS abzulegen, häufig abgerufene Daten aus Leistungsgründen in Off-Chain-Datenbanken zwischenzuspeichern und Indexer sowie Datenpipelines zu nutzen, um die Daten auf der Blockchain abfragbar zu machen.
Was ist der Unterschied zwischen On-Chain- und Off-Chain-Daten?
On-Chain- und Off-Chain-Daten unterscheiden sich hinsichtlich ihres Speicherorts und der damit verbundenen Garantien. On-Chain-Daten werden in das Hauptbuch einer Blockchain geschrieben und von jedem Knoten validiert, während Off-Chain-Daten in externen Systemen gespeichert sind, auf die die Blockchain lediglich verweist. In der folgenden Tabelle werden sie anhand der wichtigsten Merkmale miteinander verglichen.
Attribut
On-Chain-Daten
Off-Chain-Daten
Standort
In Blöcken und im Vertragsstatus gespeichert
Server, IPFS oder Datenbanken
Kosten
Hoch, Abrechnung pro Byte in Gas
Niedrige Standardpreise für die Speicherung
Geschwindigkeit
Eingeschränkt durch Blockzeiten
Schnelle, nahezu sofortige Lese- und Schreibvorgänge
Beständigkeit
Nach der Bestätigung nicht mehr veränderbar
Änderbar, sofern nicht fixiert oder archiviert
Transparenz
Öffentlich und für jeden einsehbar
Privat oder zugriffskontrolliert
Vertrauensmodell
Vertrauenslos, durch Konsens gesichert
Hängt vom Host oder vom Speichernetzwerk ab
Am besten geeignet für
Salden, Eigentumsverhältnisse, Nachweise
Bilder, große Dateien, zwischengespeicherte Analysedaten
Wann sollte man Daten auf der Blockchain und wann außerhalb der Blockchain speichern?
Die Faustregel ist einfach: Alles, was vertrauensunabhängig, endgültig und öffentlich überprüfbar sein muss, sollte on-chain bleiben, während alles andere off-chain verlagert wird, um Kosten zu sparen und die Geschwindigkeit zu erhöhen. Die folgende Tabelle ordnet gängige Datentypen der Speicherschicht zu, die in der Regel am besten geeignet ist.
Datentyp
Empfohlener Standort
Warum
Token-Guthaben und Eigentumsverhältnisse
Onchain
Muss vertrauenslos und endgültig sein
Logik von Smart Contracts
Onchain
Die Ausführung muss nachprüfbar sein
NFT-Medien und Metadaten
Offchain (IPFS)
Zu groß und zu kostspielig, um sie auf der Blockchain zu speichern
Analysen und Suchindizes
Offchain
Erfordert schnelle Abfragen, die auf der Grundlage von Kettendaten neu erstellt werden
Datenfeeds aus der Praxis
Off-Chain über Orakel
Ketten können keine externen Daten abrufen
Die Logik, die diese Regeln durchsetzt, ist in Smart Contracts verankert, und der Off-Chain-Teil ist in der Regel auf die Blockchain-Indizierung angewiesen, um rohe On-Chain-Ereignisse in schnelle, durchsuchbare Datensätze umzuwandeln. Wenn Sie überlegen, wie Sie den Status in großem Maßstab auslesen können, sehen Sie sich an, wie verschiedene Teams bei der Abfrage von Blockchain-Daten vorgehen.
Finden Layer-2- und Rollup-Transaktionen on-chain oder off-chain statt?
Layer-2-Transaktionen beginnen außerhalb der Blockchain und werden erst nach ihrer Abwicklung in die Blockchain übernommen. Eine Layer-2-Blockchain führt Transaktionen aus Geschwindigkeitsgründen auf einer separaten Ebene aus; anschließend fasst ein Rollup viele davon zu einem Batch zusammen und übermittelt komprimierte Daten sowie einen Nachweis zurück an Layer 1. Die Ausführung erfolgt also außerhalb der Blockchain, doch die endgültigen Daten und die Sicherheit sind in der Blockchain verankert. Die beiden wichtigsten Ansätze – optimistische Rollups und ZK-Rollups – unterscheiden sich darin, wie sie die Gültigkeit der gebündelten Off-Chain-Arbeit nachweisen.
Wie verbinden Orakel Off-Chain-Daten mit der Blockchain?
Smart Contracts können nicht eigenständig auf das Internet zugreifen, daher sind sie auf Oracles angewiesen, um Informationen von außerhalb der Blockchain in die Blockchain zu übertragen. Ein Orakel-Netzwerk ruft externe Daten wie Vermögenspreise oder Ereignisausgänge ab, erzielt eine Einigung über den Wert und schreibt diesen in einen Vertrag, den andere Verträge lesen können. Auf diese Weise kann ein DeFi-Protokoll auf einen Marktpreis reagieren oder ein Versicherungsvertrag auf ein Ereignis in der realen Welt reagieren, während der endgültige, für die Ausführung maßgebliche Wert in der Blockchain verbleibt und überprüfbar ist.
Häufig gestellte Fragen
Sind Off-Chain-Daten sicher?
Das kann sein, aber die Sicherheitsgarantien unterscheiden sich. Off-Chain-Daten übernehmen die Sicherheit des Speicherorts, an dem sie sich befinden. Ein zentraler Server stellt somit einen Single Point of Failure dar, während in inhaltsadressierten Netzwerken wie IPFS oder Arweave Kopien auf viele Knoten verteilt werden. Durch die Speicherung eines kryptografischen Hashwerts der Off-Chain-Daten auf der Blockchain kann jeder überprüfen, ob die Off-Chain-Daten nicht manipuliert wurden.
Was passiert mit einem NFT, wenn das Off-Chain-Bild nicht mehr verfügbar ist?
Das Token selbst existiert weiterhin in der Blockchain, doch das Kunstwerk, auf das es verweist, kann unerreichbar werden, wenn der Host verschwindet und niemand die Datei festpinnt. Aus diesem Grund speichern seriöse Projekte NFT-Medien auf IPFS oder Arweave und bewahren den Inhalts-Hash in der Blockchain auf, anstatt eine unzuverlässige Web-URL zu verwenden.
Können Smart Contracts Off-Chain-Daten direkt auslesen?
Nein. Smart Contracts sind deterministisch und von der Außenwelt isoliert, sodass sie keine Netzwerkaufrufe tätigen können. Sie sind auf Oracles angewiesen, die Off-Chain-Daten in einer überprüfbaren Form in die Blockchain übertragen, bevor sie diese nutzen können.
Ist IPFS on-chain oder off-chain?
IPFS ist ein Off-Chain-System. Es handelt sich um ein dezentrales Speichernetzwerk, in dem Dateien außerhalb der Blockchain gespeichert werden, während die Blockchain in der Regel nur den IPFS-Inhalts-Hash speichert, der auf diese Dateien verweist.
Wie greift man auf historische On-Chain-Daten zu?
Der aktuelle Status lässt sich von jedem Knoten aus leicht ablesen, doch für den Zugriff auf den vollständigen Verlauf sind oft Archivknoten oder eine Backfill-Pipeline erforderlich. Informationen zu den gängigen Ansätzen und ihren Vor- und Nachteilen finden Sie unter „Zugriff auf historische Blockchain-Daten “.
Wie Quicknode ins Bild passt
Die Arbeit mit On-Chain- und Off-Chain-Daten erfordert eine zuverlässige Infrastruktur. Die Core-API von Quicknode bietet Ihnen RPC-Zugriff mit geringer Latenz auf über 80 Blockchains zum Lesen und Schreiben von On-Chain-Daten. Mit Quicknode Streams können Sie Blockchain-Ereignisse in Echtzeit erfassen und an Off-Chain-Ziele wie Webhooks, PostgreSQL-Datenbanken oder S3-Buckets weiterleiten, wodurch sich auf einfache Weise Datenpipelines erstellen lassen, die eine Brücke zwischen der On-Chain- und der Off-Chain-Welt schlagen. Für die dezentrale Speicherung ermöglichen Ihnen der IPFS-Pinning- Dienst und die dedizierten Gateways von Quicknode das Speichern und Abrufen von Off-Chain-Inhalten, ohne dass Sie eigene IPFS-Knoten verwalten müssen.