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Was führt zu einer Überlastung der Blockchain?
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Blockchain-Überlastunghohe Gasgebühren
TL;DR: Eine Blockchain-Überlastung tritt auf, wenn mehr Transaktionen an das Netzwerk gesendet werden, als in den nächsten Block passen. Jede Blockchain hat eine maximale Rechen- oder Datenmenge, die sie pro Block verarbeiten kann, und wenn die Nachfrage diese Grenze überschreitet, bildet sich ein Rückstau im Mempool (dem Wartebereich für unbestätigte Transaktionen). Eine Überlastung führt zu höheren Transaktionsgebühren (da Nutzer um den begrenzten Platz im Block konkurrieren), längeren Bestätigungszeiten und einer verschlechterten Nutzererfahrung. Zu den Hauptursachen zählen die feste Blockkapazität, Nachfragespitzen aufgrund beliebter Veranstaltungen, die Dynamik des Gebührenmarktes sowie die grundlegenden Kompromisse beim Design, bei denen Sicherheit und Dezentralisierung Vorrang vor dem reinen Durchsatz haben.
Die einfache Erklärung
Eine Blockchain verarbeitet Transaktionen in Chargen, die als „Blöcke“ bezeichnet werden. Jeder Block unterliegt einer Kapazitätsbeschränkung. Bei Ethereum wird diese Beschränkung als „Gaslimit“ ausgedrückt (derzeit etwa 30 Millionen Gas pro Block). Bei Bitcoin handelt es sich um ein Gewichtslimit (4 Millionen Gewichtseinheiten pro Block). Bei Solana ist es eine Kombination aus Recheneinheiten und Kontosperren pro Slot. Unabhängig vom jeweiligen Mechanismus gibt es bei jeder Blockchain eine Obergrenze dafür, wie viel Arbeit pro Block verarbeitet werden kann.
Wenn die Anzahl der an das Netzwerk übermittelten Transaktionen geringer ist als die Blockkapazität, läuft alles reibungslos. Die Transaktionen werden in den nächsten Block aufgenommen, die Gebühren sind niedrig und die Bestätigung erfolgt schnell. Wenn die Anzahl der Transaktionen die Blockkapazität übersteigt, bildet sich eine Warteschlange. Diese Warteschlange ist der Mempool, ein von jedem Knoten verwalteter Speicherbereich, in dem gültige, aber noch nicht bestätigte Transaktionen darauf warten, in einen zukünftigen Block aufgenommen zu werden.
Der Mempool funktioniert nicht nach dem Prinzip „Wer zuerst kommt, mahlt zuerst“. Es handelt sich um eine gebührenbasierte Prioritätswarteschlange. Blockproduzenten (Miner oder Validatoren) wählen die Transaktionen aus, für die die höchsten Gebühren gezahlt werden, da dies ihre Einnahmen maximiert. Wenn der Mempool voll ist, müssen Nutzer, die eine schnelle Bestätigung ihrer Transaktionen wünschen, alle anderen überbieten, indem sie eine höhere Gebühr anbieten. Dieser Bieterkrieg führt dazu, dass die Gaspreise bei Überlastung in die Höhe schnellen. Bei Nutzern, die nicht bereit oder nicht in der Lage sind, die erhöhten Gebühren zu zahlen, bleiben ihre Transaktionen minuten-, stunden- oder manchmal sogar tagelang im Mempool hängen.
Nachfragespitzen
Die offensichtlichste Ursache für Überlastungen ist ein plötzlicher Anstieg der Nachfrage nach Blockplatz. Diese Spitzen werden oft durch bestimmte Ereignisse ausgelöst. Eine beliebte NFT-Prägung kann innerhalb weniger Minuten Zehntausende von Transaktionen generieren, da Sammler sich beeilen, sich limitierte Token zu sichern. Die Einführung eines DeFi-Protokolls oder die Inanspruchnahme eines Airdrops zieht eine Flut von Nutzern an, die gleichzeitig mit neuen Smart Contracts interagieren. Ein großer Marktcrash löst eine Welle von Liquidationen, Positionsschließungen und Panikverkäufen aus, da DeFi-Teilnehmer sich beeilen, ihre Positionen anzupassen.
Auf Ethereum wurden einige der schlimmsten Überlastungsereignisse in der Geschichte des Netzwerks durch bestimmte Anwendungen verursacht. Der „CryptoKitties“-Hype im Dezember 2017 legte das Netzwerk tagelang lahm. Die „Otherside“-NFT-Prägung von Yuga Labs im Mai 2022 führte dazu, dass die Gaspreise 8.000 Gwei überstiegen, wobei einige Nutzer Tausende von Dollar an Gebühren für Transaktionen zahlten, die letztendlich fehlschlugen. Airdrop-Ansprüche für Token wie UNI von Uniswap und ARB von Arbitrum führten zu anhaltenden Überlastungen, die Stunden andauerten, da Millionen berechtigter Wallets sich beeilten, ihre Ansprüche geltend zu machen.
Der Handel mit Meme-Token führt zu wiederkehrenden Überlastungen auf Blockchains wie Solana und Base, wo eine virale Token-Einführung innerhalb weniger Stunden Millionen von Swap-Transaktionen auslösen kann. Im Gegensatz zu geplanten Ereignissen (bei denen die Nutzer zumindest wissen, dass eine Überlastung bevorsteht) sind Meme-Token-Anstürme unvorhersehbar und können die Netzwerkkapazität ohne große Vorwarnung überlasten.
Feste Blockkapazität und Produktionsrate
Die eigentliche Ursache für die Überlastung liegt darin, dass die Blockkapazität und die Produktionsrate durch das Protokoll-Design festgelegt sind, während die Nachfrage variabel ist und manchmal explosionsartig ansteigt. Ethereum erzeugt alle 12 Sekunden einen Block mit einem Gaslimit von etwa 30 Millionen Gas. Eine einfache ETH-Überweisung kostet 21.000 Gas. Ein Uniswap-Swap kostet 150.000 bis 300.000 Gas. Eine komplexe DeFi-Transaktion kann 500.000 Gas oder mehr kosten. Unter idealen Bedingungen kann Ethereum je nach Komplexität der Transaktionen etwa 15–30 Transaktionen pro Sekunde verarbeiten. Wenn Tausende von Nutzern gleichzeitig versuchen, ein NFT zu prägen, einen Token zu tauschen oder einen Airdrop in Anspruch zu nehmen, reichen 15–30 TPS bei weitem nicht aus. Bitcoin steht vor derselben grundlegenden Einschränkung, allerdings mit noch engeren Grenzen. Blöcke werden alle 10 Minuten erzeugt (im Vergleich zu 12 Sekunden bei Ethereum), und jeder Block kann etwa 2.000–3.000 Transaktionen enthalten. Dies ergibt für Bitcoin einen Durchsatz von etwa 5–7 TPS. In Zeiten hoher Nachfrage können sich im Mempool von Bitcoin Hunderttausende unbestätigter Transaktionen ansammeln, wobei Transaktionen mit niedrigen Gebühren tagelang auf ihre Bestätigung warten müssen.
Diese Kapazitätsgrenzen sind nicht willkürlich. Sie dienen der Aufrechterhaltung der Dezentralisierung. Wären die Blöcke größer oder würden sie schneller erzeugt, könnten weniger Knoten die Anforderungen an die Datenverarbeitung bewältigen, was zu einer Zentralisierung des Netzwerks zugunsten von Betreibern mit teurer Hardware führen würde. Der Kompromiss zwischen Durchsatz und Dezentralisierung steht im Mittelpunkt des Blockchain-Designs und wird oft als „Blockchain-Trilemma“ bezeichnet (die Schwierigkeit, Skalierbarkeit, Sicherheit und Dezentralisierung gleichzeitig zu erreichen).
MEV und Prioritätsgasauktionen
Der „Maximal Extractable Value“ (MEV) trägt auf weniger offensichtliche, aber dennoch bedeutende Weise zur Überlastung bei. MEV bezeichnet den Gewinn, den Blockproduzenten und Sucher durch das Umordnen, Einfügen oder Zensieren von Transaktionen innerhalb eines Blocks erzielen können. Wenn sich eine profitable MEV-Gelegenheit ergibt (beispielsweise eine Arbitrage zwischen zwei DEXen), konkurrieren mehrere Sucher darum, diese zu nutzen, indem sie Transaktionen mit immer höheren Gebühren einreichen. Diese prioritätsbasierte Gas-Auktion beansprucht Blockplatz und treibt die Gebühren für alle in die Höhe – selbst für Nutzer, deren Transaktionen nichts mit der MEV-Gelegenheit zu tun haben.
Sandwich-Angriffe sind ein spezifisches MEV-Muster, das sich direkt auf normale Nutzer auswirkt. Ein Angreifer erkennt eine große Swap-Transaktion im Mempool, platziert davor eine Kauforder (Front-Running) und dahinter eine Verkaufsorder (Back-Running) und profitiert so von den Kursschwankungen, die die Transaktion des Opfers verursacht. Diese Front-Running- und Back-Running-Transaktionen beanspruchen zusätzlichen Blockplatz und erhöhen die Überlastung über das Maß hinaus, das durch die natürliche Nachfrage der Nutzer entstehen würde.
Layer-2-Lösungen und Entlastung bei Überlastung
Layer-2-Netzwerke (wie Arbitrum, Base, Optimism und zkSync) wurden unter anderem entwickelt, um die Überlastung auf Ethereum L1 zu verringern. Indem sie Transaktionen auf einer separaten Chain verarbeiten und komprimierte Zusammenfassungen an Ethereum zurücksenden, erhöhen L2s den für Nutzer verfügbaren Gesamtdurchsatz erheblich. Eine Transaktion, die auf Ethereum L1 bei Überlastung 5 US-Dollar an Gasgebühren kostet, könnte auf einem L2-Netzwerk nur 0,01 US-Dollar kosten. Allerdings können auch L2-Netzwerke bei extremen Nachfragespitzen selbst überlastet werden, und sie übernehmen einige Einschränkungen von der L1-Schicht, mit der sie abrechnen.
Solana verfolgt mit seinen lokalen Gebührenmärkten einen anderen Ansatz beim Engpassmanagement. Anstelle eines einzigen globalen Gebührenmarktes, auf dem alle Transaktionen um denselben Blockplatz konkurrieren, versucht Solana, Engpässe auf bestimmte „überlastete“ Konten zu beschränken. Transaktionen, die mit einem überlasteten Vertrag (wie einem beliebten DEX-Pool) interagieren, zahlen erhöhte Gebühren, während Transaktionen, die mit nicht betroffenen Verträgen interagieren, davon unberührt bleiben. Dieses Design verringert die Kollateralschäden von Engpassspitzen, beseitigt sie jedoch nicht vollständig.
Wie lange dauert eine Überlastung der Blockchain?
Die Dauer einer Überlastung hängt von ihrer Ursache ab. Ein geplantes Ereignis wie eine vielbeachtete NFT-Prägung oder die Einlösung eines Airdrops führt in der Regel zu einem starken Anstieg, der sich innerhalb von Minuten bis zu einigen Stunden wieder abflacht, sobald der Ansturm der Teilnehmer nachlässt. Eine anhaltende Überlastung ist anders: Wenn eine Blockchain dauerhaft nahe ihrer Kapazitätsgrenze läuft (beispielsweise während eines lang anhaltenden Bullenmarkts oder eines viralen Meme-Token-Zyklus), können erhöhte Gebühren und langsame Bestätigungen tagelang anhalten. Überlastungen bei Bitcoin klingen tendenziell langsamer ab als bei Ethereum, da die Blockzeit von 10 Minuten dazu führt, dass sich der Mempool in größeren, weniger häufigen Schritten entleert. Ein praktisches Anzeichen dafür, dass sich die Überlastung entspannt, ist eine sinkende Mempool-Größe in Verbindung mit rückläufigen Prioritätsgebühren.
Eine Überlastung steht zudem in engem Zusammenhang mit den Gründen, warum Blockchains generell langsamer werden, und unterscheidet sich von einem vollständigen Ausfall. Wenn ein Netzwerk die Erstellung von Blöcken vollständig einstellt, handelt es sich um einen Kettenstillstand und nicht um eine Überlastung.
Inwiefern unterscheiden sich die Blockgrenzen zwischen den verschiedenen Blockchains?
Da jede Blockchain festlegt, wie viel Arbeit in einen Block passt, variiert der Spielraum, bevor es zu Engpässen kommt, stark. Die folgende Tabelle fasst die ungefähren Kapazitätsgrenzen zusammen, die bestimmen, wie schnell es in den jeweiligen Netzwerken unter Last zu Staus kommt.
Blockchain
Blockzeit
Kapazitätskennzahl
Ungefährer Durchsatz
Bitcoin
~10 Minuten
4M Gewichtseinheiten
5 bis 7 TPS
Ethereum L1
~12 Sekunden
~30 Mio. Gas pro Block
15 bis 30 TPS
Solana
Zeitfenster von ca. 400 ms
Recheneinheiten und Kontosperrungen
Tausende TPS
Arbitrum / Base (L2)
Unter einer Sekunde
L2-Gas, auf L1 umgestellt
Hunderte bis Tausende von TPS
Ketten mit höherem Durchsatz und Layer-2-Netzwerke können Nachfragespitzen besser auffangen, doch kein Design ist völlig immun dagegen. Einen tieferen Einblick in den Zusammenhang zwischen Geschwindigkeit und Kapazität erhalten Sie unter „Durchsatz vs. Latenz “ sowie im Artikel „Was ist eine Layer-2-Blockchain?“.
Was ist der Unterschied zwischen einer Überlastung und einem Kettenstillstand?
Sowohl eine Überlastung als auch ein Kettenstillstand erscheinen einem Endnutzer als „Ausfall des Netzwerks“, doch es handelt sich dabei um grundlegend unterschiedliche Zustände mit unterschiedlichen Ursachen und Abhilfemaßnahmen. Eine Überlastung bedeutet, dass die Kette weiterhin Blöcke produziert; sie ist lediglich überlastet und die Transaktionskosten sind hoch. Ein Kettenstillstand bedeutet, dass die Blockproduktion vollständig zum Erliegen gekommen ist.
Aspekt
Verkehrsstau
Kettenstopp
Blockproduktion
Es geht wie gewohnt weiter
Angehalten
Transaktionen
Langsame Bestätigung, hohe Gebühren
Überhaupt nicht bestätigen
Grundursache
Die Nachfrage übersteigt die Blockkapazität
Fehlgeschlagener Konsens oder Fehler auf Kundenseite
Typische Auflösung
Die Nachfrage lässt nach, die Gebühren sinken
Die Validatoren koordinieren einen Neustart
Kurz gesagt: Eine Überlastung ist ein Preis- und Kapazitätsproblem, während ein Blockkettenstillstand ein Verfügbarkeitsproblem darstellt. MEV-Aktivitäten wie Prioritätsgas-Auktionen können Überlastungen verschärfen. Wenn man also versteht, was MEV ist, lässt sich besser erklären, warum die Gebühren schneller steigen, als es die reine Nutzernachfrage allein vermuten lassen würde.
Wie können Entwickler die Auswirkungen von Überlastung verringern?
Anwendungen können Engpässe zwar nicht beseitigen, aber sie können auch unter solchen Bedingungen zuverlässig funktionieren. Verwenden Sie dynamische Gebührenschätzungen anstelle fest codierter Gaspreise, implementieren Sie eine Wiederholungslogik mit ordnungsgemäßer Nonce-Verwaltung und stellen Sie nicht dringende Transaktionen für Zeiten außerhalb der Spitzenlast in die Warteschlange. Auf der Datenseite sollten Sie eine Push-basierte Übermittlung gegenüber engen Abfrageschleifen bevorzugen, damit Ihre Datenerfassung mit dem Wachstum der Blöcke Schritt halten kann. Das Verständnis der Funktionsweise von RPC-Anfragen, die Wahl von Streaming anstelle von Polling sowie die Berücksichtigung der RPC-Ratenbegrenzung durch den Anbieter verringern allesamt die Wahrscheinlichkeit, dass Überlastungen zu Datenverlusten oder fehlgeschlagenen Benutzertransaktionen führen.
Häufig gestellte Fragen
Warum steigen die Gasgebühren bei Überlastung so stark an?
Der Platz in einem Block ist begrenzt, und der Mempool ist eine gebührenbasierte Prioritätswarteschlange. Wenn mehr Transaktionen um die Aufnahme konkurrieren, als ein Block fassen kann, bieten die Nutzer höhere Gebühren, um als Erste berücksichtigt zu werden. Dieser Bieterwettstreit treibt den aktuellen Gaspreis in die Höhe, bis die Nachfrage wieder unter die Blockkapazität fällt.
Bedeutet eine Überlastung, dass die Blockchain ausgefallen ist?
Nein. Bei einer Überlastung produziert die Blockchain weiterhin Blöcke und bestätigt Transaktionen; dies geschieht lediglich langsamer und ist teurer. Ein Netzwerk, das keine Blöcke mehr produziert, befindet sich in einem „Chain Halt“, was ein ganz anderes Problem darstellt.
Können Layer-2-Netzwerke ebenfalls überlastet werden?
Ja. Layer-2-Lösungen bieten einen weitaus höheren Durchsatz als Ethereum L1, sodass sie größere Nachfragespitzen besser verkraften können; dennoch kann eine extreme Nachfrage ihre Kapazität ausschöpfen und die Gebühren in die Höhe treiben. Außerdem übernehmen sie einige Einschränkungen der Layer-1-Lösung, auf die sie abrechnen.
Woran erkenne ich, dass sich die Verkehrsstaus auflösen?
Behalten Sie die Größe des Mempools und die Prioritätsgebühren im Auge. Ein schrumpfender Rückstau an unbestätigten Transaktionen in Verbindung mit sinkenden Prioritätsgebühren ist das deutlichste Anzeichen dafür, dass die Nachfrage wieder unter die Blockkapazität gesunken ist.
Warum vergrößern Blockchains die Blöcke nicht einfach?
Größere oder schnellere Blöcke erhöhen die Hardwarekosten für den Betrieb eines Knotens, was kleinere Betreiber verdrängt und zu einer Zentralisierung des Netzwerks führt. Kapazitätsbeschränkungen sind ein bewusster Kompromiss, der die Dezentralisierung schützt – ein Spannungsfeld, das oft als „Blockchain-Trilemma“ bezeichnet wird.
Wie sich die Überlastung auf Entwickler auswirkt, die auf Quicknode entwickeln
Für Entwickler wirken sich Überlastungen sowohl auf die Übermittlung von Transaktionen als auch auf die Datenerfassung aus. Was die Übermittlung betrifft, bleiben Transaktionen mit unzureichenden Gasgebühren im Mempool hängen oder werden gänzlich verworfen. Anwendungen benötigen eine robuste Gebührenschätzung, eine Wiederholungslogik und ein Nonce-Management, um Überlastungssituationen reibungslos zu bewältigen. Die Core-API von Quicknode ermöglicht eine zuverlässige Transaktionsübermittlung mit konstanter Leistung selbst bei höchster Auslastung, und erweiterte API-Methoden helfen Anwendungen dabei, auf der Grundlage der aktuellen Netzwerkbedingungen angemessene Gaspreise zu schätzen.
Auf der Seite der Datenerfassung bedeutet eine Überlastung mehr Transaktionen pro Block, größere Blöcke, mehr zu verarbeitende Ereignisse und höhere Datenmengen. Polling-basierte Architekturen haben bei Überlastung Schwierigkeiten, da das Datenvolumen pro Block zunimmt, während das Polling-Intervall fest bleibt, was zu einem Verarbeitungsrückstau führt. Quicknode Streams bewältigt Überlastungen problemlos, da seine Push-basierte Architektur mit der Blockgröße skaliert. Unabhängig davon, ob ein Block 100 oder 1.000 Transaktionen enthält, liefert Streams die vollständigen Daten an Ihr Ziel mit derselben garantierten Zustellung und Reihenfolge. Konfigurierbare Batch-Verarbeitung und Komprimierung helfen dabei, das erhöhte Datenvolumen während anhaltender Überlastungsphasen zu bewältigen.
