Wie Blockchain-Technologie die Dateispeicherung praktischer und kosteneffizienter macht

Das Speichern von Dateien auf der Blockchain ist ein wichtiges Diskussionsthema unter Blockchain-Enthusiasten und Entwicklern. Obwohl es technisch möglich ist, Dateien direkt auf der Blockchain zu speichern, ist dies aufgrund der hohen Kosten und der begrenzten Speicherkapazität kein praktikabler Ansatz. Lassen Sie uns alternative Lösungen für die Speicherung von Dateien in dezentraler und kosteneffizienter Weise unter Verwendung der Blockchain-Technologie erkunden.

Warum das direkte Speichern von Dateien auf der Blockchain nicht praktikabel ist

Das direkte Speichern von Dateien auf der Blockchain mag wie eine logische Lösung für dezentrale Dateispeicherung erscheinen, ist es aber nicht. Es gibt mehrere Gründe, warum das direkte Speichern von Dateien auf der Blockchain nicht praktikabel ist.

Erstens kann das Speichern von Dateien auf der Blockchain unglaublich teuer sein. Blockchain-Transaktionen werden mit „Gas“ verarbeitet, einer Gebühr, die an das Netzwerk gezahlt wird, um eine Transaktion auszuführen. Die Kosten für das Speichern einer Datei auf der Blockchain stehen im Verhältnis zur Größe der Datei. Zum Beispiel würde das Speichern einer 1-MB-Datei auf der Ethereum-Blockchain zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Artikels allein etwa 57.332,91 US-Dollar an Gas-Gebühren kosten, was für die meisten Benutzer keine lebensfähige Option ist.

In Ethereum wird die Blockgröße nicht durch ein maximales Größenlimit bestimmt, sondern durch das Gas-Limit. Das Gas-Limit ist die maximale Menge an Gas (oder Energieeinheiten), die ein Benutzer benötigt, um die Transaktion abzuschließen. Ein höheres Gas-Limit bedeutet, dass mehr Arbeit erforderlich ist, um eine Transaktion abzuschließen. Diese Kosten variieren mit dem transaktionsbedingten Arbeitsaufwand im Ethereum-Netzwerk.

Zum Beispiel benötigt es etwa 640.000 Gas, um 1 Kilobyte Daten in einem Block zu speichern (bei einem Standard-Gas-Preis von 20.000). Ethereum hat ein aktuelles Block-Limit von 15 Millionen Gas, das je nach Nachfrage auf 30 Millionen erweitert werden kann. Daher kann die Blockgröße in Ethereum bis zu 46 Kilobyte betragen, abhängig vom Gas-Limit.

Um ein Beispiel für die hohen Kosten des Speicherns von Dateien auf der Blockchain zu geben, betrachten wir die Ethereum-Blockchain als Beispiel. 

Die Kosten für das Speichern von 1kb auf Ethereum

Ethereum speichert Daten in Slots. Jeder Slot hat die Größe von 256 Bit.

Laut dem Ethereum-Gelbbuch sind 20.000 Gas erforderlich, um einen einzelnen Slot von 256 Bit zu speichern. 

8 Bit ergeben ein Byte, also ist ein Slot 32 Bytes (256/8= 32 Bytes).

1 kb entspricht 1024 Bytes, also hat es 32 Slots (1024 Bytes / 32 Bytes = 32 Slots).

Die zur Speicherung von 1 kb erforderliche Gasmenge beträgt 32 Slots * 20.000 Gas = 640.000 Gas

Um die Datei in das Feld der Call-Data-Transaktion aufzunehmen, fallen zusätzliche Gas-Gebühren an. 

Jedes Byte kostet 16 Gas, also beträgt die Gesamtsumme 32 Slots * 32 Bytes * 16 Gas = 16.384 Gas

Die Basis-Gas-Gebühr für jede Transaktion beträgt 21,000 Gas

Das gesamte zur Speicherung von 1 kb erforderliche Gas beträgt also 640.000 + 16.384 + 21.000 = 677.384 Gas

1 Gas entspricht 0.00000005 ETH

Das Speichern von 1kb kostet also 677,384 Gas * 0.00000005 = 0.0338692 ETH

Der aktuelle Preis von ETH beträgt 1.787,57 US-Dollar, sodass die Kosten für das Speichern von 1 kb 60,66 US-Dollar betragen.  

Die Kosten für das Speichern von 1MB auf Ethereum

1MB = 1,000,000 Byte

1,000,000 Byte / 32 Bytes = 31,250 Slots

31,250 Slots * 20,000 Gas = 625,000,000 Gas

31,250 Slots * 32 Bytes * 16 Gas = 16,000,000 Gas für Call-Data

Die Basis-Gas-Kosten betragen 21,000 Gas

Gesamtgas = 625,000,000 + 16,000,000 + 21,000 = 641,021,000 Gas

1 Gas entspricht 0.00000005 ETH

Das Speichern von 1 MB kostet also 641.021.000 Gas * 0,00000005 ETH = 32,05105 ETH = 57.332,91 US-Dollar 

Offensichtlich sind diese Kosten für die meisten Benutzer und Unternehmen prohibitiv, was das direkte Speichern von Dateien auf der Blockchain zu einer unrealistischen Option macht. Es gibt jedoch alternative Methoden für die dezentrale Dateispeicherung, die praktischer und kosteneffizienter sind, die wir im nächsten Abschnitt erkunden werden.

Dateien auf dezentrale Weise speichern

Dezentralisierung ist ein grundlegendes Konzept in der Blockchain-Welt, und dies gilt auch für die Dateispeicherung. Dezentrale Dateispeicherung stellt sicher, dass Daten nicht an einem zentralen Ort gespeichert werden, der ein einzelner Ausfallpunkt sein kann. In einem dezentralen Speichersystem werden Daten auf mehrere Knoten oder Computer verteilt, was sie sicherer und weniger anfällig für Angriffe oder Manipulationen macht. Diese verteilte Architektur stellt auch sicher, dass keine einzelne Einheit die vollständige Kontrolle über die Daten hat, was für mehr Transparenz und Rechenschaftspflicht sorgt.

In einem dezentralen Dateispeichersystem spielt Metadaten eine entscheidende Rolle. Metadaten sind Daten, die andere Daten beschreiben und Kontext bereitstellen, was die Verwaltung und das Auffinden bestimmter Dateien erleichtert. Im Kontext der dezentralen Dateispeicherung enthalten Metadaten typischerweise Informationen über den Speicherort der Datei, Zugriffsrechte und andere Attribute. Die Metadaten werden auf der Blockchain gespeichert, was sie unveränderlich und transparent macht und sicherstellt, dass die Daten nicht manipuliert werden können.

Während das direkte Speichern von Dateien auf der Blockchain aufgrund hoher Kosten und technischer Einschränkungen nicht praktikabel ist, ist das Speichern des Hashes eines Dokuments on-chain, während das gesamte Dokument anderswo aufbewahrt wird, eine praktische Lösung. Das Dokument könnte in einer zentralisierten Datenbank oder auf einem verteilten Dateispeichersystem gespeichert werden, während der Hash auf der Blockchain gespeichert wird. Durch die Anwendung eines sicheren Hash-Algorithmus wie SHA-256 auf das Dokument und das Speichern des Hashes in einem Block wird der Hash-Wert zu einem einzigartigen digitalen Fingerabdruck des Dokuments. Dieser Ansatz spart eine enorme Menge an Speicherplatz und Kosten, da Hash-Werte viel kleiner sind als ganze Dokumente. Darüber hinaus gewährleistet er die Integrität und Authentizität des Originaldokuments, da jede Änderung im Eingabewert zu einem völlig neuen Hash-Wert führt, der sich vom Originaldokument unterscheidet.

Dezentrale Speichernetzwerke

Dezentrale Speichernetzwerke bieten eine Möglichkeit, Daten verteilt und sicher zu speichern. Im Gegensatz zu traditionellen zentralisierten Speicherdiensten, die Daten auf einem einzelnen Server oder Rechenzentrum speichern, speichern dezentrale Speichernetzwerke Daten in einem globalen Netzwerk von Knoten. Dies macht sie weniger anfällig für Datenpannen und Datenverlust, da die Daten redundant an mehreren Orten gespeichert werden.

Beispiele für dezentrale Speichernetzwerke sind Arweave, Filecoin und Storj. Diese Netzwerke funktionieren, indem sie Benutzern ermöglichen, ihren ungenutzten Speicherplatz gegen Token oder andere Belohnungen zu vermieten. Wenn ein Benutzer eine Datei speichern möchte, wird sie in mehrere Teile zerlegt und im Netzwerk von Knoten verteilt. Die Daten werden verschlüsselt und auf mehrere Knoten repliziert, sodass sie auch dann noch verfügbar sind, wenn ein Knoten ausfällt. Lassen Sie uns Arweave und Filecoin in den folgenden Abschnitten genauer erkunden.

Arweave

Der innovative Ansatz von Arweave zur dezentralen Speicherung wird als Permaweb bezeichnet, ein permanentes und dezentrales Web, das auf der Arweave-Plattform aufgebaut ist. Der Permaweb besteht aus einer Reihe modularer und austauschbarer Protokolle. Er behebt den kritischen Mangel des traditionellen Webs, der im fehlenden Gedächtnis liegt. Wenn Dokumente von einem Server im Netzwerk entfernt werden, gehen sie aus der Wissensbasis verloren. Der Permaweb auf Arweave ermöglicht es Entwicklern und Nutzern, eine widerstandsfähige Wissensbasis zu teilen, die in großen Mengen weltweit repliziert und dauerhaft verfügbar ist.

Das Basisprotokoll des Permaweb ist Arweave, das von zwei grundlegenden Komponenten angetrieben wird: einer skalierbaren, blockchain-ähnlichen Struktur, die ein neues Bergbausystem verwendet, und einer nachhaltigen Stiftung, um die Verfügbarkeit und Dauerhaftigkeit beliebig getaggter Daten zu gewährleisten. Dieser Ansatz macht es möglich, große Datenmengen dezentral zu speichern, ohne die mit der Blockchain-Speicherung verbundenen hohen Kosten. Auf dem Arweave-Protokoll befindet sich ein dezentrales Netzwerk von Gateway-Servern, das die Daten für Webbrowser leicht zugänglich macht, ohne dass Modifikationen oder spezielle Software erforderlich sind.

Durch die Kombination dieser Elemente bietet der Permaweb auf Arweave eine sichere und dezentrale Speicherlösung, die für Jahrhunderte konzipiert ist. Im Gegensatz zu zentralisierten Speicherlösungen, die anfällig für Hacking und Datenpannen sein können, bietet der Permaweb ein widerstandsfähiges und unveränderliches Speichersystem, das gegen Manipulation und Zensur resistent ist. Es ist kein Wunder, dass Arweave schnell als eines der vielversprechendsten dezentralen Speichernetzwerke auf dem heutigen Markt anerkannt wird.

Filecoin

Filecoin ist ein einzigartiges dezentrales Speichernetzwerk, das integrierte wirtschaftliche Anreize und Kryptografie bietet, um sicherzustellen, dass Dateien im Laufe der Zeit zuverlässig gespeichert werden. Dieses System basiert auf dem InterPlanetary File System (IPFS)-Protokoll, das Content-Addressing verwendet, um permanente Referenzen auf Daten zu ermöglichen und sich nicht auf bestimmte Geräte oder Cloud-Server zur Adressierung von Inhalten verlässt. Filecoin erweitert die Fähigkeiten von IPFS, indem es eine Anreizschicht hinzufügt, die dazu anregt, Inhalte zuverlässig zu speichern und darauf zuzugreifen.

Filecoin operiert über ein Peer-to-Peer-Netzwerk, in dem Benutzer bezahlen, um ihre Dateien auf Speicheranbietern zu speichern, die Computer sind, die für die Speicherung von Dateien verantwortlich sind und nachweisen, dass sie diese im Laufe der Zeit korrekt gespeichert haben. Der verfügbare Speicherplatz und der Preis für diesen Speicherplatz werden nicht von einem einzelnen Unternehmen kontrolliert. Stattdessen ermöglicht Filecoin offene Märkte für das Speichern und Abrufen von Dateien, an denen jeder teilnehmen kann. Dies stellt sicher, dass die Speicherkosten gleichmäßig im Netzwerk verteilt sind, ohne dass eine zentrale Behörde die Preise kontrolliert.

Filecoin hat mehrere Anwendungsfälle, darunter die Speicherung von Web3-nativen NFT- und Metaverse-/Game-Assets, anreizbasierte permanente Speicherung und das Archivieren von Web2-Datensätzen als günstigere Alternative zur Cloud-Speicherung. Zum Beispiel verwendet NFT.Storage Filecoin, um eine einfache dezentrale Speicherlösung für NFT-Inhalte und Metadaten bereitzustellen, während die Shoah Foundation und das Internet Archive Filecoin nutzen, um ihre Inhalte zu sichern. Darüber hinaus unterstützt Filecoin eine breite Palette von Datenformaten, einschließlich Audio- und Videodateien, sodass Web3-Plattformen wie Audius und Huddle01 Filecoin als dezentrales Speicher-Backend für Musikstreaming und Videokonferenzen nutzen können.

Beste Praktiken für dezentrale Dateispeicherung

Wenn es um dezentrale Dateispeicherung geht, gibt es mehrere beste Praktiken, die befolgt werden sollten, um Datenzuverlässigkeit, Datenschutz und Sicherheit zu gewährleisten.

Erstens wird empfohlen, die Metadaten auf der Blockchain zu speichern, während die eigentliche Datei in einem dezentralen Speichernetzwerk wie Arweave oder Filecoin gespeichert wird. Auf diese Weise können die Metadaten öffentlich zugänglich und auf der Blockchain überprüfbar sein, während die eigentliche Datei sicher und dezentral gespeichert wird.

Zweitens ist Datenredundanz entscheidend, um sicherzustellen, dass die Daten immer verfügbar und zuverlässig sind. Durch das Speichern mehrerer Kopien der Datei an verschiedenen Orten wird das Risiko eines Datenverlusts aufgrund eines einzelnen Ausfallpunkts erheblich reduziert. Dezentrale Speichernetzwerke verfügen oft über integrierte Redundanzmechanismen, um sicherzustellen, dass die Daten immer verfügbar sind.

Drittens ist der Schutz der Datenprivatsphäre und -sicherheit von größter Bedeutung. Verschlüsselung sollte verwendet werden, um die Daten während der Übertragung und im Ruhezustand zu schützen. Der Zugriff auf die Daten sollte ebenfalls kontrolliert werden, um sicherzustellen, dass nur autorisierte Parteien darauf zugreifen können. Dezentrale Speichernetzwerke bieten oft integrierte Verschlüsselungs- und Zugriffskontrollmechanismen.

Beste Praktiken für dezentrale Dateispeicherung umfassen das Speichern von Metadaten auf der Blockchain, die Nutzung eines dezentralen Speichernetzwerks für die eigentliche Datei, die Gewährleistung von Datenredundanz für erhöhte Zuverlässigkeit und den Schutz der Datenprivatsphäre und -sicherheit. Durch die Befolgung dieser besten Praktiken können Benutzer sicherstellen, dass ihre Daten auf sichere und zuverlässige Weise gespeichert werden.

Fazit

Zwar ist es möglich, Dateien direkt auf der Blockchain zu speichern, aber die hohen Kosten und die Einschränkungen bei der Menge der gespeicherten Daten machen dies zu einem unpraktischen Ansatz. Dezentrale Dateispeichernetzwerke wie Arweave und Filecoin bieten eine viel zuverlässigere und kosteneffizientere Methode zum Speichern von Dateien auf dezentrale Weise. Durch die Kombination aus dem Speichern von Metadaten auf der Blockchain und der eigentlichen Datei in einem dezentralen Speichernetzwerk kann Datenredundanz für erhöhte Zuverlässigkeit gewährleistet werden. Es ist auch wichtig, Datenschutz und Sicherheit im Speicherprozess priorisiert zu behandeln.

Da die Blockchain-Branche weiter wächst, wird dezentrale Dateispeicherung immer verbreiteter. Es ist wichtig, die Einschränkungen traditioneller Dateispeicherungsmethoden zu verstehen und die verschiedenen verfügbaren dezentralen Speichernetzwerke für sichere und zuverlässige Dateispeicherung zu erkunden und zu nutzen. Mit dem richtigen Ansatz und den richtigen Tools kann dezentrale Dateispeicherung eine robustere und sicherere Speicherlösung für Einzelpersonen und Unternehmen gleichermaßen bieten.