Frontend-Blockchain-Gas-Schätzung: Die Prognose von Transaktionskosten meistern

In der Welt der Blockchain, insbesondere im Ethereum-Ökosystem und anderen EVM-kompatiblen Chains, ist das Verstehen und Verwalten von Transaktionskosten entscheidend. Diese Kosten, oft als "Gas" bezeichnet, beeinflussen direkt die Benutzererfahrung und die allgemeine Funktionsfähigkeit von dezentralen Anwendungen (dApps). Die Frontend-Gas-Schätzung spielt eine zentrale Rolle dabei, Benutzern transparente und vorhersagbare Kosteninformationen bereitzustellen, bevor sie eine Transaktion initiieren. Dieser Leitfaden untersucht die Feinheiten der Frontend-Blockchain-Gas-Schätzung und behandelt deren Bedeutung, Techniken, Herausforderungen und Best Practices.

Warum ist die Frontend-Gas-Schätzung wichtig?

Die Frontend-Gas-Schätzung ist der Prozess der Vorhersage der Berechnungskosten einer Transaktion, bevor sie an die Blockchain übermittelt wird. Dies ist aus mehreren Gründen von entscheidender Bedeutung:

• Benutzererfahrung (UX): Benutzer möchten wissen, wie viel eine Transaktion kosten wird, bevor sie sich dazu verpflichten. Unerwartet hohe Gas-Gebühren können zu Frustration und Abbruch führen. Eine genaue Schätzung ermöglicht es den Benutzern, fundierte Entscheidungen zu treffen. Stellen Sie sich einen Benutzer in Indonesien vor, der Rupiah-äquivalentes ETH überweist und schockiert ist, dass die Gas-Gebühr höher ist als der überwiesene Betrag. Eine gute Frontend-Schätzung würde dies verhindern.
• Transaktionserfolgsrate: Unzureichende Gas-Limits können zum Scheitern von Transaktionen führen. Durch die Schätzung des benötigten Gases kann das Frontend automatisch ein angemessenes Gas-Limit festlegen, was die Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Transaktionsausführung erhöht.
• Sicherheit: Die richtige Schätzung des Gases hilft, Denial-of-Service (DoS)-Angriffe auf Smart Contracts zu verhindern. Indem sie die Menge an Gas begrenzen, die eine Transaktion verbrauchen kann, können Entwickler ihre Verträge vor böswilligen Akteuren schützen, die versuchen, Ressourcen zu erschöpfen.
• Kostenoptimierung: Das Verständnis der Gaskosten ermöglicht es den Benutzern, ihre Transaktionen zu optimieren. Beispielsweise könnten sie sich dafür entscheiden, Transaktionen in Zeiten geringerer Netzwerkauslastung durchzuführen, was zu niedrigeren Gas-Gebühren führt. In Ländern wie Argentinien, wo wirtschaftliche Instabilität ein Problem sein kann, können selbst kleine Einsparungen bei den Gas-Gebühren erheblich sein.
• Transparenz: Die Demonstration, wie Transaktionskosten berechnet werden, schafft Vertrauen bei den Benutzern. Eine klare Aufschlüsselung der Komponenten, die zu den Gesamtkosten beitragen, stärkt die Benutzer und fördert das Vertrauen in die dApp.

Gas in der Blockchain verstehen

Was ist Gas?

Gas ist eine Maßeinheit, die den Rechenaufwand quantifiziert, der zur Ausführung bestimmter Operationen auf der Blockchain erforderlich ist, wie z. B. die Bereitstellung von Smart Contracts oder die Übertragung von Token. Jede Operation, oder "Opcode", hat zugehörige Gaskosten. Je komplexer die Operation, desto mehr Gas verbraucht sie.

Gas-Limit und Gas-Preis

Zwei Schlüsselparameter definieren die Gesamtkosten einer Transaktion:

• Gas-Limit: Die maximale Menge an Gas, die ein Benutzer bereit ist, für eine Transaktion auszugeben. Wenn die Transaktion mehr Gas als das Limit benötigt, schlägt sie fehl, und der Benutzer bezahlt trotzdem für das bis zu diesem Punkt verbrauchte Gas.
• Gas-Preis: Der Preis pro Gaseinheit, typischerweise in Gwei (einem Bruchteil von ETH) angegeben. Benutzer können den Gas-Preis anpassen, um zu beeinflussen, wie schnell ihre Transaktion verarbeitet wird. Höhere Gas-Preise motivieren Miner, ihre Transaktion zu priorisieren.

Die gesamte Transaktionsgebühr wird wie folgt berechnet: Verbrauchtes Gas * Gas-Preis.

Grundgebühr und Prioritätsgebühr (EIP-1559)

Ethereums EIP-1559 führt eine Grundgebühr ein, die algorithmisch auf der Grundlage der Netzwerkauslastung bestimmt wird. Diese Grundgebühr wird verbrannt (burned), wodurch ETH effektiv aus dem Umlauf entfernt wird. Benutzer können auch eine "Prioritätsgebühr" (Tip) hinzufügen, um Miner zu motivieren, ihre Transaktion in einen Block aufzunehmen. Die Gesamtgebühr unter EIP-1559 berechnet sich wie folgt: Verbrauchtes Gas * (Grundgebühr + Prioritätsgebühr).

Techniken zur Frontend-Gas-Schätzung

Es können verschiedene Techniken eingesetzt werden, um die Gaskosten im Frontend zu schätzen:

1. Statische Gas-Schätzung

Dieser Ansatz basiert auf vordefinierten Gaskosten für bestimmte Vertragsfunktionen. Diese Kosten werden durch die Analyse des Smart-Contract-Codes und die Identifizierung des Gasverbrauchs jeder Operation bestimmt.

Vorteile:

• Einfach zu implementieren.
• Schnell und effizient.

Nachteile:

• Ungenau bei komplexen Transaktionen mit variierenden Ausführungspfaden.
• Erfordert eine manuelle Analyse des Smart-Contract-Codes.
• Nicht geeignet für dynamisch generierte Transaktionen.

Beispiel: Wenn Sie wissen, dass eine einfache Token-Übertragung immer 21.000 Gas kostet, können Sie diesen Wert in Ihrem Frontend fest programmieren.

2. RPC-basierte Gas-Schätzung (eth_estimateGas)

Die Methode eth_estimateGas, die von Ethereum-Clients (z.B. Geth, Besu) bereitgestellt wird, ermöglicht es Entwicklern, eine Transaktion zu simulieren und das für ihre Ausführung erforderliche Gas zu bestimmen. Dies ist ein dynamischerer und genauerer Ansatz als die statische Schätzung.

So funktioniert es:

1. Das Frontend erstellt ein Transaktionsobjekt mit allen notwendigen Parametern (to, from, data, etc.).
2. Das Transaktionsobjekt wird über die RPC-Methode eth_estimateGas an den Ethereum-Client gesendet.
3. Der Client simuliert die Transaktionsausführung und gibt einen geschätzten Gaswert zurück.

Code-Beispiel (mit ethers.js):

const provider = new ethers.providers.Web3Provider(window.ethereum);
const signer = provider.getSigner();
const contract = new ethers.Contract(contractAddress, contractABI, signer);

const transaction = {
  to: contractAddress,
  data: contract.interface.encodeFunctionData("myFunction", [arg1, arg2]),
  from: signer.getAddress()
};

try {
  const gasEstimate = await provider.estimateGas(transaction);
  console.log("Geschätztes Gas:", gasEstimate.toString());
} catch (error) {
  console.error("Fehler bei der Gas-Schätzung:", error);
}

Vorteile:

• Genauer als die statische Schätzung.
• Passt sich dynamisch an ändernde Netzwerkbedingungen und Smart-Contract-Logik an.
• Relativ einfach mit den Bibliotheken web3.js oder ethers.js zu implementieren.

Nachteile:

• Kann rechenintensiv sein, besonders bei komplexen Transaktionen.
• Ist möglicherweise nicht perfekt genau aufgrund von Variationen im Blockzustand während der tatsächlichen Ausführung.
• Basiert auf einem vertrauenswürdigen Ethereum-Client.

3. Pufferung des Gas-Limits

Selbst bei genauer Gas-Schätzung ist es ratsam, dem geschätzten Gas-Limit einen Puffer hinzuzufügen, um unvorhergesehene Umstände zu berücksichtigen. Dieser Puffer kann ein fester Prozentsatz (z.B. 10%) oder ein dynamischer Wert sein, der auf historischen Transaktionsdaten basiert.

Beispiel: Wenn eth_estimateGas einen Wert von 100.000 zurückgibt, könnten Sie das Gas-Limit auf 110.000 erhöhen, um sicherzustellen, dass die Transaktion erfolgreich ist.

Code-Beispiel:

const gasEstimate = await provider.estimateGas(transaction);
const gasLimit = gasEstimate.mul(110).div(100); // 10% Puffer hinzufügen

transaction.gasLimit = gasLimit;

4. Verwendung von Drittanbieter-Gas-Preis-APIs

Um Benutzern die wettbewerbsfähigsten Gas-Preise zu bieten, integrieren Sie Drittanbieter-Gas-Preis-APIs. Diese APIs sammeln Echtzeit-Netzwerkdaten und geben Empfehlungen für schnelle, Standard- und niedrige Gas-Preise. Beispiele hierfür sind GasNow, Etherscan Gas Tracker und Blocknative Gas Platform. Beachten Sie, dass einige dieser Dienste möglicherweise nicht für alle Chains verfügbar oder genau sind.

Beispiel: Ein Benutzer in Nigeria könnte je nach verwendeter API unterschiedliche Gas-Preise sehen, daher ist es wichtig, einen zuverlässigen und aktuellen Dienst zu wählen.

Code-Beispiel (mit einer hypothetischen API):

asynce Funktion getGasPrices() {
  const response = await fetch('https://api.example.com/gasPrices');
  const data = await response.json();
  return data;
}

const gasPrices = await getGasPrices();
const maxPriorityFeePerGas = ethers.utils.parseUnits(gasPrices.fast.maxPriorityFeePerGas, 'gwei');
const maxFeePerGas = ethers.utils.parseUnits(gasPrices.fast.maxFeePerGas, 'gwei');

transaction.maxPriorityFeePerGas = maxPriorityFeePerGas;
transaction.maxFeePerGas = maxFeePerGas;

5. Simulierte Transaktionsausführung

Für geschäftskritische Transaktionen sollten Sie in Erwägung ziehen, den gesamten Transaktionsablauf in einem lokalen oder Testnetzwerk zu simulieren, bevor Sie ihn an das Mainnet senden. Dies liefert die genaueste Gas-Schätzung und kann helfen, potenzielle Probleme oder Schwachstellen zu identifizieren. Tools wie Hardhat und Ganache sind nützlich für die Einrichtung lokaler Blockchain-Umgebungen.

Herausforderungen bei der Frontend-Gas-Schätzung

Obwohl die oben beschriebenen Techniken die Genauigkeit der Gas-Schätzung erheblich verbessern können, bleiben mehrere Herausforderungen bestehen:

• Dynamische Smart-Contract-Logik: Smart Contracts können komplexe Logik mit Ausführungspfaden enthalten, die von Eingabedaten oder externem Zustand abhängen. Dies macht es schwierig, die Gaskosten für alle möglichen Szenarien genau vorherzusagen.
• Netzwerkauslastung: Die Gas-Preise schwanken je nach Netzwerkauslastung. Eine genaue Schätzung der Gas-Preise erfordert Echtzeit-Netzwerkdaten und Vorhersagemodelle.
• Zustandsänderungen: Der Zustand der Blockchain kann sich zwischen dem Zeitpunkt der Schätzung einer Transaktion und ihrer Ausführung ändern. Dies kann den Gasverbrauch der Transaktion beeinflussen.
• EIP-1559-Komplexität: Die Einführung von EIP-1559 hat die Komplexität der Gas-Schätzung erhöht. Frontends müssen nun neben dem Gas-Limit und dem Gas-Preis auch die Grundgebühr und die Prioritätsgebühr berücksichtigen.
• Chain-übergreifende Transaktionen: Die Schätzung von Gas für Transaktionen, die mit mehreren Blockchains interagieren (z.B. über Bridges), ist erheblich komplexer und erfordert Kenntnisse der Gas-Mechanismen auf jeder Chain.
• MEV (Miner Extractable Value): MEV-Bots können Transaktionen vor- oder nachlaufen (frontrunning/backrunning), wodurch sich der Zustand der Blockchain ändert und Gas-Schätzungen möglicherweise ungültig werden. Der Schutz der Benutzer vor MEV erfordert fortgeschrittene Techniken.

Best Practices für die Frontend-Gas-Schätzung

Um diese Herausforderungen zu meistern und eine zuverlässige Benutzererfahrung zu bieten, befolgen Sie diese Best Practices:

• Verwenden Sie eine Kombination von Techniken: Kombinieren Sie statische Analyse, RPC-basierte Schätzung und Gas-Preis-APIs, um die genauesten Ergebnisse zu erzielen.
• Implementieren Sie eine Pufferung des Gas-Limits: Fügen Sie dem geschätzten Gas-Limit immer einen Puffer hinzu, um unvorhergesehene Umstände zu berücksichtigen.
• Bieten Sie Benutzerkontrollen an: Ermöglichen Sie es den Benutzern, das Gas-Limit und den Gas-Preis manuell anzupassen. Dies gibt ihnen mehr Kontrolle über Transaktionskosten und -geschwindigkeit. Ein Benutzer in Indien könnte beispielsweise Kosten über Geschwindigkeit priorisieren wollen.
• Zeigen Sie Echtzeit-Gas-Preise an: Integrieren Sie Gas-Preis-APIs, um den Benutzern Echtzeit-Gas-Preise anzuzeigen. Geben Sie Empfehlungen für schnelle, Standard- und niedrige Gas-Optionen.
• Überwachen Sie die Transaktionserfolgsraten: Verfolgen Sie die Erfolgsraten von Transaktionen und passen Sie die Parameter der Gas-Schätzung entsprechend an. Dies hilft, potenzielle Probleme zu identifizieren und zu beheben.
• Implementieren Sie eine Fehlerbehandlung: Geben Sie informative Fehlermeldungen aus, wenn die Gas-Schätzung fehlschlägt oder wenn Transaktionen das Gas aufbrauchen.
• Aktualisieren Sie Ihren Code regelmäßig: Die Blockchain-Technologie entwickelt sich ständig weiter. Bleiben Sie auf dem Laufenden über die neuesten Entwicklungen und aktualisieren Sie Ihren Code entsprechend.
• Erwägen Sie die Verwendung der von Metamask vorgeschlagenen Gas-Gebühren: Metamask bietet oft vernünftige Vorschläge für Gas-Gebühren, die aus eigenen internen Algorithmen und der Netzwerküberwachung abgeleitet werden. Die Nutzung dieser Vorschläge kann ein guter Ausgangspunkt sein.
• Bilden Sie die Benutzer weiter: Geben Sie klare und prägnante Erklärungen zu Gas, Gas-Limits und Gas-Preisen. Helfen Sie den Benutzern zu verstehen, wie Transaktionskosten berechnet werden und wie sie ihre Transaktionen optimieren können.
• Testen Sie gründlich: Testen Sie Ihre Gas-Schätzungslogik in verschiedenen Netzwerken (Mainnet, Testnets) und mit verschiedenen Arten von Transaktionen. Verwenden Sie Tools wie Hardhat und Truffle, um das Testen zu automatisieren.

Frontend-Bibliotheken und -Tools

Mehrere Bibliotheken und Tools können den Prozess der Frontend-Gas-Schätzung vereinfachen:

• ethers.js: Eine umfassende JavaScript-Bibliothek zur Interaktion mit Ethereum. Bietet einfach zu bedienende Funktionen zur Schätzung von Gas, zum Senden von Transaktionen und zur Interaktion mit Smart Contracts.
• web3.js: Eine weitere beliebte JavaScript-Bibliothek zur Interaktion mit Ethereum. Bietet ähnliche Funktionalität wie ethers.js.
• Hardhat: Eine Entwicklungsumgebung für Ethereum-Software. Bietet Tools zum Kompilieren, Testen und Bereitstellen von Smart Contracts.
• Truffle: Eine Entwicklungssuite für Ethereum. Ähnlich wie Hardhat, aber mit einem anderen Satz von Funktionen und Arbeitsabläufen.
• Ganache: Eine persönliche Blockchain für die Ethereum-Entwicklung. Ermöglicht es Entwicklern, schnell und einfach eine lokale Blockchain-Umgebung für Tests und Experimente einzurichten.
• Blocknative Gas Platform: Ein Dienst, der Echtzeit-Gas-Preisdaten und Transaktionssimulationsfunktionen bereitstellt.

Die Zukunft der Frontend-Gas-Schätzung

Da sich die Blockchain-Technologie weiterentwickelt, wird die Frontend-Gas-Schätzung noch wichtiger werden. Zukünftige Trends umfassen:

• Anspruchsvollere Schätzalgorithmen: Fortgeschrittene maschinelle Lernverfahren werden verwendet, um Gaskosten genauer vorherzusagen.
• Integration mit Layer-2-Skalierungslösungen: Frontends müssen die Gaskosten für Transaktionen auf Layer-2-Netzwerken wie Optimism, Arbitrum und zkSync schätzen.
• Unterstützung für chain-übergreifende Transaktionen: Frontends müssen die Komplexität der Schätzung von Gas für Transaktionen bewältigen, die mit mehreren Blockchains interagieren.
• Verbesserte Benutzeroberflächen: Benutzeroberflächen werden intuitiver und benutzerfreundlicher, was es den Benutzern erleichtert, Transaktionskosten zu verstehen und zu verwalten.
• Automatische Gas-Optimierung: Frontends werden den Gasverbrauch automatisch optimieren, indem sie alternative Transaktionsparameter oder Ausführungspfade vorschlagen.

Fazit

Die Frontend-Blockchain-Gas-Schätzung ist eine entscheidende Komponente für die Erstellung benutzerfreundlicher und effizienter dApps. Durch das Verständnis der beteiligten Techniken und Herausforderungen können Entwickler den Benutzern transparente und vorhersagbare Kosteninformationen liefern, was die Erfolgsraten von Transaktionen erhöht und die allgemeine Benutzererfahrung verbessert. Da sich die Blockchain-Technologie weiterentwickelt, wird die Beherrschung der Frontend-Gas-Schätzung für den Erfolg in der dezentralen Welt noch wesentlicher werden. Denken Sie daran, bei der Implementierung der Gas-Schätzung in Ihren dApps immer Sicherheit, Transparenz und Benutzeraufklärung zu priorisieren.