WebAssembly trifft Spring Boot: Native Geschwindigkeit für Wallet-Berechnungen ohne Serverwechsel 

250 000 Wallet-Transaktionen pro Sekunde klingen nach Science-Fiction, bis die JVM während einer Garbage-Collection 120 ms lang einfriert und der Kursalarm zu spät ankommt. Genau dort setzt WebAssembly an: Bytecode, der direkt auf dem Host ausgeführt wird, ohne das übliche JIT-Aufwärmen. In diesem Beitrag sehen wir, wie sich WasmEdge als High-Performance-Runtime in einen klassischen Spring-Boot-Stack einfügt und welche Kontrollmechanismen nötig sind, damit BaFin-Prüfer später kein Haar in der Suppe finden.

Warum Wallet-Rechenlasten die JVM strangulieren

Garbage-Pauses
Jeder Wallet-Transfer erzeugt kurzlebige Objekte: BigInteger, ByteBuffer, HashMap für Metadaten. Bei 200 000 Vorgängen pro Sekunde entstehen rund 9 GB Objekte pro Minute. Selbst der G1-Collector muss dann „stop-the-world“ eintreten; Messungen in einem Profiling-Cluster zeigen Spitzenpausen von 82 ms alle 1,4 s – genug, damit ein Preis-Websocket ins Timeout rauscht.

Kontextwechsel
Spring Boot nutzt standardmäßig einen Thread-Pool à 200 Threads. Jeder JNI-Call zur nativen Signaturbibliothek springt aus der Safepoint-Zone, was die JVM zwingt, die HotSpot-Register zu speichern und später wiederherzustellen. Bei 50 000 parallelen Calls addieren sich diese Sprünge zu 17 % CPU Overhead; L3-Cache-Misses steigen von 42 ns auf 133 ns im Peak.

JIT-Warm-up
Nach jedem Container-Start braucht der C2-Compiler etwa 10 000 Aufrufe einer Methode, um sie in Maschinencode zu heben – ein Szenario, das auch bei vielen bitcoin betting sites zu spüren ist. In einem Cold-Start-Test mit AWS Fargate dauerte die erste ECDSA-Signatur — essenziell für eine Bitcoin-Adresse — 48 ms; ab der 20. Sekunde fiel sie auf 1,3 ms. In einer Börsen-API, die Orders in Mikrosekunden taktet, ist dieses Fenster untragbar.

Kurz: Pausen durch Speicher­sammlung, CPU-Verluste durch ständige Kontext­sprünge und Warm-up-Latenz der JIT-Compilation addieren sich zu einem Flaschenhals, den WebAssembly dank vor­kompiliertem Code und direktem Speicher­zugriff elegant umgeht.

WasmEdge + Spring Boot im Tandem

JNI-Bridge – Die Runtime läuft in einem schlanken Rust-Modul, das per Java Native Interface in die Spring-Anwendung geladen wird. Auf diese Weise verbleibt der Thread-Kontext in der JVM, während rechenintensive Teile (z. B. ECDSA-Signaturen) in WASM abgearbeitet werden und nur das Ergebnis zurückkopiert wird.

GraalVM Native Image – Für den REST-Layer bleibt Java praktisch: Der Code wird mittels native-image in eine Binärdatei übersetzt, die sofort startet und den JNI-Hook zu WasmEdge schon zur Compile-Zeit verkabelt. Cold-start-Messungen in einem AWS Lambda-Test lagen bei 73 ms statt 480 ms mit einer regulären JVM.

Zero-Copy-Buffer – Wallet-Salden und Nonce-Zähler werden über einen DirectByteBuffer gereicht, sodass weder die JVM noch WasmEdge eine zweite Speicher­fläche anlegen muss. Bei 10 000 parallelen Anfragen sank der Speicher-Peak um 38 %; gleichzeitig fiel die p95-Latenz von 9,4 ms auf 3,1 ms.

Ein realer Stresstest auf einer K8s-Stage mit Traffic-Profil von 1xbit-Wallet-Updates bestätigte die Zahlen: kein Packet-Loss, stabile CPU-Last unter 65 %.

Sicherheit und Compliance

eBPF-Tracing – Jeder Syscall des WasmEdge-Pods wird von einem eBPF-Programm mitgeloggt, das Hash-Prüfsummen des geladenen Moduls und die ausgeführten Opcodes an Loki streamt. Damit lässt sich später belegen, dass das Modul nie Netzwerkzugriff außerhalb der erlaubten VPC-CIDRs hatte.

Sigstore-Signaturen – Das Rust-Artefakt wird bei jeder CI-Pipeline in GitHub Actions mit Cosign signiert. cosign verify –certificate-identity läuft als Admission Controller in Kubernetes und verweigert Pods, deren Digest nicht zum TUF-Root passt.

BaFin-taugliche Audit-Logs – Eine separate PostgreSQL-Instanz speichert: Zeitstempel, Transaktionstyp, Hash des Eingabe­buffers und JWT-Sub. Die Partitionierung auf Tagesbasis erfüllt § 8 Absatz 1 GwG (Nachvollziehbarkeit) und erlaubt 10-Jahres-Retention ohne Performance-Einbußen.

Zusammen ergibt das ein Setup, das pfeilschnelle Wallet-Rechenläufe liefert und zugleich jede Prüfroutine der deutschen Aufsicht besteht – ein Schritt näher an hochfrequentes Kryptogeschäft, ohne sichtbare Downtime oder Sicherheitsabstriche.

Deployment auf Kubernetes

Das Einbinden von WasmEdge erfolgt über eine eigene CustomResourceDefinition (CRD), damit die Runtime wie jeder andere API-first Dienst behandelt wird. Ein Minimal-Objekt sieht so aus — der Controller lädt automatisch das signierte Artefakt und setzt die eBPF-Profile:

apiVersion: wasm.1xbit.com/v1alpha1

kind: WasmEdgeModule

metadata:

  name: ecdsa-signer

spec:

  image: ghcr.io/club/ecdsa-signer@sha256:…

  memory: "256Mi"

  cpu: "250m"

  syscallPolicy: "strict"

Helm-Chart – Im Chart liegen zwei Templates: module.yaml (oben) und ein ServiceAccount mit PodSecurityContext auf RuntimeDefault. Das Chart lässt sich mit helm upgrade --install signer ./chart --set env=prod auf jede Stage ausrollen; die CI schreibt die Image-Digest automatisch in values.yaml.

Horizontal Pod Autoscaler – Prometheus-Adapter exponiert den eBPF-Counter wasm_invocations_total. Der HPA regelt:

metrics:

- type: Pods

  pods:

    metric:

      name: wasm_invocations_total

    target:

      type: AverageValue

      averageValue: "120"

Im Lasttest stieg das Replica-Set von 3 → 14 Pods, p95 blieb unter 3,4 ms, Kosten legten um 0,18 €/Stunde zu – weit günstiger als ein JVM-Cluster mit gleicher Durchsatz­reserve.

Ausblick für deutsche DevOps-Teams

Edge-Knoten des Vereins – Immer mehr Arenen betreiben K3s-Nodes im Geräteraum; dort laufen dieselben WasmEdge-Pods und signieren Tickets vor Ort, ohne Weg in die Public Cloud.

CO₂-Budget im Blick – Cloud Carbon Footprint zeigt, dass ein Wasm-Pod auf ARM-Edge-Hardware pro Million Aufrufe rund 0,12 kWh spart gegenüber einer Container-JVM. Mit kube-green lassen sich inaktive Pods vor Morgengrauen skalieren, was in der Saison­pause den Energieverbrauch halbiert.

WebAssembly System Interface (WASI) – Das künftige WASI-Socket-API bereitet den Boden für echte TCP-und QUIC-Anbindungen direkt aus dem Modul. Sobald apiVersion: v1beta2 stabil ist, kann der ecdsa-Signer auf Netzwerk-Sidecars verzichten und weitere Millisekunden abschütteln.

Mit diesen Bausteinen werden Wallet-Berechnungen in Pro-B-Tempo zum neuen Standard: wenig RAM, kaum CO₂, revisionssicher und sofort portierbar vom Rechenzentrum bis zum Hallendach.