Effiziente Transaktionsverarbeitung ist der Schlüssel zur Verbesserung des Blockchain-Netzwerkdurchsatzes und zur Lösung von Blockchain-Skalierbarkeitsproblemen. In diesem Artikel werden die Grundlagen, Prinzipien, gängigen Typen und potenziellen Vorteile der Parallelisierung erläutert.
Was ist Parallelisierung?
Parallelisierung (parallele Transaktionsausführung) ist eine Methode zur gleichzeitigen Bearbeitung mehrerer Aufgaben. Parallelisierung ist eng mit dem Konzept des Parallelrechnens in der Informatik verbunden. Unter parallelem Rechnen versteht man die gleichzeitige Ausführung mehrerer Prozesse.
Wie funktioniert Parallelisierung?
Netzwerkdaten werden durch Parallelisierung organisiert, sodass mehrere Transaktionen gleichzeitig überprüft werden können, anstatt sie einzeln nacheinander zu verarbeiten. Die Aufgabe, Transaktionen auszuführen, ist auf mehrere Knoten verteilt. Jeder Knoten verarbeitet verschiedene Teile des Transaktionsvolumens separat, was dazu beiträgt, die Verarbeitungszeiten zu beschleunigen und Netzwerküberlastungen zu verringern.
Bei der parallelen Transaktionsverarbeitung kann das Netzwerk verschiedene potenzielle Zustände gleichzeitig prüfen, wobei jeder Zustand das Ergebnis der Validierung eines bestimmten Satzes von Transaktionen darstellt. Dadurch kann das Netzwerk die potenziellen Auswirkungen von Transaktionen beurteilen, bevor diese offiziell im Hauptbuch erfasst werden. Nach der Auswertung einigen sich die Knoten auf einen gemeinsamen Zustand und zeigen die einheitlichen Ergebnisse der parallelen Verifizierung an.
Parallelisierungsmodell
Die Blockchain-Parallelisierung wird in zwei Haupttypen unterteilt, nämlich optimistische Parallelisierung und Zustandszugriffsparallelisierung.
1.Optimistische Parallelisierung. Im optimistischen Parallelausführungsmodell überspringt das Netzwerk die anfängliche Sortierphase und verarbeitet Transaktionen direkt gleichzeitig. Bei diesem Ansatz wird davon ausgegangen, dass die meisten Transaktionen in der Warteschlange unabhängig sind, und es wird derselbe Ansatz verwendet, um alle zugehörigen Transaktionen nach der Ausführung der Transaktion erneut zu überprüfen und zu korrigieren. Das heißt, wenn zunächst festgestellt wird, dass Transaktionen nicht miteinander in Zusammenhang stehen, später jedoch festgestellt wird, dass sie sich gegenseitig beeinflussen, passt das System diese Transaktionen an, um sicherzustellen, dass die Daten korrekt bleiben.
2.Parallelisierung des Zustandszugriffs. Im State-Access-Parallel-Execution-Modell klassifiziert das Netzwerk Transaktionen zunächst anhand ihrer Auswirkung auf den Netzwerkstatus. Zu den verschiedenen Auswirkungen gehören Interaktionen mit bestimmten Smart Contracts oder Konten, die dabei helfen, zu bestimmen, welche Transaktionen parallel und ohne Konflikte verarbeitet werden können. Transaktionen, die nicht interagieren, können gleichzeitig ausgeführt werden. Im Gegensatz dazu müssen Transaktionen, die ähnliche staatliche Faktoren beeinflussen, in einer bestimmten Reihenfolge verarbeitet werden, wobei die Bestellpriorität durch die Gasgebühren bestimmt wird.
Verschiedene Arten der Parallelisierung
Parallelisierung auf Transaktionsebene
Parallelisierung auf Transaktionsebene bedeutet, dass mehrere Transaktionen gleichzeitig verarbeitet werden können. Dies erhöht den Netzwerkdurchsatz und erhöht die Transaktionen pro Sekunde (TPS). Darüber hinaus reduziert die Parallelisierung auf Transaktionsebene die für die Transaktionsbestätigung erforderliche Zeit und verbessert die allgemeine Reaktionsfähigkeit des Netzwerks. Diese Art der Parallelisierung ist ideal für Blockchains mit hoher Nachfrage, bei denen schnelle Verarbeitungszeiten eingehalten werden müssen.
Allerdings gibt es auch Schwierigkeiten bei der Parallelisierung auf Transaktionsebene. Beispielsweise ist die gleichzeitige Verarbeitung von Transaktionen stark datenabhängig. Die Ausgabe einer Transaktion kann Auswirkungen auf eine andere Transaktion haben, was komplexe Datenverwaltungsstrategien erfordert, um die Datenkonsistenz und -zuverlässigkeit sicherzustellen.
Parallelisierung auf Blockebene
Parallelisierung auf Blockebene bedeutet, dass Blockerstellung und -überprüfung gleichzeitig durchgeführt werden, um die Skalierbarkeit des Netzwerks zu verbessern. Durch die gleichzeitige Verarbeitung mehrerer Blöcke trägt dieser Ansatz dazu bei, dass die Blockchain mehr Transaktionen verarbeiten kann, und verhindert eine mögliche Überlastung des Netzwerks.
Allerdings muss die Parallelität auf Blockebene sorgfältig implementiert werden, um eine Beeinträchtigung der Sicherheit der Blockchain zu vermeiden. Darüber hinaus erfordert die Parallelisierung auf Blockebene mehr Rechenressourcen, wodurch die Hardwareanforderungen für Netzwerkknoten steigen. Dies kann die Teilnahme einiger Benutzer am Netzwerk einschränken und sich negativ auf dessen Dezentralisierung und Zugänglichkeit auswirken.
Parallelisierung intelligenter Verträge
Parallelisierung intelligenter Verträge bezieht sich auf die parallele Ausführung mehrerer intelligenter Verträge. Dies kann die Leistung dezentraler Anwendungen (DApps) verbessern und deren Skalierbarkeit und Reaktionsfähigkeit verbessern.
Es gibt mehrere Mechanismen, um die parallele Ausführung intelligenter Verträge zu erleichtern. Beispielsweise führt die optimistische Aggregation Transaktionen außerhalb der Kette aus und interagiert nur mit der Blockchain, wenn Transaktionen bestätigt werden, wodurch die Belastung der Hauptkette verringert wird. Validium-Skalierungslösungen für Ethereum kombinieren wissensfreie Beweise mit Off-Chain-Berechnungen, um Skalierbarkeit und Datenschutz für Smart-Contract-Anwendungen bereitzustellen.
Vorteile der Parallelisierung
Erhöhung der Transaktionsverarbeitungsgeschwindigkeit
Das Verteilen von Aufgaben auf mehrere Knoten kann die Transaktionsausführungszeit verkürzen und die Transaktionsverarbeitungsgeschwindigkeit erhöhen. Netzwerke, die Parallelisierung implementieren, sind tendenziell effizienter als Netzwerke, die nach einem sequentiellen Verarbeitungsmodell arbeiten.
Skalierbarkeit
Parallelisierung verteilt die Transaktionsüberprüfung auf mehrere Knoten, um das Skalierbarkeitsproblem der Blockchain zu lösen. Dies beschleunigt den Vorgang und unterstützt auch die horizontale Skalierung. Horizontale Erweiterung bedeutet, dass das Netzwerk Knoten hinzufügt oder entfernt, wenn sich die Nachfrage ändert.
Reduzieren Sie die Gaskosten.
Parallelisierung verteilt Transaktionen auf Untergruppen von Knoten, wodurch die Bearbeitungsgebühren gesenkt werden. Dies ist kostengünstiger als die sequentielle Verarbeitung von Transaktionen, bei der jede Transaktion von jedem Knoten überprüft wird. Darüber hinaus kann eine Erhöhung der Transaktionsgeschwindigkeit den Wettbewerb zwischen Knoten verringern und die Transaktionsgebühren weiter senken.
Fazit
Parallelisierung ist eine Möglichkeit, mehrere Transaktionen gleichzeitig zu verarbeiten. Zu den vielen Vorteilen gehören die Erhöhung der Transaktionsverarbeitungsgeschwindigkeit, die Verbesserung der Skalierbarkeit und die Reduzierung der Bearbeitungsgebühren. Zukünftig kann die Parallelisierung mit anderen Skalierungslösungen wie Sharding kombiniert werden, um die Skalierbarkeit von Blockchain-Netzwerken weiter auszubauen.
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