平行化的概念及其原理

高效的交易處理是提高區塊鏈網路吞吐量和解決區塊鏈可擴展性問題的關鍵。本文將介紹並行化的基礎知識、原理、常見類型以及潛在優勢。

什麼是並行化？

並行化（平行交易執行）是一種同時處理多項任務的方法。並行化與計算機科學中的平行計算概念密切相關。並行計算是指同時執行多個程序。

並行化如何運作？

網路資料透過並行化進行組織，可讓多筆交易同時驗證，而非依序逐一處理。執行交易的任務分佈在多個節點上。每個節點分別處理交易量的各個部分，這有助於加快處理時間，緩解網路擁塞。 

在平行交易處理中，網路可同時檢查各種潛在狀態，每種狀態都代表驗證一組特定交易的結果。這樣一來，網路可以在交易正式記錄到帳本之前，對交易的潛在影響進行評估。評估結束後，節點就共同狀態達成一致，顯示並行驗證的統一結果。

並行化模型

區塊鏈並行化共分為兩大類型，即樂觀平行化和狀態存取並行化。

1.樂觀並行化。 在樂觀並行執行模型中，網路會跳過初始排序階段，直接同時處理交易。這種方法假定佇列中的大多數交易都是獨立的，並在交易執行後採用同一種方法來重新檢查並修正存在關聯的任何交易。也就是說，如果交易最初已判定不相關，但之後發現交易會相互影響，系統將會調整這些交易以確保資料保持準確。

2.狀態存取並行化。 在狀態存取並行執行模型中，網路一開始會根據交易對網路狀態的影響進行分類。各種影響包括與特定智能合約或帳戶的交互，這有助於確定哪些交易可以並行處理，而不會發生衝突。不交互的交易可以同時執行。相反，會影響到類似狀態因素的交易則需以特定順序處理，排序優先順序由gas 費決定。

各種類型的平行化

交易級並行化

交易級並行化是指多筆交易可同時處理。這能提高網路的吞吐量，提高每秒交易量 (TPS)。而且，交易級並行化也縮短了交易確認所需的時間，提高了網路的整體反應速度。這類並行化非常適合必須維持快速處理時間的高需求區塊鏈。

但是，交易級並行化也存在難題。例如，同時處理交易對資料的依賴性很高。一筆交易的輸出可能會影響到另一筆交易，這就需要複雜的資料管理策略來確保資料的一致性和可靠性。

區塊級並行化

區塊級並行化是指區塊創建和驗證同時進行，旨在提高網路可擴展性。同時處理多個區塊，這種方法有助於區塊鏈容納更多交易，並預防潛在的網路擁塞。

不過，區塊級並行需要謹慎實施，以免影響區塊鏈的安全性。此外，區塊級並行化需要更多的運算資源，從而提高了對網路節點的硬體要求。這可能會限制一些用戶參與網絡，對網絡的去中心化和可訪問性產生負面影響。

智能合約並行化

智能合約並行化是指多個智能合約並行執行。這可以提高去中心化應用程式 (DApp) 的效能，增強其可擴展性和回應能力。

有多種機制可促成智能合約的平行執行。例如，樂觀匯總在鏈下執行交易，只在交易確認時才與區塊鏈交互，減輕主鏈負載。以太坊的 Validium 擴展解決方案將零知識證明與鏈下計算相結合，為智能合約應用程式提供了可擴展性和隱私性。

並行化的優勢

提高交易處理速度

將任務分配給多個節點可縮短交易執行時間，提高交易處理速度。相較於採用依序處理模型運作的網絡，實施並行化的網路往往效率較高。

可擴展性

並行化將交易驗證分配給多個節點，以解決區塊鏈的可擴展性問題。這樣可以加快流程，也支援水平擴展。水平擴展是指網路根據需求變化新增或刪除節點。

降低燃料費成本

並行化將交易分配給節點子組，從而降低手續費。與按順序處理交易相比，這樣成本更低，因為按順序處理每筆交易都要經過每個節點的驗證。此外，提高交易速度可以減少節點之間的競爭，進一步降低交易手續費。

結語

並行化是同時處理多筆交易的方式，許多優點包括提高提高交易處理速度、提高可擴展性和降低手續費。未來，並行化可與分片等其他擴展解決方案結合，實現區塊鏈網路可擴展性的進一步擴充。

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