Wichtige Punkte

  • Im Blockchain-Bereich ist Parallelisierung eine Methode zur gleichzeitigen Verarbeitung mehrerer Transaktionen.

  • Es gibt viele Arten der parallelen Ausführung, einschließlich der parallelen Ausführung auf Transaktionsebene, der parallelen Ausführung auf Blockebene und der parallelen Ausführung intelligenter Verträge.

  • Zu den Vorteilen der parallelen Ausführung zählen eine schnellere Transaktionsverarbeitung, eine verbesserte Skalierbarkeit und geringere Gaskosten.

Einführen

Eine effiziente Transaktionsverarbeitung ist der Schlüssel zur Verbesserung des Durchsatzes von Blockchain-Netzwerken und zur Lösung des Problems der Blockchain-Skalierbarkeit. In diesem Artikel lernen wir die Grundlagen der parallelen Ausführung, ihre Funktionsweise, gängige Arten der parallelen Ausführung und ihre potenziellen Vorteile kennen.

Was ist parallele Ausführung?

Parallelisierung (parallele Transaktionsausführung) ist eine Methode zur gleichzeitigen Verarbeitung mehrerer Aufgaben. Die parallele Ausführung steht in engem Zusammenhang mit dem parallelen Rechnen, einem Konzept in der Informatik, das sich auf die gleichzeitige Ausführung mehrerer Prozesse bezieht.

Wie funktioniert die Parallelausführungstechnologie?

Die Parallelausführungstechnologie organisiert Netzwerkdaten so, dass mehrere Transaktionen gleichzeitig validiert werden können, anstatt nacheinander (eine Transaktion nach der anderen) verarbeitet zu werden. Die Aufgabe, Transaktionen auszuführen, ist auf mehrere Knoten verteilt. Jeder Knoten verarbeitet verschiedene Segmente der Transaktion und trägt so dazu bei, die Verarbeitungszeiten zu verkürzen und die Netzwerküberlastung zu reduzieren. 

Bei der parallelen Verarbeitung von Transaktionen prüft das Netzwerk gleichzeitig mehrere Zustände. Jeder Zustand stellt die Konsequenz der Validierung eines bestimmten Satzes von Transaktionen dar. Dadurch kann das Netzwerk die potenziellen Auswirkungen einer Transaktion bewerten, bevor sie offiziell im Hauptbuch erfasst wird. Nach der Auswertung einigen sich die Knoten auf einen gemeinsamen Zustand, der die zusammengeführten Ergebnisse dieser parallelen Validatoren widerspiegelt.

Paralleles Ausführungsmodell

Es gibt zwei Arten von parallelen Ausführungsmodellen, die für Hauptblockketten verwendet werden: optimistische Parallelisierung und Zustandszugriffsparallelisierung.

1. Parallele Ausführung unter optimistischer Annahme. Im optimistischen Parallelausführungsmodell überspringt das Netzwerk die anfängliche Platzierungsphase und verarbeitet gleichzeitige Transaktionen direkt. Dieser Ansatz geht davon aus, dass die meisten Transaktionen in der Warteschlange unabhängig sind, und verwendet eine Methode zur Überprüfung und Korrektur aller Transaktionen, bei denen nach der Ausführung festgestellt wird, dass sie voneinander abhängig sind. Das bedeutet, dass sich das System anpasst, um sicherzustellen, dass alle Daten korrekt bleiben, wenn zunächst davon ausgegangen wird, dass Transaktionen nicht miteinander in Zusammenhang stehen, sich aber später gegenseitig beeinflusst.

2. Zustandsbehaftete parallele Ausführung. Die parallele Ausführung durch staatlichen Zugriff beginnt mit der Klassifizierung von Transaktionen nach ihrer Auswirkung auf den Zustand des Netzwerks, wie z. B. Interaktionen mit intelligenten Verträgen

Arten der parallelen Ausführung

Parallele Ausführung auf Transaktionsebene

Die parallele Ausführung auf Transaktionsebene ermöglicht die gleichzeitige Verarbeitung mehrerer Transaktionen. Dieser Typ erhöht den Durchsatz des Netzwerks und ermöglicht eine höhere Anzahl von Transaktionen pro Sekunde (TPS). Dadurch wird die zur Bestätigung von Transaktionen benötigte Zeit verkürzt und die allgemeine Reaktionsfähigkeit des gesamten Netzwerks verbessert. Diese Art der parallelen Ausführung ist besonders wertvoll für Blockchains mit hoher Nachfrage, die schnelle Verarbeitungszeiten einhalten müssen. 

Allerdings stößt die parallele Ausführung auf Transaktionsebene auch auf einige Hindernisse. Beispielsweise kann die Verarbeitung gleichzeitiger Transaktionen zu Datenabhängigkeiten führen, bei denen sich die Ausgabe einer Transaktion auf eine andere auswirken kann, was komplexe Datenverwaltungsstrategien erfordert, um Konsistenz und Zuverlässigkeit sicherzustellen.

Parallele Ausführung auf Blockebene

Die parallele Ausführung auf Blockebene umfasst die gleichzeitige Erstellung und Validierung mehrerer Blöcke, was die Skalierbarkeit des Netzwerks verbessert. Durch die gleichzeitige Verarbeitung mehrerer Blöcke hilft dieser Ansatz der Blockchain, mehr Transaktionen zu verarbeiten und verhindert das Risiko einer Netzwerküberlastung. 

Die parallele Ausführung auf Blockebene erfordert jedoch eine sorgfältige Implementierung, um eine Beeinträchtigung der Sicherheit der Blockchain zu vermeiden. Darüber hinaus erfordert die parallele Ausführung auf Blockebene mehr Rechenressourcen, was die Hardwareanforderungen für Netzwerkknoten erhöht. Dies kann die Fähigkeit einiger Benutzer zur Teilnahme am Netzwerk einschränken, was sich negativ auf die Dezentralisierung und Zugänglichkeit des Netzwerks auswirkt.

Parallele Ausführung gemäß Smart Contracts

Unter paralleler Smart Contract-Ausführung versteht man die parallele Ausführung mehrerer Smart Contracts. Dies kann die Leistung dezentraler Anwendungen (DApp) verbessern und die Skalierbarkeit und Reaktionsfähigkeit dieser DApp verbessern.

Mehrere Mechanismen unterstützen die parallele Ausführung von Smart Contracts. Beispiel: Optimistische Rollups führen Transaktionen außerhalb der Kette durch und interagieren nur mit der Blockchain, um die Transaktion abzuschließen, wodurch die Belastung der Hauptkette verringert wird. Die Validium-Skalierungslösung von Ethereum kombiniert Zero-Knowledge Proofs mit Off-Chain-Computing-Funktionen und bietet sowohl Skalierbarkeit als auch Datenschutz für die Validierung von Smart-Copper-Anwendungen.

Vorteile der Parallelisierung

Hohe Geschwindigkeit der Transaktionsverarbeitung

Die Zuweisung von Aufgaben auf mehrere Knoten trägt dazu bei, die Ausführungszeit von Transaktionen zu verkürzen und dadurch die Geschwindigkeit der Transaktionsverarbeitung zu erhöhen. Netzwerke, die parallele Ausführungstechnologie verwenden, sind oft effizienter als Netzwerke, die mit sequenziellen Verarbeitungsmodellen arbeiten.

Skalierbarkeit

Die parallele Ausführung löst das Problem der Blockchain-Skalierbarkeit, indem die Transaktionsvalidierung auf Netzwerkknoten verteilt wird. Dies beschleunigt den Prozess und unterstützt die horizontale Skalierung. Durch die horizontale Skalierung kann das Netzwerk je nach Bedarfsschwankungen Knoten hinzufügen oder entfernen.

Reduzieren Sie die Gaskosten

Die parallele Ausführung hilft, Gebühren zu senken, indem Transaktionen auf Untergruppen von Knoten verteilt werden. Dieser Prozess ist kostengünstiger als die sequentielle Verarbeitung, bei der jeder Knoten jede Transaktion validiert. Darüber hinaus verringern schnellere Transaktionsgeschwindigkeiten auch den Wettbewerb zwischen Knoten, wodurch die Transaktionsgebühren noch weiter gesenkt werden.

Zusammenfassung

Die parallele Ausführung ist eine Methode zur gleichzeitigen Verarbeitung mehrerer Transaktionen. Diese Technologie bietet viele Vorteile, darunter höhere Transaktionsverarbeitungsgeschwindigkeiten, verbesserte Skalierbarkeit und geringere Gebühren. Zukünftig könnte die parallele Ausführung mit anderen Skalierungslösungen wie Sharding kombiniert werden, was Blockchain-Netzwerken eine noch größere Skalierbarkeit verleihen würde.

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