重要なポイント

  • ブロックチェーンの分野では、並列化は複数のトランザクションを同時に処理する方法です。

  • 並列実行には、トランザクション レベルの並列実行、ブロック レベルの並列実行、スマート コントラクトの並列実行など、さまざまな種類があります。

  • 並列実行の利点には、トランザクション処理の高速化、スケーラビリティの向上、ガスコストの削減などがあります。

導入

効率的なトランザクション処理は、ブロックチェーン ネットワークのスループットを向上させ、ブロックチェーンのスケーラビリティの問題を解決する鍵となります。この記事では、並列実行の基本、その仕組み、一般的な並列実行の種類、およびその潜在的な利点について学びます。

並列実行とは何ですか?

並列化 (並列トランザクション実行) は、複数のタスクを同時に処理する方法です。並列実行は、複数のプロセスの同時実行を指すコンピューター サイエンスの概念である並列コンピューティングと密接に関連しています。

並列実行テクノロジーはどのように機能しますか?

並列実行テクノロジは、複数のトランザクションを順番に (一度に 1 つのトランザクションずつ) 処理するのではなく、同時に検証できる方法でネットワーク データを編成します。トランザクションを実行するタスクは、複数のノードに分散されます。各ノードはトランザクションの異なるセグメントを処理するため、処理時間が短縮され、ネットワークの輻輳が軽減されます。 

トランザクションを並行して処理する場合、ネットワークは複数の状態を同時にチェックします。各状態は、特定のトランザクションのセットを検証した結果を表します。これにより、ネットワークはトランザクションが台帳に正式に記録される前に、トランザクションの潜在的な影響を評価できるようになります。評価後、ノードは、これらの並列バリデーターのマージ結果を反映する共通の状態に同意します。

並列実行モデル

メインのブロックチェーンで使用される並列実行モデルには、オプティミスティック並列化とステートアクセス並列化の 2 種類があります。

1. 楽観的な仮定に基づく並列実行。オプティミスティック並列実行モデルでは、ネットワークは初期配置段階をスキップし、同時トランザクションを直接処理します。このアプローチは、キュー内のほとんどのトランザクションが独立していることを前提としており、実行後に相互依存していることが判明したトランザクションをレビューして修正するメソッドを使用します。これは、トランザクションが最初は無関係であると考えられていたが、後で相互に影響を及ぼしていることが判明した場合、すべてのデータが正確であることを保証するためにシステムが調整されることを意味します。

2. ステートフルな並列実行。状態アクセスによる並列実行は、スマート コントラクト

並列実行の種類

トランザクションレベルの並列実行

トランザクションレベルの並列実行により、複数のトランザクションを同時に処理できます。このタイプでは、ネットワークのスループットが向上し、1 秒あたりのトランザクション数を増やすことができます (TPS)。これにより、トランザクションの確認に必要な時間が短縮され、ネットワーク全体の応答性が向上します。このタイプの並列実行は、高速な処理時間を維持する必要がある需要の高いブロックチェーンにとって特に価値があります。 

ただし、トランザクション レベルでの並列実行にはいくつかの障害もあります。たとえば、同時トランザクションを処理するとデータの依存関係が生じる可能性があり、あるトランザクションの出力が別のトランザクションに影響を与える可能性があるため、一貫性と信頼性を確保するために複雑なデータ管理戦略が必要になります。

ブロックレベルでの並列実行

ブロックレベルの並列実行には、複数のブロックの同時作成と検証が含まれ、これによりネットワークのスケーラビリティが向上します。このアプローチは、複数のブロックを一度に処理することにより、ブロックチェーンがより多くのトランザクションを処理し、ネットワーク輻輳のリスクを防ぐのに役立ちます。 

ただし、ブロックレベルの並列実行では、ブロックチェーンのセキュリティが損なわれないように慎重に実装する必要があります。さらに、ブロックレベルの並列実行にはより多くの計算リソースが必要となり、ネットワーク ノードのハードウェア要件が増加します。これにより、一部のユーザーがネットワークに参加する能力が制限され、ネットワークの分散化とアクセシビリティに悪影響を及ぼす可能性があります。

スマートコントラクトに従った並列実行

スマート コントラクトの並列実行は、複数のスマート コントラクトの並列実行です。これにより、分散アプリケーション (DApp) のパフォーマンスが向上し、この DApp のスケーラビリティと応答性が向上します。

いくつかのメカニズムがスマート コントラクトの並列実行をサポートしています。例: オプティミスティック ロールアップ はオフチェーン トランザクションを実行し、ブロックチェーンとのみ対話してトランザクションを完了するため、メイン チェーンの負荷が軽減されます。イーサリアムの Validium スケーリング ソリューションは、ゼロ知識証明 とオフチェーン コンピューティング機能を組み合わせて、アプリケーションのスマート銅線を検証するためのスケーラビリティとプライバシーの両方を提供します。

並列化の利点

高いトランザクション処理速度

タスクを複数のノードに割り当てると、トランザクションの実行時間が短縮され、トランザクションの処理速度が向上します。並列実行テクノロジを使用するネットワークは、多くの場合、逐次処理モデルで動作するネットワークよりも効率的です。

スケーラビリティ

並列実行は、トランザクション検証をネットワーク ノード全体に分散することで、ブロックチェーンのスケーラビリティの問題を解決します。これによりプロセスが高速化され、水平スケーリングがサポートされます。水平スケーリングにより、ネットワークは需要の変動に基づいてノードを追加または削除できます。

ガスコストの削減

並列実行は、トランザクションをノードのサブグループに分散することで手数料を削減します。このプロセスは、各ノードが各トランザクションを検証する順次処理よりも低コストです。さらに、トランザクション速度が速くなることでノード間の競争も減り、トランザクション手数料がさらに下がります。

まとめ

並列実行は、複数のトランザクションを同時に処理する方法です。このテクノロジーには、トランザクション処理速度の向上、スケーラビリティの向上、手数料の削減など、多くの利点があります。将来的には、並列実行をシャーディングなどの他のスケーリング ソリューションと組み合わせることで、ブロックチェーン ネットワークのスケーラビリティがさらに向上する可能性があります。

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