Was ist Parallelisierung?

Im Bereich der Blockchain ist die Parallelisierung eine Methode zur gleichzeitigen Verarbeitung mehrerer Transaktionen. Sie umfasst die Parallelisierung auf Transaktionsebene, die Parallelisierung auf Blockebene und die Parallelisierung von Smart Contracts. Zu den Vorteilen der Parallelisierung gehören eine schnellere Transaktionsverarbeitung, verbesserte Skalierbarkeit und geringere Gaskosten.

Grundsätze

Die Bewältigung der Skalierbarkeitsprobleme in Blockchain-Netzwerken erfordert eine effiziente Transaktionsverarbeitung. Dieser Artikel befasst sich mit den Grundlagen der Parallelisierung, ihren Mechanismen, verschiedenen gängigen Typen und ihren Vorteilen.

Was ist Parallelisierung?

Parallelisierung oder parallele Transaktionsausführung bedeutet, dass mehrere Aufgaben gleichzeitig ausgeführt werden. Dieser Ansatz ist mit dem Parallel Computing verknüpft, einem Konzept aus der Informatik, das die gleichzeitige Ausführung verschiedener Prozesse ermöglicht.

So funktioniert Parallelisierung

Die Parallelisierung erhöht die Effizienz des Netzes, da mehrere Transaktionen gleichzeitig statt nacheinander validiert werden können. Diese Methode verteilt die Transaktionsverarbeitung auf mehrere Knoten, von denen jeder verschiedene Transaktionssegmente bearbeitet, was die Verarbeitung beschleunigt und die Überlastung des Netzes mindert.

In diesem System wertet das Netz gleichzeitig verschiedene potenzielle Zustände aus, die jeweils die Auswirkungen der Validierung bestimmter Transaktionsgruppen darstellen. Auf diese Weise kann das Netz die Auswirkungen von Transaktionen bestimmen, bevor sie im Hauptbuch aufgezeichnet werden, wobei sich die Knoten auf einen einheitlichen Zustand einigen, der diese parallelen Validierungen widerspiegelt.

Parallelisierungsmodelle

Die Parallelisierung in Blockchain umfasst hauptsächlich zwei Modelle: optimistische Parallelisierung und State-Access-Parallelisierung.

1. Optimistische Parallelisierung: Dieses Modell umgeht die anfängliche Sortierung und verarbeitet die Transaktionen gleichzeitig, wobei davon ausgegangen wird, dass sie weitgehend unabhängig sind. Werden nach der Ausführung Interdependenzen festgestellt, passt sich das System an, um die Datengenauigkeit zu erhalten.
2. State-Access-Parallelisierung: Dieses Modell kategorisiert Transaktionen auf der Grundlage ihrer Auswirkungen auf den Netzzustand und identifiziert diejenigen, die parallel verarbeitet werden können. Unabhängige Transaktionen werden gleichzeitig ausgeführt, während Transaktionen, die sich auf ähnliche Zustandselemente auswirken, in einer priorisierten Reihenfolge auf der Grundlage von Gasgebühren verarbeitet werden.

Typen der Parallelisierung

Parallelisierung auf Transaktionsbasis

Mit dieser Methode können mehrere Transaktionen gleichzeitig verarbeitet werden, was den Durchsatz des Netzes erhöht und die Transaktionen pro Sekunde (TPS) steigert. Außerdem werden die Bestätigungszeiten verkürzt, was die Reaktionsfähigkeit des Netzwerks verbessert. Die Parallelisierung auf Transaktionsebene ist entscheidend für Blockchains mit hoher Nachfrage, die eine schnelle Verarbeitung erfordern. Sie bringt jedoch auch Herausforderungen mit sich, wie z. B. die Verwaltung von Datenabhängigkeiten, bei denen sich die Ausgabe einer Transaktion auf eine andere auswirkt, was ausgeklügelte Datenverwaltungsstrategien zur Aufrechterhaltung der Konsistenz und Zuverlässigkeit erforderlich macht.

Parallelisierung auf der Blockebene

Die Parallelisierung auf Blockebene konzentriert sich auf die gleichzeitige Erstellung und Validierung von Blöcken, um die Skalierbarkeit des Netzwerks zu verbessern. Durch die gleichzeitige Verarbeitung mehrerer Blöcke kann eine Überlastung des Netzwerks vermieden und mehr Transaktionen durchgeführt werden. Dieser Ansatz erfordert jedoch eine sorgfältige Implementierung, um die Sicherheit der Blockchain aufrechtzuerhalten, und stellt höhere Anforderungen an die Rechenleistung, was die Hardwareanforderungen an die Netzwerkknoten erhöhen könnte. Dies könnte die Beteiligung einschränken und die Dezentralisierung und Zugänglichkeit des Netzwerks beeinträchtigen.

Parallelisierung von Smart Contracts

Bei diesem Typ werden mehrere Smart Contracts parallel ausgeführt, was die Leistung, Skalierbarkeit und Reaktionsfähigkeit von dezentralen Anwendungen (DApps) verbessert. Zu den Mechanismen, die dies unterstützen, gehören optimistische Rollups, die Transaktionen außerhalb der Blockchain verarbeiten und nur auf der Blockchain abschließen, sowie Ethereums Validium, das Zero-Knowledge-Proofs mit Off-Chain-Berechnungen für Skalierbarkeit und Datenschutz kombiniert.

Die Vorteile der Parallelisierung

• Verbesserte Transaktionsgeschwindigkeit: Die Parallelisierung verkürzt die Ausführungszeiten von Transaktionen durch die Verteilung von Aufgaben auf mehrere Knoten, was zu schnelleren Verarbeitungsgeschwindigkeiten im Vergleich zu sequentiellen Modellen führt.
• Verbesserte Skalierbarkeit: Die Parallelisierung geht die Herausforderungen der Blockchain-Skalierbarkeit an, indem sie die Transaktionsvalidierung auf die Knoten verteilt und so die horizontale Skalierung erleichtert. Dies ermöglicht es dem Netzwerk, die Anzahl der Knoten je nach Nachfrageschwankungen anzupassen.
• Niedrigere Gaskosten: Die Parallelisierung senkt die Gebühren durch die Zuweisung von Transaktionen an Knotenuntergruppen, wodurch die Kosten im Vergleich zur sequentiellen Verarbeitung sinken. Außerdem wird durch die höhere Transaktionsgeschwindigkeit der Wettbewerb zwischen den Knoten gemildert, was die Transaktionsgebühren weiter senkt.

Abschluss

Bei der Parallelisierung werden mehrere Transaktionen gleichzeitig verarbeitet, was Vorteile wie höhere Verarbeitungsgeschwindigkeiten, bessere Skalierbarkeit und geringere Gebühren mit sich bringt. Die Kombination der Parallelisierung mit anderen Skalierungslösungen, wie z. B. dem Sharding, ist vielversprechend, um weitere Skalierbarkeit in Blockchain-Netzwerken zu erreichen.