Wat is parallelisatie?

In de blockchainwereld is parallelisatie een methode om meerdere transacties gelijktijdig te verwerken. Het omvat parallelisatie op transactieniveau, op blockniveau en voor slimme contracten. De voordelen van parallelisatie zijn snellere transactieverwerking, verbeterde schaalbaarheid en lagere gaskosten.

Basisprincipes

Het aanpakken van schaalbaarheidsproblemen in blockchain-netwerken vereist efficiënte transactieverwerking. Dit artikel behandelt de basisprincipes van parallelisatie, de werking, de verschillende veelvoorkomende types en de voordelen.

Wat is parallelisatie?

Parallelisatie, of Parallel Transaction Execution, houdt in dat meerdere taken gelijktijdig worden afgehandeld. Deze aanpak is verwant aan parallelle computing, een begrip uit de informatica dat gelijktijdige uitvoering van verschillende processen mogelijk maakt.

Hoe parallelisatie werkt

Parallelisatie verhoogt de efficiëntie van het netwerk door meerdere transacties tegelijk te valideren in plaats van sequentieel. Deze methode verdeelt de transactieverwerking over meerdere nodes, die elk verschillende transactiedelen afhandelen, wat de verwerking versnelt en netwerkcongestie vermindert.

In dit systeem evalueert het netwerk gelijktijdig verschillende potentiële staten, waarbij elke staat het effect vertegenwoordigt van het valideren van specifieke transactiegroepen. Hierdoor kan het netwerk de effecten van transacties bepalen voordat ze in het grootboek worden vastgelegd, waarbij nodes instemmen met een eenduidige staat die deze parallelle validaties weerspiegelt.

Parallelisatiemodellen

Parallelisatie in blockchain omvat voornamelijk twee modellen: optimistische parallelisatie en state-access parallelisatie.

1. Optimistische parallelisatie: Dit model omzeilt eerste sortering en verwerkt transacties gelijktijdig, ervan uitgaande dat ze grotendeels onafhankelijk zijn. Als na uitvoering afhankelijkheden worden ontdekt, past het systeem zich aan om datanauwkeurigheid te behouden.
2. State-access parallelisatie: Dit model categoriseert transacties op basis van hun impact op de netwerkstatus en identificeert welke parallel verwerkt kunnen worden. Onafhankelijke transacties worden gelijktijdig uitgevoerd, terwijl transacties die vergelijkbare status-elementen beïnvloeden in een geprioriteerde volgorde op basis van gaskosten worden verwerkt.

Soorten parallelisatie

Parallelisatie op transactieniveau

Deze methode maakt het mogelijk om meerdere transacties gelijktijdig te verwerken, wat de throughput van het netwerk verhoogt en het aantal transacties per seconde (TPS) doet toenemen. Het verkort ook de bevestigingstijden, wat de reactietijd van het netwerk verbetert. Parallelisatie op transactieniveau is cruciaal voor blockchains met hoge vraag die snelle verwerking vereisen. Het brengt echter uitdagingen met zich mee, zoals het beheer van datadependenties, waarbij de output van de ene transactie een andere beïnvloedt, wat geavanceerde datamanagementstrategieën vereist om consistentie en betrouwbaarheid te waarborgen.

Parallelisatie op blockniveau

Parallelisatie op blockniveau richt zich op het gelijktijdig aanmaken en valideren van blocks om de schaalbaarheid van het netwerk te vergroten. Door meerdere blocks tegelijk te verwerken helpt het netwerkcongestie te voorkomen en meer transacties te verwerken. Deze aanpak vereist echter zorgvuldige implementatie om de blockchainveiligheid te behouden en vraagt om hogere rekenkracht, wat de hardware-eisen voor nodes kan verhogen. Dit kan deelname beperken en de decentralisatie en toegankelijkheid van het netwerk beïnvloeden.

Parallelisatie van slimme contracten

Dit type betreft het gelijktijdig uitvoeren van meerdere slimme contracten, wat de prestaties, schaalbaarheid en reactievermogen van gedecentraliseerde applicaties (DApps) verbetert. Mechanismen die dit ondersteunen zijn onder andere optimistische rollups, die transacties off-chain verwerken en pas op de blockchain finaliseren, en Ethereum's Validium, dat zero-knowledge proofs combineert met off-chain berekeningen voor schaalbaarheid en privacy.

Voordelen van parallelisatie

• Verbeterde transactiesnelheid: Het gebruik van parallelisatie verkort de uitvoeringstijden van transacties door taken over meerdere nodes te verdelen, wat resulteert in snellere verwerkingssnelheden vergeleken met sequentiële modellen.
• Verbeterde schaalbaarheid: Parallelisatie pakt schaalbaarheidsuitdagingen van blockchains aan door transactievalidatie over nodes te verdelen, wat horizontale schaalbaarheid faciliteert. Hierdoor kan het netwerk het aantal nodes aanpassen op basis van schommelingen in de vraag.
• Lagere gaskosten: Parallelisatie verlaagt vergoedingen door transacties toe te wijzen aan subgroepen van nodes, wat goedkoper is dan sequentiële verwerking. Bovendien vermindert de hogere transactiesnelheid concurrentie tussen nodes, wat de transactiekosten verder verlaagt.

Conclusie

Parallelisatie omvat het gelijktijdig verwerken van meerdere transacties en biedt voordelen zoals hogere verwerkingssnelheden, verbeterde schaalbaarheid en lagere kosten. Het combineren van parallelisatie met andere schaaloplossingen, zoals sharding, biedt perspectief om nog meer schaalbaarheid in blockchain-netwerken te bereiken.