Wichtigste Punkte:
Im Kryptobereich versteht man unter Parallelisierung eine Methode zur gleichzeitigen Verarbeitung von Transaktionen.
Es gibt verschiedene Arten der Parallelisierung, darunter Parallelisierung auf Transaktionsebene, Parallelisierung auf Blockebene und Smart-Contracts-Parallelisierung.
Zu den Vorteilen der Parallelisierung gehören eine schnellere Transaktionsverarbeitung, verbesserte Skalierbarkeit und niedrigere Gasgebühren.
Einführung
Eine effiziente Transaktionsverarbeitung ist der Schlüssel zur Verbesserung des Durchsatzes von Blockchain-Netzwerken und zur Lösung des Skalierbarkeitsproblems. In diesem Artikel befassen wir uns mit den Grundlagen der Parallelisierung, den wichtigsten Arten und potenziellen Vorteilen.
Was ist eine Parallelisierung?
Parallelisierung (parallele Transaktionsausführung) bezeichnet eine Methode zur gleichzeitigen Verarbeitung von Aufgaben. Das Konzept ist eng mit dem Parallel Computing verbunden, einer Disziplin der Informatik, die sich mit der gleichzeitigen Ausführung von Prozessen befasst.
Wie funktioniert eine Parallelisierung?
Durch eine Parallelisierung wird das Blockchain-Netzwerk so strukturiert, dass mehrere Transaktionen gleichzeitig validiert werden, anstatt sie sequentiell (eine nach der anderen) zu verarbeiten Die Transaktionsausführung wird auf mehrere Knoten verteilt. Jeder Knoten übernimmt unterschiedliche Segmente von Transaktionsdaten, was schnellere Verarbeitungszeiten ermöglicht und Netzwerküberlastungen vorbeugt.
Bei der parallelen Transaktionsverarbeitung prüft das Netzwerk gleichzeitig zahlreiche mögliche Zustände, die sich nach der Validierung einer bestimmten Gruppe von Transaktionen einstellen könnten. Auf diese Weise kann das Netzwerk die potenziellen Auswirkungen von Transaktionen abschätzen, bevor sie tatsächlich im Ledger erfasst werden. Nach dieser Prüfung einigen sich die Knoten auf einen gemeinsamen Zustand, der das Ergebnis der parallelen Validierungen darstellt.
Modelle der Parallelisierung
Es gibt zwei grundlegende Modelle der Blockchain-Parallelisierung: optimistische Parallelisierung und State-Access-Parallelisierung.
1. Optimistische Parallelisierung. Bei der optimistisch-parallelen Ausführung überspringt das Netzwerk die Sortierung und verarbeitet die Transaktionen stattdessen gleichzeitig. Es wird davon ausgegangen, dass die meisten Transaktionen in der Warteschlange unabhängig voneinander sind. Alle Transaktionen, bei denen eine gegenseitige Abhängigkeit festgestellt wird, werden nach der Ausführung überprüft und korrigiert. Mit anderen Worten: Anfangs wird angenommen, dass Transaktionen nicht miteinander in Verbindung stehen. Wenn sich später aber das Gegenteil herausstellt, werden die Transaktionen vom System berichtigt, um sicherzustellen, dass alle Daten korrekt sind.
2. State-Access-Parallelisierung. Bei der State-Access-Parallelisierung werden Transaktionen zunächst nach ihren Auswirkungen auf den Zustand des Netzwerkes sortiert, wobei Faktoren wie die Interaktion mit bestimmten Smart Contracts oder Konten berücksichtigt werden. Auf diese Weise lassen sich Transaktionen identifizieren, die parallel verarbeitet werden können, ohne dass Konflikte entstehen. Transaktionen, die voneinander unabhängig sind, werden gleichzeitig ausgeführt. Umgekehrt werden Transaktionen, die ähnliche Zustandselemente betreffen, in einer bestimmten Reihenfolge verarbeitet, wobei eine Priorisierung nach den Gasgebühren erfolgt.
Verschiedene Arten der Parallelisierung
Parallelisierung auf Transaktionsebene
Durch die gleichzeitige Verarbeitung einzelner Transaktionen kann der Durchsatz des Blockchain-Netzwerkes erhöht und somit die Anzahl der Transaktionen pro Sekunde (TPS) gesteigert werden. Außerdem wird die für die Transaktionsbestätigungen benötigte Zeit verkürzt. Diese Art der Parallelisierung ist insbesondere für stark genutzte Blockchains von Vorteil, bei denen schnelle Verarbeitungszeiten entscheidend sind.
Eine Parallelisierung auf Transaktionsebene ist jedoch mit gewissen Herausforderungen verbunden. Beispielsweise kann die gleichzeitige Verarbeitung von Transaktionen zu Datenabhängigkeiten führen, wobei sich die Ausgabe einer Transaktion auf eine andere Transaktion auswirkt. Solche Abhängigkeiten erfordern komplexe Datenverwaltungsstrategien, um die Konsistenz und Zuverlässigkeit der Daten zu gewährleisten.
Parallelisierung auf Blockebene
Parallelisierung auf Blockebene bedeutet, dass Blöcke gleichzeitig erstellt und validiert werden, um die Skalierbarkeit des Netzwerkes zu verbessern. Durch die gleichzeitige Verarbeitung mehrerer Blöcke können mehr Transaktionen bewältigt und Netzwerküberlastungen vermieden werden.
Dieser Ansatz erfordert jedoch eine sorgfältige Umsetzung, damit die Sicherheit der Blockchain nicht beeinträchtigt wird. Außerdem werden mehr Rechenressourcen benötigt, weshalb die Hardware-Anforderungen an die Netzwerkknoten hoch sind. Dies könnte dazu führen, dass sich weniger Nutzer an der Erstellung von Blöcken beteiligen können, was eine Zentralisierung des Netzwerkes zur Folge hätte.
Smart-Contract-Parallelisierung
Durch die parallele Ausführung von Smart Contracts kann die Leistung dezentraler Anwendungen (dApps) verbessert und ihre Skalierbarkeit und Geschwindigkeit erhöht werden.
Mehrere Mechanismen ermöglichen die parallele Ausführung von Smart Contracts. Zum Beispiel führen optimistische Rollups Transaktionen off-chain aus und interagieren nur mit der Blockchain, um das Ergebnis einer Reihe von Transaktionen auf der Blockchain zu erfassen, wodurch die Blockchain entlastet wird. Die Ethereum-Skalierungslösung Validium kombiniert Zero-Knowledge-Beweise mit Off-Chain-Berechnungen und bietet sowohl Skalierbarkeit als auch Datenschutz für Smart-Contract-Anwendungen.
Vorteile der Parallelisierung
Schnelle Transaktionsverarbeitung
Durch die Aufteilung von Aufgaben auf mehrere Knoten wird die Transaktionsausführung erheblich verkürzt. Daher sind Netzwerke mit paralleler Transaktionsverarbeitung im Allgemeinen effizienter als solche mit sequentieller Verarbeitung.
Skalierbarkeit
Die Parallelisierung stellt einen Lösungsansatz für das Skalierbarkeitsproblem der Blockchain dar. Die Aufteilung der Validierungsaufgaben auf die Netzwerkknoten ermöglicht eine schnellere Validierung von Transaktionen und eine horizontale Skalierung. Unter horizontaler Skalierung versteht man die Fähigkeit des Netzwerkes, Knoten je nach Nachfrage hinzuzufügen oder zu entfernen.
Geringere Gaskosten
Dank der Parallelisierung lassen sich die Gebühren senken, da die Transaktionen auf Knotenuntergruppen verteilt werden. Im Vergleich zur sequentiellen Verarbeitung, bei der jeder Knoten jede Transaktion validiert, sind die Kosten geringer. Bei höheren Transaktionsgeschwindigkeiten gibt es auch weniger Wettbewerb zwischen den Knoten, weshalb die Gebühren pro Transaktion weiter sinken.
Fazit
Parallelisierung ist eine Methode zur gleichzeitigen Verarbeitung von Transaktionen. Sie bringt mehrere Vorteile mit sich, darunter schnellere Transaktionsabwicklung, höhere Skalierbarkeit und niedrigere Gebühren. Durch die kombinierte Anwendung von Parallelisierung und anderen Skalierungslösungen wie Sharding dürften Blockchain-Netzwerke in Zukunft noch skalierbarer werden.
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