Параллелизм в блокчейн-сетях: как сети обрабатывают несколько транзакций одновременно?

Срочная необходимость в более быстром обработке

Блокчейн-сети сталкиваются с основным вызовом: как обрабатывать тысячи транзакций в секунду без остановок или задержек? Здесь на помощь приходит параллелизм как революционное техническое решение. Вместо того чтобы обрабатывать каждую транзакцию последовательно ( одну за другой ), параллелизм позволяет сети проверять и подтверждать несколько транзакций одновременно.

Этот подход кардинально изменяет способ работы блокчейна. Вместо того чтобы ждать завершения первой транзакции для второй, сеть может обрабатывать их одновременно, что удваивает эффективность и снижает congestion.

Как работает параллелизм на практическом уровне?

Когда несколько транзакций поступают в сеть, узлы блокчейна организуют эти данные умным образом, позволяя проводить одновременную проверку. Задача обработки распределяется между несколькими узлами, и каждый узел берет на себя часть рабочей нагрузки, вместо того чтобы одна узел выполняла все.

Во время параллельной обработки сеть проверяет несколько сценариев одновременно, каждый из которых представляет собой различный результат для определенного набора транзакций. Эта одновременная оценка позволяет системе увидеть потенциальное влияние транзакций до их окончательной записи в общий реестр сети. Затем все узлы согласовывают унифицированное состояние, отражающее общий результат этих параллельных операций.

Две основные модели параллельного выполнения

Оптимистическая модель: быстрая обработка без предварительной проверки

В этой модели сеть пропускает шаг первичной сортировки и обрабатывает транзакции непосредственно одновременно. Основная идея здесь заключается в предположении, что большинство транзакций в очереди независимы друг от друга, то есть они не влияют друг на друга.

Система использует стратегию пересмотра и коррекции: если позже выясняется, что некоторые транзакции имеют зависимости (, зависящие друг от друга ), система модифицирует их и переставляет. Это обеспечивает сохранение данных правильными и точными, даже если происходит столкновение или конфликт.

Модель классификации случаев: умная сортировка перед выполнением

Эта модель начинается с дополнительного шага: классификация транзакций в зависимости от их влияния на состояние сети. Например, система определяет, какие транзакции взаимодействуют с определенными смарт-контрактами и какие из них влияют на определенные счета.

На основании этой классификации, транзакции, между которыми нет конфликта, выполняются параллельно сразу. А те, которые влияют на одни и те же элементы в сети, обрабатываются в определенном порядке, обычно в зависимости от приоритета сборов за транзакции.

Три уровня применения параллелизма

Параллель на уровне отдельных транзакций

Этот уровень позволяет обрабатывать несколько транзакций одновременно, что значительно увеличивает производительность сети. Сеть может выполнять большее количество транзакций в секунду (, что определяется как число TPS), и что более важно, оно сокращает время, необходимое для подтверждения каждой транзакции.

Но этот подход несет в себе реальные технологические вызовы. Обработка параллельных транзакций может создавать сложные зависимости, когда результат одной транзакции может повлиять на результат другой. Управление этими зависимостями и обеспечение согласованности требует продвинутых программных стратегий.

Параллелизм на уровне блоков

Вместо обработки одной транзакции за раз, этот подход позволяет создавать и проверять несколько блоков одновременно. Результат — более масштабируемая сеть, способная предотвращать узкие места.

Однако этот подход требует более сложных расчетов и больших вычислительных ресурсов. Каждому узлу в сети требуется более высокая вычислительная мощность, что может ограничить количество людей, способных безопасно и эффективно управлять узлами.

Параллелизм в выполнении смарт-контрактов

Децентрализованные приложения блокчейна (DApps) непосредственно используют выполнение множества смарт-контрактов одновременно. Это значительно улучшает производительность и скорость.

Некоторые технические решения облегчают этот подход. Например, сборки, использующие оптимистичную модель, обрабатывают транзакции вне основной сети, а затем только записывают окончательные результаты, что снижает большую нагрузку. Также существуют решения, которые интегрируют передовые технологии шифрования с обработкой вне цепочки, обеспечивая большую масштабируемость при сохранении конфиденциальности.

Осязаемые преимущества параллелизма

Непревзойденная скорость обработки

Распределение задач по нескольким узлам означает значительно более короткое время выполнения. Сети, использующие параллелизм, как правило, быстрее и эффективнее по сравнению с теми, которые следуют старым последовательным моделям.

истинная масштабируемость, а не теоретическая

Параллелизм решает проблему масштабируемости, распределяя процесс проверки транзакций на разные узлы. Это ускоряет процесс и поддерживает так называемую горизонтальную масштабируемость, при которой сеть может добавлять или удалять узлы в зависимости от колебаний спроса.

Фактическое снижение комиссии за транзакции

Обработка транзакций на дочерних узлах дешевле, чем последовательная обработка, требующая проверки каждого узла для каждой транзакции. Кроме того, увеличение скорости транзакций снижает конкуренцию между пользователями за сборы, что приводит к дополнительному снижению затрат.

Текущие вызовы и взгляд в будущее

Несмотря на большие преимущества, параллельность представляет сложные технические проблемы. Обеспечение отсутствия конфликтов в результатах, поддержание безопасности сети во время одновременной обработки и управление вычислительными ресурсами - все это требует продуманных и продвинутых решений.

Будущее несет обнадеживающие возможности. Интеграция параллелизма с другими решениями расширения, такими как шардирование, может открыть совершенно новые горизонты для блокчейн-сетей, делая их способными обрабатывать огромные объемы транзакций с высокой эффективностью.