Паралелізм у блокчейн-мережах: як мережі обробляють кілька транзакцій одночасно?

Термінова потреба в швидшій обробці

Блокчейн-мережі стикаються з основним викликом: як обробляти тисячі транзакцій за секунду, не зупиняючись і не зазнаючи заторів? Тут на допомогу приходить паралелізм як революційне технічне рішення. Замість того, щоб обробляти кожну транзакцію послідовно ( одну за одною ), паралелізм дозволяє мережі перевіряти та підтверджувати кілька транзакцій одночасно.

Цей підхід кардинально змінює спосіб роботи блокчейну. Замість того, щоб чекати, поки друга транзакція завершить першу, мережа може обробляти їх разом, що подвоює ефективність і зменшує затори.

Як паралельність працює на практичному рівні?

Коли кілька транзакцій потрапляють до мережі, вузли блокчейну організовують ці дані розумним чином, що дозволяє здійснювати паралельну перевірку. Обробка завантаження розподіляється між кількома вузлами, причому кожен вузол бере на себе частину навантаження, а не одна вузол виконує все.

Під час паралельної обробки мережа перевіряє кілька сценаріїв одночасно, де кожен сценарій представляє собою різний результат для певної групи транзакцій. Це одночасне оцінювання дозволяє системі бачити потенційний вплив транзакцій до їх остаточного запису в загальний реєстр мережі. Після цього всі вузли погоджуються на єдиний стан, що відображає загальний результат цих паралельних операцій.

Два основні моделі паралельного виконання

оптимістична модель: швидка обробка без попередньої перевірки

У цій моделі мережа пропускає етап первинної сортировки та обробляє транзакції безпосередньо в один і той же час. Основна ідея тут полягає в припущенні, що більшість транзакцій у черзі є незалежними одна від одної, тобто вони не впливають одна на одну.

Система використовує стратегію перегляду та корекції: якщо пізніше з'ясується, що деякі транзакції мають залежності (, що залежать одна від одної ), система їх коригує та реорганізовує. Це забезпечує збереження даних у правильному та точному стані, навіть якщо виникає зіткнення або конфлікт.

Модель класифікації випадків: інтелектуальний сортування перед виконанням

Ця модель починається з додаткового кроку: класифікація транзакцій відповідно до їх впливу на стан мережі. Наприклад, система визначає, які транзакції взаємодіють із певними смарт-контрактами, а які впливають на певні рахунки.

Відповідно до цієї класифікації, транзакції, між якими немає конфлікту, виконуються безпосередньо паралельно. Ті, що впливають на одні й ті ж елементи в мережі, обробляються у визначеному порядку, зазвичай згідно з пріоритетами комісій за транзакції.

Три рівні застосування паралелізму

паралельність на рівні окремих транзакцій

Цей рівень дозволяє обробляти кілька транзакцій одночасно, що значно підвищує продуктивність мережі. Мережа може виконувати більшу кількість транзакцій за секунду (, що визначається як число TPS ), і, що важливо, зменшує час, необхідний для підтвердження кожної транзакції.

Але цей шаблон несе справжні технічні виклики. Обробка одночасних транзакцій може створити складні залежності, де вихід однієї транзакції може вплинути на результат іншої. Управління цими залежностями та забезпечення узгодженості вимагає розвинених програмних стратегій.

паралель на рівні блоків

Замість обробки однієї транзакції за раз, цей підхід дозволяє створювати та перевіряти кілька блоків одночасно. Результат – більш ємна мережа, здатна запобігати заторам.

Однак цей підхід вимагає більш складних обчислень і більших обчислювальних ресурсів. Кожному вузлу в мережі потрібна вища обчислювальна потужність, що може обмежити кількість людей, здатних безпечно та ефективно запускати вузли.

Паралельне виконання смарт-контрактів

Децентралізовані блокчейн-додатки (DApps) безпосередньо виграють від одночасного виконання кількох смарт-контрактів. Це помітно підвищує продуктивність і швидкість.

Деякі технічні рішення спрощують цей підхід. Наприклад, агрегати, які використовують оптимістичну модель, обробляють транзакції поза основною мережею, а потім лише реєструють остаточні результати, що зменшує велике навантаження. Існують також рішення, які поєднують передові технології шифрування з обробкою поза ланцюгом, забезпечуючи більшу масштабованість при збереженні конфіденційності.

Конкретні переваги паралелізму

Неперевершена швидкість обробки

Розподіл завдань на кілька вузлів означає значно коротший час виконання. Мережі, які застосовують паралельність, зазвичай швидші та ефективніші в порівнянні з тими, що дотримуються старих послідовних моделей.

справжня масштабованість, а не теоретична

Паралелізм вирішує проблему масштабу, розподіляючи процес перевірки транзакцій на різні вузли. Це прискорює процес і підтримує так зване горизонтальне масштабування, де мережа може додавати або видаляти вузли відповідно до коливань попиту.

фактичне зниження комісій за транзакції

Обробка транзакцій на менш витратних дочірніх вузлах є менш затратною, ніж послідовна обробка, яка вимагає перевірки кожного вузла для кожної транзакції. Крім того, збільшення швидкості транзакцій зменшує конкуренцію серед користувачів за збори, що призводить до додаткового зниження витрат.

Поточні виклики та дослідження майбутнього

Незважаючи на великі переваги, паралелізм ставить складні технічні виклики. Забезпечення відсутності конфлікту результатів, підтримання безпеки мережі під час одночасної обробки та управління обчислювальними ресурсами - все це вимагає розвинутих і продуманих рішень.

Майбутнє несе обнадійливі перспективи. Поєднання паралелізму з іншими рішеннями розширення, такими як шардінг, може відкрити зовсім нові горизонти для блокчейн-мереж, роблячи їх здатними ефективно обробляти величезну кількість транзакцій.