Крупные блокчейны имеют тенденцию испытывать проблемы с перегрузкой сети и, следовательно, аномально высокими расходами на газ. Для преодоления этих очень ограничительных проблем появился механизм распараллеливания.
Эта технология ускоряет обработку транзакций, снижает транзакционные издержки (комиссию за газ) и увеличивает общую пропускную способность сети.
Что такое распараллеливание? Как это работает? Это то, что вы узнаете из этой статьи.
Понимание распараллеливания в блокчейне
Распараллеливание (в блокчейн) означает одновременную обработку нескольких транзакций. В отличие от последовательной модели, в которой транзакции обрабатываются одна за другой, распараллеливание позволяет сети блокчейн управлять несколькими транзакциями одновременно. Это делается путём распределения задач проверки по разным узлам сети. Каждый узел поддерживает «отдельную» часть транзакций.
Распараллеливание организует сетевые данные таким образом, чтобы обеспечить одновременную проверку нескольких транзакций. Фактически, сетевые узлы способны одновременно проверять несколько возможных состояний, каждое из которых представляет последствия проверки определенной группы транзакций. После этой оценки узлы согласовывают общее состояние, которое отражает коллективный результат этих параллельных проверок.
Распараллеливание против последовательной обработки
Обратите внимание, что последовательная обработка транзакций – это традиционная модель, используемая в старых блокчейнах (в целом). В этой модели каждая транзакция должна проверяться индивидуально и последовательно, что может значительно замедлить работу сети, особенно в периоды высокого спроса. Другими словами: каждая транзакция проверяется одна за другой. Если каждая фиксация занимает одну секунду, обработка всех десяти транзакций займёт десять секунд.
При распараллеливании десять транзакций распределяются по десяти различным узлам, причём каждый узел одновременно проверяет транзакцию. Таким образом, все транзакции обрабатываются всего за одну секунду.
Почему важно распараллеливание
Следует понимать, что традиционные блокчейны, такие как Биткоин и Эфириум, часто испытывают проблемы с перегрузкой сети. Когда одновременно отправляется слишком много транзакций, сеть может перенасытиться.
Эта перегрузка приводит к увеличению платы за газ, поскольку пользователи готовы платить больше, чтобы их транзакции обрабатывались быстрее. Эти высокие комиссии могут сделать транзакции непомерно дорогими, особенно в периоды высокого спроса.
Естественно, чтобы технология блокчейна получила широкое распространение среди предприятий и разработчиков, она должна быть надёжной, быстрой и экономически эффективной. Именно по этим причинам сегодня распараллеливание транзакций стало, так сказать, необходимым для сетей, которые хотят быть масштабируемыми и использоваться массово.
Распараллеливание: различные модели, которые важно знать
Существует две основные модели распараллеливания, а именно «Оптимистическое распараллеливание» и «Распараллеливание доступа к состоянию»:
Оптимистическое распараллеливание:
Оптимистическое распараллеливание – это модель, в которой транзакции обрабатываются одновременно, предполагая, что они независимы друг от друга. Эта модель позволяет избежать первоначальной сортировки транзакций и выполняет их параллельно. Конечно, если после факта обнаруживается, что определенные транзакции взаимосвязаны, они исправляются на этапе после выполнения.
На самом деле, главное преимущество оптимистического распараллеливания – скорость. За счёт параллельной обработки транзакций эта модель значительно сокращает время обработки. Тем более, что сети, использующие этот метод, могут обрабатывать большие объёмы транзакций быстрее, чем последовательные модели.
Основная проблема заключается в управлении зависимыми транзакциями. Когда одна транзакция зависит от результатов другой, необходима коррекция после выполнения для обеспечения целостности данных. Этот процесс исправления иногда может создавать дополнительную сложность и требовать ресурсов для обеспечения правильного завершения всех транзакций.
Распараллеливание доступа к состоянию
Распараллеливание доступа к состоянию сортирует транзакции в зависимости от их влияния на состояние сети. Перед выполнением транзакции классифицируются на основе их взаимодействия с конкретными элементами состояния, такими как смарт-контракты или учетные записи. Транзакции, которые не взаимодействуют друг с другом, обрабатываются одновременно, а те, которые влияют на схожие состояния, выполняются упорядоченно.
Эта модель позволяет осуществлять упреждающее управление зависимостями. Сортируя транзакции с самого начала, сеть может эффективно организовать обработку параллельных транзакций, снижая риск конфликтов. Этот метод также улучшает структуру и организацию транзакций, оптимизируя весь процесс.
Реализация распараллеливания доступа к состоянию является более сложной задачей. Требуется точная синхронизация узлов, чтобы гарантировать правильную сортировку и выполнение транзакций. Эта сложность может потребовать ресурсов и тщательной координации, увеличивая требования к управлению и инфраструктуре.
Распараллеливание: явное положительное влияние на пользователей
Давайте теперь рассмотрим все преимущества, которые распараллеливание предлагает пользователям:
- Скорость транзакций: распараллеливание позволяет обрабатывать несколько транзакций одновременно. Результат: резкое сокращение времени проверки. Если последовательная сеть обрабатывает 100 транзакций за 100 секунд, параллельная сеть может обработать те же 100 транзакций за 10 секунд. Например, такая сеть, как Solana, используя распараллеливание, может достичь скорости 50 000 TPS (транзакций в секунду) по сравнению с 7 TPS для Биткоина при последовательном выполнении.
- Снижение затрат на газ: распараллеливание также оптимизирует распределение ресурсов, тем самым снижая затраты на газ (комиссию, которую пользователи платят при завершении транзакции). Это связано с тем, что меньшая конкуренция за сетевые ресурсы означает более низкие затраты. Поэтому пользователи платят меньше за подтверждение своих транзакций.
- Улучшенная масштабируемость: сеть может адаптироваться в зависимости от спроса, а также динамически адаптироваться к рабочей нагрузке. Пример: во время внезапного увеличения спроса сеть может быстро увеличить количество узлов для поддержания производительности.
Крипто-распараллеливание: какие проблемы
Каковы проблемы и ограничения, связанные с распараллеливанием в криптовалютном блокчейне?
Уже сейчас сложность управления зависимостями данных является одним из основных препятствий. Действительно, при одновременной обработке транзакций важно следить за тем, чтобы они не мешали друг другу.
Кроме того, создание нескольких состояний для каждой транзакции требует точной синхронизации для поддержания целостности сети. Другими словами, каждое сгенерированное состояние должно быть согласовано с другими, чтобы избежать конфликтов и обеспечить правильную проверку и запись всех транзакций в правильном порядке.
Кроме того, мы также можем обнаружить проблемы, связанные с материальными ресурсами. Фактически, распараллеливание требует высоких вычислительных мощностей и мощностей хранения, а это означает, что узлы должны иметь мощное оборудование. Это увеличивает затраты для участников сети и требует надёжной инфраструктуры, чтобы избежать сбоев и узких мест.
Что такое «параллельный EVM»
«Параллельный EVM» (параллельная виртуальная машина Ethereum) – это улучшенная версия EVM, которая позволяет одновременно выполнять несколько транзакций и смарт-контрактов. Такое распараллеливание значительно увеличивает пропускную способность транзакций и повышает эффективность сети.
Параллельно разбивая и обрабатывая транзакции, Parallel EVM обеспечивает превосходную производительность, сохраняя при этом совместимость с существующими приложениями на Ethereum.
Такие сети, как Solana и Polygon, используют эту технологию для улучшения масштабируемости и снижения комиссий за транзакции.
Некоторые примеры сетей, использующих параллелизацию
Вот несколько примеров сетей, использующих распараллеливание:
Распараллеливание в Solana
Solana является одним из пионеров распараллеливания. Конкретно, эта сеть использует технологию под названием «SeaLevel», которая позволяет параллельно выполнять тысячи смарт-контрактов.
Благодаря этой технологии Solana способна достигать пропускной способности более 50 000 TPS (транзакций в секунду), а также предлагает чрезвычайно низкие комиссии за транзакции, что является идеальной средой для пользователей.
Распараллеливание в Polygon (Parallel EVM)
Сеть Polygon также внедрила распараллеливание для улучшения своей сети. Обратите внимание, что сеть основана на упомянутой выше технологии «Parallel EVM», гораздо более выгодной платформе для разработчиков децентрализованных приложений (dApps).
Интегрировав эту технологию, Polygon смог значительно увеличить пропускную способность и снизить комиссию за транзакции.
Это делает платформу более привлекательной для разработчиков и пользователей dApp.
Распараллеливание в Aptos (Parallel EVM)
Aptos использует оптимистическую модель распараллеливания. Запуская транзакции параллельно, предполагая, что они независимы, Aptos достигает впечатляющей пропускной способности, иногда до 160 000 TPS.
Кроме того, Aptos использует технологию под названием «Block STM», которая используется для отслеживания и управления изменениями, вносимыми параллельными транзакциями, для обеспечения согласованности и исправления ошибок в режиме реального времени.
Таким образом, пользовательский опыт чрезвычайно гибок и поддерживается минимальными комиссиями за транзакции.
В заключение отметим, что распараллеливание блокчейна преобразует обработку транзакций, делая их быстрее и дешевле. И такие сети, как Solana, Polygon и Aptos, прекрасно иллюстрируют этот прогресс.
Благодаря технологии распараллеливания блокчейн становится более масштабируемым и эффективным – аспекты, которые теперь стали важными для пользователей… и даже разработчиков.
