并行化的概念及其原理

高效的交易处理是提高区块链网络吞吐量和解决区块链可扩展性问题的关键。本文将介绍并行化的基础知识、原理、常见类型以及潜在优势。

什么是并行化？

并行化（并行交易执行）是一种同时处理多项任务的方法。并行化与计算机科学中的并行计算概念密切相关。并行计算是指同时执行多个进程。

并行化如何运作？

网络数据通过并行化进行组织，可让多笔交易同时验证，而非按顺序逐一处理。执行交易的任务分布在多个节点上。每个节点分别处理交易量的各个部分，这有助于加快处理时间，缓解网络拥塞。 

在并行交易处理中，网络可同时检查各种潜在状态，每种状态都代表验证一组特定交易的结果。这样一来，网络可以在交易正式记录到账本中之前，对交易的潜在影响进行评估。评估结束后，节点就共同状态达成一致，显示并行验证的统一结果。

并行化模型

区块链并行化共分为两大类型，即乐观平行化和状态访问并行化。

1.乐观并行化。 在乐观并行执行模型中，网络会跳过初始排序阶段，直接同时处理交易。这种方法假定队列中的大多数交易都是独立的，并在交易执行后采用同一种方法来重新检查并纠正存在关联的任何交易。也就是说，如果交易最初已判定不相关，但之后发现交易会相互影响，系统将会调整这些交易以确保数据保持准确。

2.状态访问并行化。在状态访问并行执行模型中，网络一开始会根据交易对网络状态的影响对其进行分类。各种影响包括与特定智能合约或账户的交互，这有助于确定哪些交易可以并行处理，而不会发生冲突。不交互的交易可以同时执行。相反，会影响到类似状态因素的交易则需按特定顺序处理，排序优先级由gas 费决定。

各种类型的并行化

交易级并行化

交易级并行化是指多笔交易可同时处理。这能提高网络的吞吐量，提高每秒交易量 (TPS)。而且，交易级并行化还缩短了交易确认所需的时间，提高了网络的整体响应速度。这类并行化非常适合必须保持快速处理时间的高需求区块链。

但是，交易级并行化也存在难题。例如，同时处理交易对数据的依赖性很高。一笔交易的输出可能会影响到另一笔交易，这就需要复杂的数据管理策略来确保数据的一致性和可靠性。

区块级并行化

区块级并行化是指区块创建和验证同时进行，旨在提高网络可扩展性。同时处理多个区块，这种方法有助于区块链容纳更多交易，预防潜在的网络拥塞。

不过，区块级并行需要谨慎实施，以免影响区块链的安全性。此外，区块级并行化需要更多的计算资源，从而提高了对网络节点的硬件要求。这可能会限制一些用户参与网络，对网络的去中心化和可访问性产生负面影响。

智能合约并行化

智能合约并行化是指多个智能合约并行执行。这可以提高去中心化应用程序 (DApp) 的性能，增强其可扩展性和响应能力。

有多种机制可促成智能合约的并行执行。例如，乐观汇总在链下执行交易，只在交易确认时才与区块链交互，减轻主链负载。以太坊的 Validium 扩展解决方案将零知识证明与链下计算相结合，为智能合约应用程序提供了可扩展性和隐私性。

并行化的优势

提高交易处理速度

将任务分配给多个节点可缩短交易执行时间，提高交易处理速度。相较于采用按序处理模型运行的网络，实施并行化的网络往往效率更高。

可扩展性

并行化将交易验证分配给多个节点，以解决区块链的可扩展性问题。这样可以加快流程，还支持水平扩展。水平扩展是指网络根据需求变化添加或删除节点。

降低燃料费成本

并行化将交易分配给节点子组，从而降低手续费。与按顺序处理交易相比，这样成本更低，因为按顺序处理每笔交易都要经过每个节点的验证。此外，提高交易速度可以减少节点之间的竞争，进一步降低交易手续费。

结语

并行化是同时处理多笔交易的方式，诸多优势包括提高提高交易处理速度、提高可扩展性和降低手续费。未来，并行化可与分片等其他扩展解决方案相结合，实现区块链网络可扩展性的进一步扩充。