Im heutigen Blockchain-Ökosystem ist die Nachfrage nach Skalierbarkeit und hoher Leistung zunehmend dringend. Ethereum, als führende Plattform für dezentrale Anwendungen (dApps), steht vor vielen Herausforderungen in Bezug auf die Geschwindigkeit der Transaktionsverarbeitung und Gasgebühren.
Lösungen wie Layer 2 (L2) und Appchains wurden entwickelt, um die Hauptkette zu entlasten, jedoch bleibt ein zentrales Problem bestehen: Die Ausführung von Transaktionen ist oft durch den traditionellen sequenziellen Ansatz begrenzt. Hier kommt Altius ins Spiel und bietet mit dem Executor Grid einen bahnbrechenden Ansatz, der verspricht, die Art und Weise zu verändern, wie Transaktionen in der Blockchain verarbeitet werden.
In diesem Blogbeitrag werden wir die Unterschiede zwischen dem traditionellen Mempool und dem Executor Grid von Altius erkunden, wobei der technische Aspekt im Fokus steht. Wir werden hypothetische Beispiele verwenden, um zu veranschaulichen, wie Altius funktioniert, Vergleiche bereitstellen, um Vor- und Nachteile zu klären, und Quellen zitieren, um die Genauigkeit sicherzustellen.
Lassen Sie uns herausfinden, wie Altius die Blockchain von einer einsträngigen Warteschlange in ein leistungsstarkes paralleles Verarbeitungssystem verwandelt, ähnlich wie GPUs in der modernen Berechnung.
Was ist ein Mempool? Traditioneller Ansatz in der Blockchain
Definition Mempool
Mempool (Speichermenge) ist ein bekanntes Konzept in Blockchains wie Bitcoin und Ethereum. Hier warten nicht bestätigte Transaktionen darauf, von Knoten in einen Block eingefügt zu werden. Der Mempool funktioniert wie eine Warteschlange, in der Transaktionen in einer Reihenfolge angeordnet und verarbeitet werden – normalerweise basierend auf den Gasgebühren, die die Benutzer bereit sind zu zahlen.
Funktionsweise des Mempools
Transaktionssammlung: Wenn Benutzer eine Transaktion senden (z.B. ETH transferieren oder einen Smart Contract aufrufen), wird diese Transaktion über das P2P-Netzwerk übertragen und im Mempool der Knoten gespeichert.
Priorisierung nach Gebühren: Miner oder Validatoren wählen Transaktionen aus dem Mempool basierend auf den Gasgebühren aus und priorisieren die Transaktionen mit höheren Gebühren.
Sequentielle Verarbeitung: Nachdem sie ausgewählt wurden, werden die Transaktionen nacheinander durch die Ethereum Virtual Machine (EVM) oder einen ähnlichen Ausführungsmechanismus ausgeführt, um den Status der Blockchain zu aktualisieren.
Einschränkungen des Mempools
Lineare Verarbeitung: Jede Transaktion muss abgeschlossen sein, bevor die nächste beginnt. Dies ist vergleichbar mit einer einzigen Kasse, die Hunderte von Kunden bedient – die Geschwindigkeit ist durch die Fähigkeit der "Kasse" begrenzt.
Engpass: Wenn das Netzwerk beschäftigt ist (z.B. während Minting-Events für NFTs oder großen DeFi-Events), kann der Mempool zehntausende Transaktionen enthalten, was zu hohen Latenzen und steigenden Gasgebühren führt.
Unoptimierte Ressourcen: Selbst wenn viele Rechenressourcen (CPU, RAM) vorhanden sind, kann die traditionelle Blockchain diese aufgrund des sequenziellen Ansatzes nicht effektiv nutzen.
Hypothetisches Beispiel: Angenommen, Ethereum verarbeitet eine Minting-Runde für NFTs mit 10.000 Transaktionen im Mempool. Jede Transaktion benötigt 0,01 Sekunden zur Ausführung. Bei einem sequenziellen Ansatz beträgt die gesamte Verarbeitungszeit:
10.000 × 0,01 = 100 Sekunden (~1,67 Minuten).
In dieser Zeit müssen Benutzer warten oder höhere Gasgebühren zahlen, um priorisiert zu werden, was die Kosten erhöht und die Benutzererfahrung verringert.
Das Executor Grid von Altius: Parallele Ausführung wie GPUs
Was ist das Executor Grid?
Das Executor Grid ist ein zentrales Element von Altius, das entwickelt wurde, um den sequenziellen Ansatz des Mempools durch ein paralleles Ausführungssystem zu ersetzen. Anstatt Transaktionen in einer einfachen Warteschlange zu stapeln, teilt das Executor Grid sie auf und verarbeitet sie gleichzeitig und nutzt dabei die Rechenressourcen optimal. Dies ähnelt der Art und Weise, wie eine GPU (Graphics Processing Unit) Tausende von Grafikaufgaben gleichzeitig bearbeitet, anstatt sie wie eine traditionelle CPU sequenziell abzuarbeiten.
Funktionsweise des Executor Grid
Transaktionsaufteilung: Transaktionen im Mempool werden analysiert, um zu bestimmen, welche Transaktionen nicht miteinander in Konflikt stehen (z.B. nicht denselben Status aktualisieren).
Parallele Ausführung: Das Executor Grid weist diese Transaktionen mehreren "Executoren" (Ausführungsmodulen) zu, wobei jeder Executor auf einem separaten Rechenstrang arbeitet.
Synchronisierung: Nach der Ausführung werden die Ergebnisse der Executor zusammengeführt, um sicherzustellen, dass der endgültige Status der Blockchain konsistent und genau ist.
EVM-Kompatibilität: Das Executor Grid fungiert als Optimierungsschicht auf der EVM, ohne dass Änderungen am bestehenden Smart Contract-Code erforderlich sind.
Vorteile des Executor Grid
Durchsatz erhöhen: Durch gleichzeitige Verarbeitung mehrerer Transaktionen erhöht das Executor Grid die Anzahl der Transaktionen pro Sekunde (TPS), die die Blockchain verarbeiten kann.
Latenz reduzieren: Benutzer müssen nicht lange in der Warteschlange warten, was das Erlebnis verbessert.
Ressourcennutzung optimieren: Die Leistung moderner Hardware (wie Multi-Core-CPUs oder GPUs) nutzen, um Transaktionen effizienter zu verarbeiten.
Hypothetisches Beispiel: Zurück zur NFT-Minting-Situation mit 10.000 Transaktionen. Angenommen, das Executor Grid kann sie in 100 Gruppen aufteilen, jede Gruppe mit 100 Transaktionen, und parallel auf 100 Executor verarbeiten. Wenn jede Transaktion weiterhin 0,01 Sekunden benötigt:
Verarbeitungszeit pro Gruppe: 100 × 0,01 = 1 Sekunde.
Da 100 Gruppen parallel verarbeitet werden, beträgt die gesamte Verarbeitungszeit nur 1 Sekunde, anstatt 100 Sekunden wie im traditionellen Mempool.
Ergebnis: Beschleunigung um das 100-fache im Idealfall.
Technischer Vergleich: Mempool vs. Executor Grid
Um die Unterschiede zwischen Mempool und Executor Grid besser zu verstehen, betrachten wir spezifische technische Aspekte:
Architektur
Mempool: Eine einfache Warteschlange, die Transaktionen als Warteliste speichert. Knoten wählen Transaktionen basierend auf Gebühren und führen sie sequenziell aus.
Executor Grid: Ein verteiltes System mit mehreren Executor, das wie ein Rechenraster (Grid) fungiert. Transaktionen werden basierend auf einem Optimierungsalgorithmus verteilt, um Konflikte zu vermeiden.
Konfliktbearbeitung
Mempool: Es sind keine Konflikte zu behandeln, da Transaktionen sequenziell in der Reihenfolge ausgeführt werden, die durch den Konsensmechanismus bestimmt wird.
Executor Grid: Erfordert einen Mechanismus zur Erkennung und Lösung von Konflikten, wie z.B. wenn zwei Transaktionen dieselbe Adresse oder einen Status aktualisieren. Altius kann Techniken wie Abhängigkeitsgraphen verwenden, um festzustellen, welche Transaktionen parallel ausgeführt werden können.
Leistung
Mempool: Die Leistung ist durch die Geschwindigkeit eines einzelnen Ausführungsstrangs begrenzt. Der maximale TPS hängt von der Hardware und der Client-Software (wie Geth) ab.
Executor Grid: Die Leistung ist proportional zur Anzahl der Executor. Zum Beispiel kann mit 10 Executor die TPS um das 10-fache steigen (unter der Bedingung, dass keine größeren Konflikte auftreten).
Komplexität
Mempool: Einfach, leicht implementierbar, aber nicht für hohe Transaktionsvolumen optimiert.
Executor Grid: Komplexer, erfordert intelligente Algorithmen und größere Rechenressourcen, bietet jedoch überlegene Effizienz.
Beispiel für reale Anwendungen
Stellen Sie sich eine dezentrale Börse (DEX) auf Ethereum vor, die eine Liquiditätsveranstaltung mit 50.000 Transaktionen in 5 Minuten (ca. 167 TPS) ausrichtet. Wir werden vergleichen, wie der Mempool und das Executor Grid diese Situation handhaben.
Mit dem traditionellen Mempool
Ausführungsgeschwindigkeit: Angenommen, die EVM verarbeitet 50 TPS (eine realistische Zahl im Ethereum-Hauptnetz).
Verarbeitungszeit: 50.000 Transaktionen ÷ 50 TPS = 1000 Sekunden (~16,7 Minuten).
Ergebnis: Viele Transaktionen bleiben im Mempool stecken, die Gasgebühren steigen sprunghaft an (kann bis zu 200-300 Gwei betragen), und Benutzer erleben erhebliche Verzögerungen.
Mit dem Executor Grid von Altius
Ausführungsgeschwindigkeit: Angenommen, das Executor Grid implementiert 20 Executor, wobei jeder Executor 50 TPS verarbeitet. Insgesamt: 20 × 50 = 1000 TPS.
Verarbeitungszeit: 50.000 Transaktionen ÷ 1000 TPS = 50 Sekunden.
Ergebnis: Transaktionen werden nahezu sofort verarbeitet, Gasgebühren stabiler aufgrund fehlender Engpässe und die Benutzererfahrung wird erheblich verbessert.
Analyse
Das Executor Grid erhöht nicht nur die Geschwindigkeit, sondern entlastet auch das Netzwerk, was den DeFi-Anwendungen hilft, effizienter unter hoher Last zu arbeiten.
Vergleichstabelle: Mempool vs. Executor Grid
Warum das Executor Grid wichtig für Ethereum, L2 und Appchains ist?
Für Ethereum
Das Ethereum-Hauptnetz ist durch einen niedrigen Durchsatz (~15-30 TPS) aufgrund der sequentiellen Ausführung im Mempool und der EVM begrenzt. Das Executor Grid von Altius kann als Optimierungsschicht integriert werden, die den TPS erhöht, ohne das zugrunde liegende Protokoll zu ändern, was Ethereum hilft, mit leistungsstarken Blockchains wie Solana oder Aptos zu konkurrieren.
Für Layer 2 (L2)
L2-Lösungen wie Rollups (Optimistic, zk-Rollups) haben Ethereum entlastet, indem sie Transaktionen off-chain verarbeitet haben, jedoch bleibt die Ausführung der Engpass. Das Executor Grid ergänzt die parallele Fähigkeit und erhöht den Durchsatz von L2 um ein Vielfaches, z.B. von 500 TPS auf 5000 TPS.
Für Appchains
Appchains sind spezialisierte Blockchains für bestimmte Anwendungen (wie dYdX). Der Aufbau einer effektiven Ausführungsschicht von Grund auf ist jedoch sehr kostspielig. Das Executor Grid bietet eine "Plug-and-Play"-Lösung, die es Appchains ermöglicht, hohe Leistung zu erzielen, ohne komplexe Entwicklungen.
Technische Herausforderungen und Lösungen
Herausforderungen
Transaktionskonflikte: Wenn zwei Transaktionen denselben Status aktualisieren (z.B. den Kontostand einer Adresse), kann die Parallelisierung zu Fehlern führen.
Synchronisierung: Die Zusammenführung von Ergebnissen aus mehreren Executor erfordert schnelle und genaue Synchronisationsmechanismen.
Hardwarekosten: Die parallele Ausführung erfordert mehr Rechenressourcen als das Mempool.
Lösungen
Abhängigkeitsgraph: Altius kann Abhängigkeitsgraphen erstellen, um festzustellen, welche Transaktionen sicher parallel ausgeführt werden können.
Atomare Ausführung: Sicherstellen, dass Transaktionsgruppen als atomare Einheit ausgeführt werden, um Konflikte zu vermeiden.
Hardwareoptimierung: Einsatz von GPUs oder verteilten Server-Clustern zur Senkung der Kosten und Steigerung der Leistung.
Fazit
Das Executor Grid von Altius ist ein wichtiger Fortschritt zur Lösung des Ausführungsengpasses in der Blockchain. Durch den Austausch des sequenziellen Mempools durch ein leistungsstarkes paralleles Verarbeitungssystem erhöht Altius nicht nur den Durchsatz und reduziert die Latenz, sondern eröffnet auch das Potenzial für Ethereum, L2 und Appchains in hochbelasteten Anwendungen wie DeFi, NFTs und GameFi. Mit EVM-Kompatibilität und einfacher Integrationsfähigkeit verspricht Altius, ein unverzichtbares Werkzeug im Web3-Ökosystem zu werden.
Stellen Sie sich die Blockchain wie einen Supercomputer vor: Der Mempool ist die einsträngige CPU der 90er Jahre, während das Executor Grid die moderne Multi-Core-GPU ist, die die Blockchain in ein neues Zeitalter der Leistung und Skalierbarkeit führt.
