W dzisiejszym ekosystemie blockchain, potrzeba skalowalności i wysokiej wydajności staje się coraz bardziej pilna. Ethereum, jako wiodąca platforma dla zdecentralizowanych aplikacji (dApps), musi zmierzyć się z wyzwaniami związanymi z szybkością przetwarzania transakcji i kosztami gazu.
Rozwiązania takie jak Layer 2 (L2) i Appchains zostały opracowane, aby odciążyć główny łańcuch, ale wciąż istnieje podstawowy problem: wykonanie transakcji (execution) często jest ograniczone przez tradycyjne podejście sekwencyjne. To jest miejsce, w którym pojawia się Altius, oferując przełomowe podejście dzięki Executor Grid, obiecując zmienić sposób, w jaki transakcje są przetwarzane w blockchainie.
W tym blogu zbadamy różnice między tradycyjnym mempool a Executor Grid Altiusa, koncentrując się na aspektach technicznych. Użyjemy hipotetycznych przykładów, aby zilustrować, jak działa Altius, dostarczając tabelę porównawczą, aby wyjaśnić zalety i wady oraz cytując źródła, aby zapewnić dokładność.
Przyjrzyjmy się, jak Altius przekształca blockchain z jednowątkowej kolejki w potężny system przetwarzania równoległego, podobnie jak GPU działa w nowoczesnym obliczeniach.
Czym jest Mempool? Tradycyjne podejście w Blockchainie
Definicja Mempool
Mempool (pula pamięci) to znane pojęcie w blockchainach takich jak Bitcoin i Ethereum. To miejsce, gdzie transakcje (transactions) nie zostały jeszcze potwierdzone i czekają na dodanie do bloku (block) przez węzły (nodes). Mempool działa jak kolejka, w której transakcje są uporządkowane i przetwarzane w określonej kolejności – zazwyczaj na podstawie opłat gazowych, które użytkownicy są gotowi zapłacić.
Jak działa Mempool
Zbieranie transakcji: Gdy użytkownik wysyła transakcję (na przykład: przelew ETH lub wywołanie smart contractu), transakcja ta jest przesyłana przez sieć P2P i przechowywana w mempool węzłów.
Priorytet według opłat: Górnicy (miners) lub validatorzy wybierają transakcje z mempool na podstawie wysokości opłat gazowych, priorytetując te z wyższymi opłatami.
Przetwarzanie sekwencyjne: Po wybraniu transakcje są wykonywane (executed) kolejno przez Ethereum Virtual Machine (EVM) lub podobny mechanizm wykonawczy, aktualizując stan blockchaina.
Ograniczenia Mempool
Przetwarzanie liniowe: Każda transakcja musi zostać zakończona przed rozpoczęciem kolejnej. To przypomina jedną kasę obsługującą setki klientów - prędkość jest ograniczona przez możliwości "kasy".
Przeciążenie: Gdy sieć jest zajęta (na przykład podczas sesji mintowania NFT lub dużych wydarzeń DeFi), mempool może zawierać dziesiątki tysięcy transakcji, co prowadzi do wysokich opóźnień i gwałtownych wzrostów opłat gazowych.
Nieużywane zasoby: Nawet gdy dostępne są liczne zasoby obliczeniowe (CPU, RAM), tradycyjny blockchain nie potrafi efektywnie z nich korzystać z powodu sekwencyjnego podejścia.
Przykład hipotetyczny: Załóżmy, że Ethereum przetwarza sesję mintowania NFT z 10 000 transakcjami w mempool. Każda transakcja zajmuje 0,01 sekundy do wykonania. Przy podejściu sekwencyjnym całkowity czas przetwarzania to:
10 000 × 0,01 = 100 sekund (~1,67 minuty).
W tym czasie użytkownicy muszą czekać lub płacić wyższe opłaty gazowe, aby uzyskać priorytet, co zwiększa koszty i obniża doświadczenie użytkownika.
Executor Grid Altiusa: Równoległe wykonanie jak GPU
Czym jest Executor Grid?
Executor Grid jest kluczowym komponentem Altiusa, zaprojektowanym w celu zastąpienia sekwencyjnego podejścia mempool poprzez system równoległego wykonania. Zamiast ustawiać transakcje w prostej kolejce, Executor Grid dzieli je i przetwarza równolegle, maksymalizując wykorzystanie zasobów obliczeniowych. To przypomina sposób, w jaki GPU (Jednostka Przetwarzania Grafiki) przetwarza tysiące zadań graficznych jednocześnie, a nie sekwencyjnie jak tradycyjny CPU.
Jak działa Executor Grid
Podział transakcji: Transakcje w mempool są analizowane w celu określenia, które z nich nie wchodzą w konflikt (na przykład, nie aktualizując tej samej zmiennej stanu).
Równoległe wykonywanie: Executor Grid przydziela te transakcje do wielu "executorów" (jednostek wykonawczych), z których każdy działa na osobnym wątku obliczeniowym.
Synchronizacja: Po wykonaniu wyniki z executorów są agregowane, aby zapewnić, że ostateczny stan blockchaina jest spójny i dokładny.
Kompatybilność z EVM: Executor Grid działa jako warstwa optymalizacji na EVM, nie wymagając zmian w istniejącym kodzie smart contractów.
Korzyści z Executor Grid
Zwiększenie throughputu: Przez równoczesne przetwarzanie wielu transakcji, Executor Grid zwiększa liczbę transakcji na sekundę (TPS), które blockchain może przetworzyć.
Zmniejszenie opóźnienia: Użytkownicy nie muszą długo czekać w kolejce, co poprawia doświadczenie.
Optymalizacja zasobów: Wykorzystanie mocy nowoczesnego sprzętu (takiego jak wielordzeniowy CPU lub GPU) do efektywniejszego przetwarzania transakcji.
Przykład hipotetyczny: Powróćmy do sytuacji mintowania NFT z 10 000 transakcjami. Załóżmy, że Executor Grid może podzielić je na 100 grup, każda grupa zawiera 100 transakcji i przetwarzać je równolegle na 100 executorach. Jeśli każda transakcja nadal zajmuje 0,01 sekundy:
Czas przetwarzania dla każdej grupy: 100 × 0,01 = 1 sekunda.
Ponieważ 100 grup jest przetwarzanych równolegle, całkowity czas wynosi tylko 1 sekunda, zamiast 100 sekund jak w tradycyjnym mempool.
Wynik: przyspieszenie 100 razy w idealnym przypadku.
Porównanie techniczne: Mempool vs. Executor Grid
Aby lepiej zrozumieć różnice między mempool a Executor Grid, przyjrzyjmy się konkretnym aspektom technicznym:
Architektura
Mempool: Prosta kolejka, przechowująca transakcje w postaci listy oczekujących. Węzły wybierają transakcje na podstawie opłat i wykonują je sekwencyjnie.
Executor Grid: Rozproszony system z wieloma executorami, działający jak sieć obliczeniowa (grid). Transakcje są przydzielane na podstawie algorytmów optymalizacji, aby uniknąć konfliktów.
Rozwiązywanie konfliktów
Mempool: Nie trzeba rozwiązywać konfliktów, ponieważ transakcje są wykonywane sekwencyjnie w kolejności ustalonej przez mechanizm konsensusu.
Executor Grid: Wymaga mechanizmu wykrywania i rozwiązywania konfliktów, na przykład, gdy dwie transakcje aktualizują ten sam adres lub stan. Altius może wykorzystać techniki takie jak graf zależności do określenia, które transakcje mogą być wykonywane równolegle.
Wydajność
Mempool: Wydajność ograniczona przez szybkość jednego wątku wykonawczego. Maksymalne TPS zależy od sprzętu i oprogramowania klienta (takiego jak Geth).
Executor Grid: Wydajność proporcjonalna do liczby executorów. Na przykład, z 10 executorami TPS może wzrosnąć 10 razy (w warunkach braku dużych konfliktów).
Złożoność
Mempool: Prosty, łatwy do wdrożenia, ale nieoptymalny dla dużych wolumenów transakcji.
Executor Grid: Bardziej złożony, wymaga inteligentnych algorytmów i większych zasobów obliczeniowych, ale zapewnia wyraźnie lepszą wydajność.
Przykład z życia wzięty
Wyobraź sobie zdecentralizowaną giełdę (DEX) na Ethereum, która organizuje wydarzenie płynności z 50 000 transakcjami w ciągu 5 minut (około 167 TPS). Porównamy, jak mempool i Executor Grid radzą sobie z tą sytuacją.
Z tradycyjnym Mempool
Szybkość wykonania: Załóżmy, że EVM przetwarza 50 TPS (realna liczba w sieci Ethereum).
Czas przetwarzania: 50 000 transakcji ÷ 50 TPS = 1000 sekund (~16,7 minut).
Wynik: Wiele transakcji utknęło w mempool, opłaty gazowe gwałtownie wzrosły (mogą sięgać 200-300 gwei), a użytkownicy doświadczają znacznych opóźnień.
Z Executor Grid Altiusa
Szybkość wykonania: Załóżmy, że Executor Grid wdraża 20 executorów, z których każdy przetwarza 50 TPS. Łącznie: 20 × 50 = 1000 TPS.
Czas przetwarzania: 50 000 transakcji ÷ 1000 TPS = 50 sekund.
Wynik: Transakcje są przetwarzane niemal natychmiast, opłaty gazowe są bardziej stabilne dzięki braku przeciążeń, a doświadczenie użytkownika jest znacznie poprawione.
Analiza
Executor Grid nie tylko zwiększa prędkość, ale również zmniejsza obciążenie sieci, co pozwala aplikacjom DeFi działać wydajniej w sytuacjach dużego obciążenia.
Tabela porównawcza: Mempool vs. Executor Grid
Dlaczego Executor Grid jest ważny dla Ethereum, L2 i Appchains?
Dla Ethereum
Główna sieć Ethereum jest ograniczona przez niską wydajność (~15-30 TPS) z powodu sekwencyjnego wykonania w mempool i EVM. Executor Grid Altiusa może być zintegrowany jako warstwa optymalizacji, zwiększając TPS bez potrzeby zmiany podstawowego protokołu, co pozwala Ethereum konkurować z blockchainami o wysokiej wydajności, takimi jak Solana czy Aptos.
Dla Layer 2 (L2)
Rozwiązania L2, takie jak rollupy (Optimistic, zk-Rollups), odciążyły Ethereum, przetwarzając transakcje poza łańcuchem, ale wykonanie wciąż jest wąskim gardłem. Executor Grid dodaje możliwość równoległego przetwarzania, zwiększając throughput L2 wielokrotnie, na przykład z 500 TPS do 5000 TPS.
Dla Appchains
Appchains to specjalistyczne blockchainy dla konkretnych aplikacji (takich jak dYdX). Jednak budowanie efektywnej warstwy wykonawczej od podstaw jest kosztowne. Executor Grid oferuje rozwiązanie "plug-and-play", które pozwala appchains osiągnąć wysoką wydajność bez skomplikowanego rozwoju.
Wyzwania techniczne i kierunki rozwiązania
Wyzwanie
Konflikty transakcji: Jeśli dwie transakcje aktualizują ten sam stan (np. saldo adresu), równoległość może powodować błędy.
Synchronizacja: Agregacja wyników z wielu executorów wymaga szybkiego i dokładnego mechanizmu synchronizacji.
Koszty sprzętu: Równoległe wykonywanie wymaga większych zasobów obliczeniowych niż mempool.
Rozwiązanie
Graf zależności: Altius może budować graf zależności, aby określić, które transakcje są bezpieczne do równoległego wykonania.
Wykonanie atomowe: Zapewnienie, że grupy transakcji są wykonywane jako jednostka atomowa, aby uniknąć konfliktów.
Optymalizacja sprzętu: Wykorzystanie GPU lub klastrów serwerów rozproszonych w celu obniżenia kosztów i zwiększenia wydajności.
Wnioski
Executor Grid Altiusa to ważny krok w rozwiązywaniu wąskich gardeł wykonawczych w blockchainie. Zastępując sekwencyjny mempool potężnym systemem przetwarzania równoległego, Altius nie tylko zwiększa throughput i zmniejsza opóźnienia, ale także otwiera potencjał dla Ethereum, L2 i Appchains w zastosowaniach o dużym obciążeniu, takich jak DeFi, NFT i GameFi. Dzięki kompatybilności z EVM i łatwej integracji, Altius obiecuje stać się niezbędnym narzędziem w ekosystemie Web3.
Wyobraź sobie blockchain jak superkomputer: mempool to jednordzeniowy CPU z lat 90., podczas gdy Executor Grid to nowoczesny wielordzeniowy GPU, który wprowadza blockchain w nową erę wydajności i skalowalności.
