Bewertung von Leistungsengpässen in genehmigten Blockchains

Erlaubte Blockchains sind digitale Kassenbücher, die gemeinsame Informationen über ein Netzwerk bereitstellen und nur bestimmten Nutzern die Teilnahme erlauben. Sie werden oft in verschiedenen Geschäftsanwendungen genutzt, um die Vorteile der Dezentralisierung mit den Leistungsanforderungen von Unternehmen zu kombinieren. Trotz ihrer Vorteile haben diese Blockchains jedoch Schwierigkeiten, mit der Geschwindigkeit traditioneller zentralisierter Systeme mithalten zu können.

#Herausforderungen in der Leistung

Das Hauptanliegen vieler Organisationen ist der geringere Durchsatz, den erlaubte Blockchains im Vergleich zu etablierten zentralisierten Systemen bieten. Durchsatz bezieht sich auf die Anzahl der Transaktionen, die ein System in einer bestimmten Zeit verarbeiten kann. Forscher haben verschiedene erlaubte Blockchains untersucht, um deren Einschränkungen zu identifizieren und Wege zu finden, ihre Leistung zu verbessern. Leider waren diese Studien verstreut und inkonsistent, was es anderen schwer macht, ihre Ergebnisse anzuwenden.

#Bedarf an einem einheitlichen Ansatz

Um diese Probleme anzugehen, ist eine standardisierte Methode zur Identifizierung von Leistungsengpässen in erlaubten Blockchains notwendig. Viele bestehende Studien erfordern spezialisiertes Wissen über bestimmte Blockchains und stimmen oft nicht miteinander überein. Was gebraucht wird, ist ein einfacherer, visuellerer Ansatz, der auf verschiedene erlaubte Blockchains anwendbar ist, um es Forschern und Entwicklern zu erleichtern.

#Analyse beliebter Blockchains

Um diese Methode zu demonstrieren, wurde eine gründliche Analyse von zwei beliebten erlaubten Blockchains durchgeführt: Hyperledger Fabric und Quorum. Indem wir uns anschauen, wie diese Systeme funktionieren, können wir besser verstehen, welche Ressourcen sie nutzen und wo die Leistungsengpässe liegen.

#Hyperledger Fabric Überblick

Hyperledger Fabric ist eine der führenden erlaubten Blockchains auf dem Markt. Es hat eine einzigartige Architektur, die verschiedene Möglichkeiten zur Verbesserung der Leistung bietet. Eine der Hauptmerkmale ist die Möglichkeit, Transaktionen zu simulieren, bevor sie ausgeführt werden, bekannt als der Execute-Order-Validate-Ansatz. Dies ermöglicht es Knoten, Transaktionen auszuführen, ohne das Hauptbuch sofort zu ändern, was Konflikte verhindert.

In Fabric sind die Knoten in verschiedene Gruppen organisiert, die Organisationen genannt werden. Knoten können unterschiedliche Rollen übernehmen, wie das Pflegen des Hauptbuchs (Peer-Knoten) oder das Erstellen neuer Blöcke (Orderer). Diese Struktur hilft, die Arbeitslast unter den Knoten zu verteilen, bringt aber auch potenzielle Staupunkte mit sich.

#Engpassidentifikation in Fabric

Um herauszufinden, wo Fabric möglicherweise mit der Leistung zu kämpfen hat, wurden Experimente durchgeführt. Während dieser Tests wurde die Anforderungsrate, also wie oft Transaktionen an das Netzwerk gesendet werden, schrittweise erhöht. Durch die Beobachtung, wie verschiedene Knoten reagierten, wurden wichtige Probleme identifiziert.

Die Analyse ergab, dass die CPU-Nutzung der Peer-Knoten einer der kritischsten Faktoren war, die den Durchsatz beeinflussten. Mit steigender Anforderungsrate gab es einen merklichen Punkt, an dem die CPU-Auslastung stagnierte. Das deutet darauf hin, dass das System keine zusätzlichen Anfragen effizient verarbeiten konnte.

#Ressourcennutzungsmuster

Bei der Untersuchung der CPU-Nutzung in verschiedenen Knoten stellte sich heraus, dass nicht alle Peers die Arbeitslast gleichmässig verteilten. Einige Knoten arbeiteten deutlich härter als andere, was zu einer ungleichmässigen Ressourcennutzung führte. Dieses Ungleichgewicht könnte zu Verzögerungen führen, da nicht alle Teile des Netzwerks optimal funktionierten.

Die Analyse betrachtete auch den Netzwerkverkehr, also wie Daten in und aus den Knoten fliessen. Bei Peer-Knoten schien die Netzwerknutzung mit der Anforderungsrate zu korrelieren. Einige Peers sendeten jedoch mehr Daten als andere, was darauf hindeutet, dass einige Knoten als Führungsknoten agierten und ihre Kapazitäten weiter belasteten.

#Quorum Überblick

Quorum, eine weitere bedeutende erlaubte Blockchain, basiert auf einer modifizierten Version von Ethereum. Es hat einen einfacheren Prozess, bei dem Transaktionen angeordnet und dann ausgeführt werden. Quorum unterstützt auch verschiedene Möglichkeiten, um einen Konsens unter den Knoten zu erreichen, was bedeutet, dass es je nach Anwendungsfall unter verschiedenen Regeln arbeiten kann.

#Engpassidentifikation in Quorum

Für Quorum wurde ein ähnlicher Testprozess angewendet. Durch Erhöhung der Anforderungsrate konnten Forscher beobachten, wie verschiedene Ressourcen genutzt wurden, während die Transaktionen durch das Netzwerk flossen.

Die Ergebnisse zeigten, dass während CPU- und Netzwerknutzung mit der Anforderungsrate stiegen, es auch an bestimmten Punkten merkliche Leistungseinbrüche gab. Konkret wurden Einschränkungen entdeckt, wie viele Transaktionen ein Kunde gleichzeitig einreichen konnte, was eine Barriere für optimale Leistung darstellte. Diese Einschränkung führte zu einer Zunahme abgelehnter Transaktionen, da die Kunden ihre Grenzen erreichten.

#Bedeutung des Transaktionsmanagements

In Quorum werden Transaktionen in ausführbare und nicht ausführbare Typen unterteilt. Nicht ausführbare Transaktionen müssen warten, bis vorhergehende Transaktionen erfüllt sind, bevor sie verarbeitet werden können. Mit steigender Anforderungsrate stiessen die Kunden an Kapazitätsgrenzen, was viele Transaktionen ablehnte. Dieses Problem trug erheblich zum Rückgang der Gesamtleistung bei.

#Fazit und Empfehlungen

Durch diese Analysen wird klar, dass sowohl Hyperledger Fabric als auch Quorum auf Herausforderungen stossen, die ihre Leistung beeinträchtigen können. Bei Fabric liegt der primäre Engpass in der Validierungsphase, speziell darin, wie Transaktionen überprüft und bestätigt werden. Für Quorum schaffen die von Kunden festgelegten Grenzen für die Transaktionsübermittlungen erhebliche Probleme, je höher die Anforderungsraten steigen.

Zukünftige Forschungen sollten sich darauf konzentrieren, diese identifizierten Engpässe zu optimieren. Der Einsatz spezialisierterer Werkzeuge zur Überwachung und Analyse kann helfen, die spezifischen Bereiche zu identifizieren, die verbessert werden müssen. Insgesamt wird ein robusteres Verständnis der Faktoren, die den Durchsatz in erlaubten Blockchains beeinflussen, den Organisationen ermöglichen, informierte Entscheidungen über ihre Strategien für digitale Kassenbücher zu treffen.

#Abschliessende Gedanken

Die Leistung von erlaubten Blockchains bleibt ein aktives Forschungs- und Entwicklungsfeld. Während Unternehmen diese Technologie für verschiedene Anwendungen nutzen möchten, ist es entscheidend zu verstehen, wo diese Systeme gut sind und wo sie Schwierigkeiten haben. Durch die Annahme eines einheitlicheren Ansatzes zur Analyse der Leistung und der Fokussierung auf identifizierte Engpässe können Fachleute das Fundament für effektivere und effizientere Blockchain-Lösungen in der Zukunft legen.