Was ist verteiltes Rechnen? Untersuchen des Rückgrats der Blockchain

Verteiltes Rechnen ist ein grundlegendes Rechenprinzip, das der Blockchain-Technologie zugrunde liegt, aber was genau ist das?

Ein grundlegendes Verständnis einer Blockchain besteht darin, dass es sich um ein Netzwerk von Computern handelt, die Transaktionen überprüfen. Wer jedoch etwas tiefer in die Materie eintauchen möchte, wundert sich wie die Schlüsselverschlüsselung funktioniert, oder sich über verteiltes Rechnen zu informieren, kann zu einem besseren Verständnis der Blockchain-Technologie führen. Zu verstehen, wie Technologie funktioniert, ist nicht nur etwas für wissenschaftlich Interessierte. Es kann Ihnen auch dabei helfen, fundiertere Investitionsentscheidungen zu treffen, indem Sie sich auf Projekte mit einer soliden technologischen Basis konzentrieren.

Dieser Artikel besteht aus zwei Teilen.

Die ersten Cover Was verteiltes Rechnen ist, wie es verwendet wird und welche Vor- und Nachteile es hat.

Im zweiten Teil, werfen wir einen weiteren Blick auf die verschiedenen Architekturen verteilter Systeme und tauchen tief in die Peer-to-Peer-Architektur der Blockchain ein.

Was ist verteiltes Rechnen?

Auf der einfachsten Ebene ist verteiltes Rechnen lediglich ein Netzwerk von Computern, die als ein System zusammenarbeiten. Die Maschinen können in unmittelbarer Nähe zueinander stehen und physisch als Teil eines lokalen Netzwerks verbunden sein. Oder, wie in Blockchain-basierten Netzwerken wie Bitcoin, können die Computer geografisch verteilt sein.

Verteiltes Rechnen gibt es schon viel länger als die Blockchain selbst. Als in den 1960er Jahren der Einsatz von Computern in Universitäten und Forschungslabors zunahm, entstand der Bedarf, dass Computer miteinander kommunizieren und Hardware wie Speicher und Drucker gemeinsam nutzen können. In den 1970er Jahren wurden die ersten lokalen Netzwerke gegründet. Die ersten verteilten Computersysteme waren lokale Netzwerke wie Ethernet, eine von Xerox entwickelte Familie von Netzwerktechnologien. Jetzt sind sie überall. Jedes Mal, wenn Sie eine neue WLAN-Verbindung herstellen, betreten Sie ein neues Computernetzwerk.

Computer in verteilten Netzwerken müssen kein bestimmtes Format oder eine bestimmte Hardwarekonfiguration aufweisen. Dabei kann es sich um Laptops oder Großrechner, PCs oder Macs handeln. In Blockchains kann es sich um PCs handeln, auf denen eine CPU oder GPU läuft, oder um dedizierte Hardware wie einen ASIC-Miner.

Unabhängig von der Art der Maschine im Netzwerk müssen sie jedoch alle wie ein einziger Computer funktionieren. Der Endbenutzer sollte nicht erkennen können, dass sich hinter der Schnittstelle ein verteiltes Computernetzwerk befindet.

Warum verteiltes Computing verwenden?

Um die Grundlagen verteilter Datenverarbeitung zu veranschaulichen, stellen Sie sich ein Unternehmen vor, das eine Webanwendung besitzt und betreibt, beispielsweise eine Jobbörse. Da die Anwendung immer mehr Benutzer gewinnt, sowohl Kandidaten als auch Personalvermittler, benötigt das Unternehmen immer mehr Rechenressourcen, um die Website weiterhin betreiben zu können.

Zu Beginn kann das Unternehmen seine Serverinfrastruktur aufrüsten, um neuen Benutzern gerecht zu werden, und so mehr Speicher und Bandbreite hinzufügen. Wir nennen diese Art der Erweiterung vertikale Skalierung. Ab einem kritischen Punkt wird dies jedoch sowohl physisch als auch wirtschaftlich unpraktisch.

An diesem kritischen Punkt bietet verteiltes Rechnen eine Lösung in Form von horizontale Skalierung. Anstatt die vorhandene Computerinfrastruktur zu aktualisieren, fügt das Unternehmen dem System weitere Computer hinzu, um der erhöhten Arbeitslast gerecht zu werden.

In unserem Beispiel einer Jobbörse weiß das Unternehmen, dass der Großteil des Datenverkehrs aus Personen besteht, die die Jobbörsen durchsuchen. So kann ein Slave-Server hinzugefügt werden, um die Last der Browsing-Aktivitäten zu übernehmen. Der Slave-Server empfängt Informationen von einem Master-Server, der die Datenbank mit neuen Kandidaten- und Stellendatensätzen aktualisiert.

Eine Blockchain ist ein Peer-to-Peer-Netzwerk, also ein anderes verteiltes System als in diesem Beispiel dargestellt. Wir werden uns mit den verschiedenen Arten verteilter Systeme befassen Zweiter Teil, das verteilte Computerarchitekturen abdeckt.

Vorteile des verteilten Rechnens

Bei der Beantwortung der Frage „Was ist verteiltes Rechnen?“ ist es auch wichtig, die Vor- und Nachteile zu berücksichtigen. Wenn wir diese Vor- und Nachteile betrachten, bedenken Sie, dass verteiltes Computing mehr als nur Blockchain ist. Ein Unternehmen, das ein verteiltes Computersystem implementiert, kann Probleme haben, die sich nicht auf öffentliche Blockchains auswirken, und umgekehrt.

Fehlertoleranz und Redundanz

Einer der bedeutendsten Vorteile des verteilten Computing besteht darin, dass es keine Rolle spielt, wenn eine oder mehrere Maschinen im Netzwerk ausfallen, da der Rest die Lücke übernehmen kann. Das bedeutet, dass ein Netzwerk immer aktiv sein kann. Dies ermöglicht den Handel mit Kryptowährungen rund um die Uhr, bietet im Blockchain-Kontext jedoch auch andere Vorteile. Zum Beispiel verwenden Unternehmen wie Walmart Blockchain in ihren Lieferkettensystemen, erleben Sie keine Ausfallzeiten. Dies ist ein enormer Bonus für einen globalen Lieferkettenbetrieb.

Kosteneffizienz und Gesamteffizienz

Verteilte Systeme bieten im Vergleich zu zentralisierten Systemen eine bessere Effizienz sowohl hinsichtlich der Kosten als auch der Gesamteffizienz. Zentralisierte Systeme sind bis zu einem gewissen Punkt effizient. Unser Jobbörsen-Beispiel zeigt jedoch, dass ab einem gewissen Umfang des Rechenbedarfs eine horizontale Skalierung sinnvoller ist als eine vertikale Skalierung. Das Hinzufügen weiterer Maschinen zu einem Netzwerk ist sowohl technologisch als auch wirtschaftlich effizienter.

Skalierbarkeit

Was die reine Rechenleistung betrifft, bietet verteiltes Rechnen eine einfachere Skalierbarkeit als zentralisiertes Rechnen. Es ist relativ einfach, mehr Maschinen hinzuzufügen, um mehr Rechenleistung zu erhalten, und diese zu reduzieren, wenn der Strombedarf geringer ist.

Allerdings weist die Blockchain andere Skalierbarkeitsprobleme auf. In einer Blockchain begrenzt die Anzahl der in einem festen Zeitraum verarbeiteten Transaktionen die Transaktionsgeschwindigkeit. Das Problem der Skalierbarkeit hängt daher von der Transaktionsgeschwindigkeit ab. Diese Einschränkung der Skalierbarkeit ist auf die Notwendigkeit zurückzuführen, dass die Knoten in einer Blockchain einen Konsens über die stattfindenden Transaktionen erzielen müssen. Während verteiltes Computing selbst ein hohes Maß an Skalierbarkeit bietet, behindert das spieltheoretische Element der Blockchain im Allgemeinen die Skalierbarkeit der Transaktionsgeschwindigkeiten.

Nachteile des verteilten Rechnens

Verteiltes Rechnen bietet viele Vorteile. Es bringt jedoch einige Nachteile mit sich.

Komplexität – Wie kompliziert ist der Aufbau eines dezentralen, verteilten Computersystems?

Verteilte Systeme sind komplexer und schwieriger zu beheben als ein zentralisiertes System. Im Blockchain-Kontext kann die Verwaltung der Community aus Entwicklern, Knotenbetreibern und Investoren eine Herausforderung darstellen, ohne dass eine zentrale Einheit die Kontrolle hat. Daher ergibt sich ein großer Teil der Komplexität des Betriebs einer Blockchain aus der Notwendigkeit dezentrale Governance im großen Maßstab.

Wie sicher ist verteiltes Rechnen?

Unternehmen, die verteilte Systeme implementieren, müssen die Sicherheit jedes Geräts im Netzwerk sowie die Konsistenz der Daten zwischen verschiedenen Geräten gewährleisten.

Blockchain umgeht dieses Problem mithilfe von Konsensprotokollen, die sicherstellen, dass sich das gesamte Netzwerk auf eine einzige Wahrheitsquelle einigt. Das Konsensprotokoll trägt auch zum Schutz vor böswilligen Akteuren bei. Solange 51 Prozent des Netzwerks im Interesse der Gruppe handeln, bleibt das Netzwerk sicher. Dies wird zu einer Herausforderung, wenn Mining-Pools ausreichend Hashing-Leistung bündeln einen 51-Prozent-Angriff zu starten. Dieses Risiko ist der Grund, warum so viele in der Blockchain-Community auf eine vollständige Dezentralisierung drängen und gegen Unternehmen wie Bitmain schimpfen, das das Mining großer Kryptos dominiert.

Wie viel kostet verteiltes Rechnen?

Für eine Organisation, die ein verteiltes Computersystem implementiert, fallen bei der Ersteinrichtung höhere Kosten an als für ein zentralisiertes System. Das liegt einfach daran, dass verteilte Systeme mehr Hardware benötigen.

In Blockchain wirken sich die Kosten etwas anders aus. In einer dezentralen Blockchain muss das Projekt eine erste Basis von Knotenbetreibern aufbauen, die die Blockchain-Software auf ihren Maschinen ausführen. Obwohl ein Blockchain-Projekt diese Maschinen nicht kauft, müssen sie die Knotenbetreiber dazu bewegen, ihre Blockchain-Software anstelle der Software anderer Projekte auszuführen. Aus diesem Grund legen viele ICOs einen Teil der anfänglichen Mittel für Marketing- und Werbezwecke zurück, wobei ein Teil davon darin besteht, eine Benutzerbasis von Knotenbetreibern aufzubauen, die das Netzwerk betreiben.

Zusammenfassung

In diesem Artikel wurden alle wichtigen Punkte behandelt, um die meisten Fragen zum verteilten Computing zu beantworten. Wir haben uns auch mit den Vor- und Nachteilen verteilter Datenverarbeitung im Kontext der Blockchain befasst. Der nächster Teil Dieser Artikel konzentriert sich auf die verteilte Peer-to-Peer-Computing-Architektur der Blockchain und wie sie im Vergleich zu anderen verteilten Computing-Architekturen funktioniert.