بررسی شاردینگ در رمزارزها و نحوه عملکرد آن

در سال‌های اخیر شاهد رشد چشمگیر صنعت رمزارز بوده‌ایم؛ رشدی فوق‌العاده، به‌ویژه اگر در نظر بگیریم این حوزه نسبت به جهان دیرین امور مالی تازه‌وارد است. با شتاب گرفتن پذیرش فناوری بلاک‌چین در عرصه‌هایی همچون مالی، بازی، لجستیک و هویت دیجیتال، یک چالش حیاتی همچنان پابرجاست: مقیاس‌پذیری.

بلاک‌چین‌هایی مانند بیت‌کوین و اتریوم در پردازش حجم بالایی از تراکنش‌ها با سرعت و هزینه مناسب، با محدودیت‌هایی مواجه‌اند. برای رفع این محدودیت، توسعه‌دهندگان بلاک‌چین به راه‌حلی قدرتمند — برگرفته از سیستم‌های پایگاه‌داده سنتی — روی آورده‌اند: شاردینگ.

در این مقاله از آکادمی Toobit، قصد داریم به‌طور جامع بررسی کنیم که شاردینگ در رمزارز چیست، چگونه عمل می‌کند و دلیل اینکه چرا آن را سنگ‌بنای مقیاس‌پذیری آینده بلاک‌چین می‌دانند، چه بوده است.

 

بررسی شاردینگ 

شاردینگ تکنیکی است برای تقسیم‌بندی داده‌ها و بار کاری بلاک‌چین به بخش‌های کوچک‌تر و قابل مدیریت به نام «شارد» (shard). هر شارد در عمل مانند یک بلاک‌چین نیمه‌مستقل است که مسئول پردازش زیرمجموعه‌ای از تراکنش‌ها و قراردادهای هوشمند شبکه است.

در بلاک‌چین‌های سنتی، هر گره (node) باید تمامی تراکنش‌ها را ذخیره و پردازش کند، اما در شاردینگ، هر گره تنها ‌بخشی از داده‌ها را مدیریت می‌کند. این شیوه به‌طور قابل‌توجهی نیاز به منابع پردازشی و ذخیره‌سازی را کاهش می‌دهد و در عین حال شبکه می‌تواند چندین تراکنش را به‌طور هم‌زمان و موازی انجام دهد.

 

منشأ مفهوم شاردینگ

لازم به ذکر است که شاردینگ پیشینه‌ای در دنیای پایگاه‌داده دارد و به‌هیچ‌وجه مفهومی اختصاصی برای بلاک‌چین نیست.

این روش ابتدا در سیستم‌های توزیع‌شده پایگاه‌داده به‌کار گرفته شد تا داده‌های حجیم را میان سرورها تقسیم کنند و عملکرد و تأخیر را بهینه سازند. در این سیستم‌ها، شاردینگ به معنای تقسیم پایگاه‌داده به بخش‌های کوچک‌تر برای افزایش کارایی بود.

بلاک‌چین با سازگاری این مفهوم در ساختار غیرمتمرکز خود، آن را بازآفرینی کرده است.

 

ضرورت شاردینگ در بلاک‌چین

مقیاس‌پذیری یکی از عناصر سه‌گانه معروف «معضل بلاک‌چین» است—در کنار امنیت و تمرکززدایی—که برای طراحی بلاک‌چین‌های کارآمد باید بین آن‌ها تعادلی دقیق برقرار شود. بلاک‌چین‌های سنتی امنیت و تمرکززدایی را اولویت می‌دهند، اما اغلب این اولویت‌بندی سرعت و توان عملیاتی را قربانی می‌کند.

اتریوم را در نظر بگیرید: این شبکه در گذشته توانایی پردازش حدود 15–30 تراکنش در ثانیه (TPS) داشت. این میزان برای کاربردهای ساده کافی بود، اما برای برنامه‌هایی در سطح جهانی مانند امور مالی غیرمتمرکز (DeFi)، توکن‌های غیرقابل معاوضه (NFT) و بازی‌های بلاک‌چینی کم‌است.

در زمان شلوغی شبکه، کاربران با کارمزدهای بالایی روبه‌رو شده و با تاخیرهای زیاد تراکنش مواجه می‌شوند. با استفاده از شاردینگ، اتریوم قادر خواهد بود 20,000 تا 100,000 تراکنش در ثانیه را پردازش کند! چنین تحولی نشان می‌دهد که بدون بهبود مقیاس‌پذیری، پذیرش گسترده و واقعی بلاک‌چین تقریبا غیرممکن خواهد بود. شاردینگ با فراهم آوردن امکان پردازش موازی تراکنش‌ها، این محدودیت را برطرف می‌کند.

 

نحوه عملکرد شاردینگ

درک دقیق عملکرد شاردینگ در بلاک‌چین نیازمند بررسی ساختار شبکه و نحوه تبادل داده میان گره‌هاست. این فرآیند را می‌توان در سه مرحله اصلی بررسی کرد:

• ایجاد شاردها

ابتدا شبکه بلاک‌چین به چندین شارد تقسیم می‌شود. هر شارد دفترکل و وضعیت خاص خود را دارد. به جای یک زنجیره‌ی واحد، چندین بلاک‌چین کوچک‌تر به‌طور موازی فعالیت می‌کنند.
برای مثال، اگر شبکه‌ای 10 شارد داشته باشد، هر یک گروهی از تراکنش‌ها را به‌طور مستقل پردازش می‌کند—بنابراین عملکرد شبکه تا 10 برابر افزایش می‌یابد.

• تخصیص گره‌ها و اعتبارسنجی

گره‌ها به‌صورت تصادفی و دوره‌ای بین شاردها اختصاص می‌یابند. هر گره مسئول ذخیره‌سازی داده‌ها و تایید تراکنش‌ها در شارد مربوطه خود است. این روند نیاز به منابع را کاهش می‌دهد و مشارکت کاربران در شبکه را آسان‌تر می‌کند.
برای جلوگیری از رفتار مخرب یا تبانی، گره‌ها به‌صورت دوره‌ای با استفاده از تصادفی‌سازی رمزنگاری جابه‌جا می‌شوند.

• ارتباط میان شاردها

شاردها مستقل عمل نمی‌کنند. برای حفظ انسجام شبکه، مکانیزمی امن و کارآمد برای ارتباط بین‌شاردی ضروری است.
برای مثال، اگر یک dApp در شارد A نیاز به ارتباط با قرارداد هوشمندی در شارد B داشته باشد، باید از یک پروتکل ارتباطی مستحکم بهره ببرد که معمولا توسط سازوکار هماهنگ‌کننده مرکزی انجام می‌شود. در اتریوم این نقش بر عهده Beacon Chain است که وضعیت تمامی شاردها را رصد کرده و هماهنگی بین اعتبارسنج‌ها را مدیریت می‌کند.
ارتباط بین‌شاردی یکی از پیچیده‌ترین جنبه‌های فنی شاردینگ است و همچنان موضوعی فعال در تحقیقات پیشرفته به شمار می‌آید.

 

مزایای شاردینگ

شاردینگ مزایای بی‌شمار به‌ همراه دارد:

• بهبود مقیاس‌پذیری: با پردازش موازی تراکنش‌ها، ظرفیت شبکه به‌طور چشمگیری افزایش می‌یابد.
  
  

• کاهش هزینه‌ها: با افت ترافیک و افزایش فضای بلاک، کارمزدهای گس به‌خوبی کاهش می‌یابد که استفاده از شبکه را برای عموم تسهیل می‌کند.
  
  

• حفظ تمرکززدایی: شاردینگ این امکان را فراهم می‌کند که گره‌ها بدون ذخیره کل بلاک‌چین بتوانند مشارکت کنند و این امر باعث افزایش مشارکت و حفظ ساختار غیرمتمرکز شبکه می‌شود.
  
  

• بهره‌وری بیشتر انرژی و منابع: کاهش بار کاری گره‌ها منجر به مصرف کمتر انرژی و منابع می‌شود و بهره‌وری کلی شبکه را ارتقا می‌دهد.
  
  

 

چالش‌ها و ریسک‌های شاردینگ

در عین حال، شاردینگ مسائل و پیچیدگی‌های قابل‌توجهی به‌همراه دارد:

• پیچیدگی ارتباط بین‌شاردی: تضمین انسجام داده‌ها و نهایی‌شدن تراکنش‌ها میان شاردها چالشی است که اگر با طراحی ضعیف همراه شود ممکن است منجر به آسیب‌پذیری یا تجربه کاربری نامناسب شود.
  
  

• ملاحظات امنیتی: تعداد کمتر گره در هر شارد ممکن است احتمال حملات تبانی را افزایش دهد. تخصیص تصادفی اعتبارسنج‌ها و بازآرایی دوره‌ای می‌تواند این ریسک را کاهش دهد، اما اتخاذ این تعادل دشوار است.
  
  

• بار اضافی برای توسعه‌دهندگان: توسعه‌دهندگان باید dAppهایی طراحی کنند که داده‌های ترکیبی بین شاردها را مدیریت کنند، موضوعی که پیچیدگی توسعه را بالا برده و در حوزه‌هایی مثل DeFi که قراردادهای هوشمند عموماً پیوستگی عمیقی دارند.
  
  

 

سخن پایانی

شاردینگ یکی از امیدبخش‌ترین راهکارهای مقیاس‌پذیری در دنیای بلاک‌چین است. این روش با تقسیم بار کاری به اجزای کوچکتر و پردازش موازی، امکان رشد شبکه را بدون فدا کردن امنیت و تمرکززدایی فراهم می‌سازد—پیش‌نیازی حیاتی برای گسترش بلندمدت این فناوری.

با پیشرفت پروژه‌هایی مانند ادغام شاردینگ در اتریوم، احتمالا شاهد نسلی جدید از اپلیکیشن‌های سریع‌تر، ارزان‌تر و کارآمدتر خواهیم بود. با این حال، برای تحقق این چشم‌انداز، تحقیقات مستمر و آزمون‌های دقیق لازم هستند.

در نهایت، شاردینگ یک راه‌حل همه‌کاره نیست، اما بدون شک قطعه‌ای کلیدی در پازل توسعه بلاک‌چین به‌شمار می‌آید. این فناوری می‌تواند مسیر بلاک‌چین را از آزمایشگاه به یک زیرساخت اصلی در جهان دیجیتال هموار کند.

به پایان مطالب این هفته از آکادمی Toobit رسیدیم. امیدواریم این مقاله برای شما مفید بوده باشد. برای دسترسی به نکات بیشتر در زمینه معاملات، تحلیل جامع استراتژی‌ها و مبانی ارزهای دیجیتال، توصیه می‌کنیم از آکادمی Toobit بازدید نمایید — پایگاه اصلی شما برای افزایش مهارت‌ها در دنیای دارایی‌های دیجیتال.