暗号シャーディングとは何ですか？どのように機能しますか？

私たちは、 暗号金融業界は、特に金融という古い世界にとって、いかに新しい存在であるかを考えれば、なおさらである。 ブロックチェーン金融、ゲーム、物流、デジタル ID の分野で導入が加速していますが、スケーラビリティという重要な問題が 1 つ残っています。

 

今日最もよく使われているブロックチェーンは、 ビットコイン そして イーサリアム大量の取引を迅速かつ低コストで処理することに苦労しているブロックチェーン開発者は、この課題に対処するため、従来のデータベースシステムから借用した強力なソリューションに目を向けています。シャーディング。

 

この記事では、Toobit Academy が暗号シャーディングとは何か、どのように機能するのか、そしてなぜそれがブロックチェーンの将来のスケーラビリティの基礎として歓迎されているのかを探ります。

シャーディングとは何ですか?

シャーディングとは、ブロックチェーンのデータとワークロードを、管理しやすい小さなセクションに分割する技術です。破片各シャードは、ネットワークのトランザクションとスマートコントラクトの特定のサブセットを処理する半独立ブロックチェーンとして機能します。

 

従来のブロックチェーンのように、ネットワーク内のすべてのノードがすべてのトランザクションを保存・処理する必要はなく、シャーディングでは各ノードが全データの一部のみを処理できます。これにより、個々のノードの処理能力とストレージ要件が大幅に削減されると同時に、ネットワーク全体で複数のトランザクションを並列処理できるようになります。

コンセプトの起源

誤解しないでください。シャーディングは暗号通貨には存在しますが、ブロックチェーンに特有のものではありません。

 

シャーディングは、分散サーバーにまたがる膨大な量のデータを処理する必要のあるデータベースの世界で生まれました。これらのシステムでは、シャーディングとは、パフォーマンスを向上させ、レイテンシを削減するために、データベースを小さな部分に分割することを意味していました。

 

ブロックチェーン シャーディングは、この概念を単純に分散型ネットワークに適用するだけです。

ブロックチェーンでシャーディングが必要なのはなぜですか?

スケーラビリティは、セキュリティと分散化と並んで「ブロックチェーンのトリレンマ」の一つであり、効果的なブロックチェーンシステムを設計する上でバランスを取る必要があります。従来のブロックチェーンは分散化とセキュリティを重視していますが、その結果、速度とスループットが犠牲になることがよくあります。

 

Ethereum を例に挙げてみましょう。

 

以前、イーサリアムは1秒あたり約15～30件のトランザクション（TPS）しか処理できませんでした。これは当時のシンプルなユースケースには十分だったかもしれませんが、分散型金融（DeFi）、非代替トークン（NFT）、ブロックチェーンゲームといったグローバル規模のアプリケーションには大幅に不足していました。

 

ネットワークが混雑すると、ユーザーは高額なガス料金と長いトランザクション待ち時間を経験します。シャーディングの助けにより、イーサリアムは1秒あたり2万件から10万件のトランザクションを処理できるようになります。

 

だからこそ、スケーラビリティの向上なしには大量導入は不可能だというのは明白です。シャーディングは、ブロックチェーンが多数のトランザクションを処理できるようにすることで、この問題に対処します。並行して順番にではなく、順番に。

シャーディングはどのように機能しますか?

ブロックチェーンにおけるシャーディングの仕組みを理解するには、ネットワークがどのように構成され、ノード間でデータがどのように共有されるかを深く理解する必要があります。それでは、確認してみましょう。

 

• 破片の作成

シャーディングの最初のステップは、ブロックチェーンネットワークを分割することです。複数の破片各シャードは独自の台帳と状態を維持できます。すべてのトランザクションを処理する単一のブロックチェーンではなく、複数の小さなチェーン（シャード）が同時に動作するようになります。

 

例えば、ブロックチェーンが10個のシャードに分割されている場合、各シャードは異なるトランザクショングループを独立して処理できます。つまり、ネットワークは潜在的に10倍のトランザクションを同時に処理できることになります。

 

• ノードの割り当てと検証

ネットワーク内のノードは、異なるシャードにランダムに割り当てられます。各ノードは、割り当てられたシャード内でデータの保存とトランザクションの検証を担当します。これにより、各ノードが処理および保存する必要があるデータ量が大幅に削減され、ネットワークはより軽量で包括的になります。これにより、より多くの参加者がエンタープライズグレードのハードウェアを必要とせずにフルノードを実行できるようになります。

 

悪意のある動作を防ぐために、暗号のランダム性を使用してシャード間でノードを定期的に再シャッフルし、シャード内でノードのグループが長期間共謀できないようにします。

 

• シャード間通信

シャードは独立して動作しません。システムが一つの統合ネットワークとして機能するためには、シャードが安全かつ効率的に相互通信できる手段が必要です。

 

シャードA上の分散型アプリ（dApp）がシャードB上のスマートコントラクトと連携する必要がある場合を想像してみてください。これにはシャード間通信プロトコルが必要であり、通常は中央の調整メカニズムによって管理されます。Ethereumの場合、これはビーコンチェーンであり、すべてのシャードの状態を追跡し、バリデーターの調整を支援します。

 

そのため、シャード間の通信はシャーディングにおいて技術的に最も複雑な側面の一つであり、現在も活発な研究が進められています。今後、この件についてより深く理解できるようになることを期待しています。

ブロックチェーンにおけるシャーディングの利点

 

シャーディングがブロックチェーンにもたらすメリットはいくつかあります。以下で詳しく見ていきましょう。

 

• スケーラビリティの向上

シャーディングでは、トランザクション処理を並列化することで、ネットワークが 1 秒あたりに処理できるトランザクションの数が大幅に増加します。

 

• コストの削減

ネットワークの混雑が緩和され、ブロックスペースが利用可能になるにつれて、取引（ガス）手数料が大幅に下がり、一般ユーザーがネットワークにアクセスしやすくなる可能性があります。

 

• 分散化の維持

シャーディングにより、ノードは完全なブロックチェーンを保存する必要なくネットワークに参加できるようになり、より幅広い参加者が可能になり、分散化を維持するのに役立ちます。

 

• エネルギーと資源の効率

シャーディングにより各ノードのワークロードが削減され、計算およびストレージの要件が低減され、ネットワーク全体のエネルギー効率が向上します。

 

シャーディングの課題とリスク

 

シャーディングが大きなメリットをもたらすことは否定できませんが、新たな技術的およびセキュリティ上の課題も生じます。

 

• クロスシャードの複雑さ

前述の通り、シャード間のデータの一貫性とトランザクションのファイナリティ（最終性）を確保することは複雑です。シャード間の通信が適切に設計されていないと、データ漏洩やユーザーエクスペリエンスの断片化といったセキュリティ上の脆弱性が生じる可能性があります。

 

• セキュリティのトレードオフ

各シャードのノード数が少ないと、個々のシャードはより脆弱になる可能性があります。共謀攻撃ランダムなバリデーターの割り当てと定期的な再シャッフルは、このリスクを軽減するのに役立ちますが、微妙なバランスが必要です。

 

• 開発者のオーバーヘッド

開発者は、クロスシャードデータ処理を考慮したdAppsを設計する必要があるかもしれないが、これは特に、複雑さを増し、構成可能性を低下させる可能性がある。 分散金融、 どこ スマートコントラクト 深く相互に関連していることが多いです。

 

最後に

シャーディングは、今日のブロックチェーン業界において最も有望なスケーラビリティソリューションの一つです。シャーディングは、作業をより小さな並列コンポーネントに分割することで、分散性やセキュリティを犠牲にすることなくネットワークを拡張することを可能にします。これは、長期的な存続にとって極めて重要な成果です。

 

Ethereumのようなプラットフォームがシャーディングをコアアーキテクチャに統合し続けるにつれ、より高速で、より安価で、現実世界のユースケースを大規模にサポートできるブロックチェーンアプリケーションの新時代が到来するでしょう。しかし、このビジョンを実現するには、継続的な研究と厳格なテストが必要です。

 

結局のところ、シャーディングは魔法のように万能な解決策ではなく、むしろパズルの土台となるピースです。シャーディングは、ブロックチェーン技術を単なる実験的なイノベーションから、デジタル世界とそこに住むすべての人々にとっての主流のインフラ層へと進化させるのに役立つでしょう。

 

今週のToobit Academyはこれで終わりです！この記事をお楽しみいただけたでしょうか？さらに詳しい取引のヒント、戦略の詳細、そして暗号通貨の基礎知識については、ぜひこちらもご覧ください。トゥービットアカデミーデジタル資産の世界に関する知識をレベルアップするための頼りになるハブです。