Byliśmy świadkami szalonego wzrostu krypto branży, zwłaszcza jeśli weźmiemy pod uwagę, jak bardzo jest ona nowicjuszem w starożytnym świecie finansów. łańcuch bloków Pomimo że wdrażanie technologii przyspiesza w obszarach takich jak finanse, gry, logistyka i tożsamość cyfrowa, wciąż istnieje jeden kluczowy problem: skalowalność.
Obecnie najczęściej używane blockchainy, takie jak Bitcoin I Ethereum, zmagają się z przetwarzaniem dużych wolumenów transakcji szybko i niedrogo. Aby temu zaradzić, deweloperzy blockchain zwracają się ku potężnemu rozwiązaniu zapożyczonemu z tradycyjnych systemów baz danych —rozdrobnienie.
W tym artykule my, ludzie z Toobit Academy, przyjrzymy się bliżej kwestii crypto shardingu, jego działaniu i temu, dlaczego jest uznawany za kamień węgielny przyszłej skalowalności technologii blockchain.
Czym jest sharding?
Sharding to technika polegająca na rozbiciu danych i obciążenia łańcucha bloków na mniejsze, łatwiejsze do zarządzania sekcje zwaneodłamkiKażdy fragment funkcjonuje jako półniezależny blockchain, który przetwarza określony podzbiór transakcji sieciowych i inteligentnych kontraktów.
Zamiast wymagać, aby każdy węzeł w sieci przechowywał i przetwarzał każdą pojedynczą transakcję (jak w przypadku tradycyjnych blockchainów), sharding pozwala każdemu węzłowi obsługiwać tylko część całkowitych danych. To znacznie zmniejsza wymagania dotyczące przetwarzania i przechowywania dla poszczególnych węzłów, jednocześnie umożliwiając sieci przetwarzanie wielu transakcji równolegle.
Geneza koncepcji
Nie ma co się oszukiwać, choć sharding istnieje w kryptowalutach, nie jest on unikalny dla blockchain.
Pochodzi ze świata baz danych, w którym systemy musiały obsługiwać ogromne ilości danych na rozproszonych serwerach. W tych systemach sharding oznaczał dzielenie bazy danych na mniejsze części w celu poprawy wydajności i zmniejszenia opóźnień.
Fragmentacja łańcucha bloków po prostu adaptuje tę koncepcję do sieci zdecentralizowanych.
Dlaczego sharding jest konieczny w blockchainie?
Skalowalność jest jednym z problemów „Blockchain Trilemma” — obok bezpieczeństwa i decentralizacji — które muszą być zrównoważone przy projektowaniu efektywnych systemów blockchain. Tradycyjne blockchainy kładą nacisk na decentralizację i bezpieczeństwo, ale często w rezultacie poświęcają prędkość i przepustowość.
Weźmy za przykład Ethereum.
Wcześniej Ethereum mogło obsłużyć tylko około 15–30 transakcji na sekundę (TPS). Podczas gdy w tamtym czasie mogło to wystarczyć do prostych przypadków użycia, było to drastycznie niewystarczające dla aplikacji o skali globalnej, takich jak zdecentralizowane finanse (DeFi), niewymienialne tokeny (NFT) i gry blockchain.
W okresach przeciążenia sieci użytkownicy doświadczają wysokich opłat za gaz i długiego czasu oczekiwania na transakcje. Dzięki shardingowi Ethereum będzie w stanie przetwarzać od 20 000 do 100 000 transakcji na sekundę!
Dlatego nie da się uniknąć, że bez ulepszeń skalowalności masowa adopcja stanie się niemożliwa. Sharding rozwiązuje ten problem, umożliwiając blockchainom przetwarzanie wielu transakcjirównolegle, a nie sekwencyjnie.
Jak działa sharding?
Aby zrozumieć, jak działa sharding w kontekście blockchain, należy zagłębić się w to, jak zorganizowane są sieci i jak dane są udostępniane między węzłami. Sprawdźmy to:
-
Tworzenie fragmentów
Pierwszym krokiem w shardingu jest podzielenie sieci blockchain nawiele odłamków. Każdy fragment jest w stanie utrzymywać własny rejestr i stan. Zamiast mieć pojedynczy blockchain, który przetwarza każdą transakcję, masz teraz wiele mniejszych łańcuchów (fragmentów) pracujących jednocześnie.
Na przykład, jeśli blockchain jest podzielony na 10 fragmentów, każdy z nich może niezależnie przetwarzać inną grupę transakcji. Oznacza to, że sieć może potencjalnie przetwarzać 10 razy więcej transakcji na raz.
-
Przypisanie i walidacja węzłów
Węzły w sieci są losowo przypisywane do różnych fragmentów. Każdy węzeł jest odpowiedzialny za przechowywanie danych i walidację transakcji w przypisanym mu fragmencie. To drastycznie zmniejsza ilość danych, które każdy węzeł musi przetworzyć i przechowywać, dzięki czemu sieć staje się lżejsza i bardziej inkluzywna — umożliwiając większej liczbie uczestników uruchamianie pełnych węzłów bez konieczności używania sprzętu klasy korporacyjnej.
Aby zapobiec złośliwemu zachowaniu, węzły mogą być okresowo przetasowywane między fragmentami za pomocą losowości kryptograficznej, co zapewnia, że żadna grupa węzłów nie będzie mogła przez dłuższy czas współpracować w obrębie fragmentu.
-
Komunikacja międzyodłamkowa
Fragmenty nie działają w izolacji. Aby system działał jako jedna zunifikowana sieć, musi istnieć bezpieczny i wydajny sposób komunikacji między fragmentami.
Wyobraź sobie zdecentralizowaną aplikację (dApp) na Shard A, która musi współdziałać z inteligentnym kontraktem na Shard B. Wymaga to protokołu komunikacji międzyshardowej, zwykle zarządzanego przez centralny mechanizm koordynacji. W przypadku Ethereum jest to Beacon Chain, który śledzi stan wszystkich shardów i pomaga koordynować walidatory.
Dlatego komunikacja między odłamkami pozostaje jednym z najbardziej złożonych technicznie aspektów shardingu i jest przedmiotem aktywnych badań. Trzymamy kciuki, że będziemy mogli dowiedzieć się o tym więcej w przyszłości!
Korzyści z shardingu w blockchain
Istnieje kilka korzyści, jakie sharding przynosi blockchainowi. Przyjrzyjmy się poniżej:
-
Poprawiona skalowalność
Dzięki paralelizacji przetwarzania transakcji, partycjonowanie radykalnie zwiększa liczbę transakcji, jakie sieć może obsłużyć w ciągu sekundy.
-
Niższe koszty
W miarę zmniejszania się przeciążenia sieci i zwiększania dostępności przestrzeni blokowej, opłaty transakcyjne (za gaz) najprawdopodobniej znacznie spadną, co sprawi, że sieć stanie się bardziej dostępna dla przeciętnych użytkowników.
-
Zachowanie decentralizacji
Dzięki partycjonowaniu węzły mogą uczestniczyć w sieci bez konieczności przechowywania całego łańcucha bloków, co pozwala na udział szerszej grupy uczestników i pomaga zachować decentralizację.
-
Efektywność energetyczna i zasobów
Dzięki zmniejszeniu obciążenia każdego węzła, partycjonowanie zmniejsza wymagania obliczeniowe i dotyczące pamięci masowej, poprawiając efektywność energetyczną w całej sieci.
Wyzwania i zagrożenia związane z shardingiem
Choć nie da się zaprzeczyć, że sharding oferuje znaczące korzyści, wiąże się również z nowymi wyzwaniami technicznymi i związanymi z bezpieczeństwem.
-
Złożoność międzyodłamkowa
Jak wspomnieliśmy wcześniej, zapewnienie spójności danych i ostateczności transakcji w obrębie fragmentów jest skomplikowane. Źle zaprojektowana komunikacja między fragmentami może prowadzić do luk w zabezpieczeniach, takich jak naruszenia danych lub fragmentaryczne doświadczenia użytkowników.
-
Kompromisy w zakresie bezpieczeństwa
W przypadku mniejszej liczby węzłów w każdym fragmencie poszczególne fragmenty mogą być bardziej podatne naataki zmowyLosowe przydzielanie walidatorów i okresowe przetasowania pomagają złagodzić to ryzyko, ale jest to delikatna równowaga.
-
Koszty narzutu dla programisty
Deweloperzy mogą musieć zaprojektować aplikacje zdecentralizowane, które uwzględniają obsługę danych między fragmentami, co może zwiększyć złożoność i ograniczyć możliwość kompozycji, szczególnie w DeFi, Gdzie inteligentne kontrakty są często głęboko ze sobą powiązane.
Ostatnie myśli
Sharding stanowi jedno z najbardziej obiecujących rozwiązań skalowalności w dzisiejszym świecie blockchain. Dzieląc pracę na mniejsze, równoległe komponenty, sharding pozwala sieciom skalować się bez poświęcania decentralizacji lub bezpieczeństwa — kluczowe osiągnięcie dla długoterminowej żywotności.
W miarę jak platformy takie jak Ethereum będą nadal integrować sharding ze swoją architekturą rdzeniową, prawdopodobnie zobaczymy nową erę aplikacji blockchain, które będą szybsze, tańsze i zdolne do obsługi rzeczywistych przypadków użycia na dużą skalę. Jednak realizacja tej wizji będzie wymagała dalszych badań i rygorystycznych testów.
Ostatecznie sharding nie jest magicznym rozwiązaniem wszystkiego, ale raczej fundamentalnym elementem układanki. Sharding pomoże technologii blockchain ewoluować od bycia eksperymentalną innowacją do głównej warstwy infrastruktury dla świata cyfrowego i wszystkich, którzy go zamieszkują.
To wszystko na ten tydzień od nas z Toobit Academy, ludzie! Mamy nadzieję, że podobał się Wam ten artykuł. Aby uzyskać więcej wskazówek dotyczących handlu, analiz strategii i podstaw kryptowalut, koniecznie sprawdźcieAkademia Toobit— Twoje centrum, w którym możesz poszerzyć swoją wiedzę na temat zasobów cyfrowych.
