Что такое криптошардинг и как он работает?

Мы стали свидетелями безумного роста крипто промышленность, особенно если учесть, насколько она новичок в древнем мире финансов. блокчейн Несмотря на то, что внедрение ускоряется в сфере финансов, игр, логистики и цифровой идентификации, остается одна важная проблема: масштабируемость.

 

Наиболее часто используемые сегодня блокчейны, такие как Биткойн и Эфириум, испытывают трудности с быстрой и доступной обработкой больших объемов транзакций. Чтобы решить эту проблему, разработчики блокчейна обращаются к мощному решению, заимствованному из традиционных систем баз данных —шардинг.

 

В этой статье мы в Toobit Academy рассмотрим, что такое криптошардинг, как он работает и почему его называют краеугольным камнем будущей масштабируемости блокчейна.

Что такое шардинг?

Шардинг — это метод, который разбивает данные и рабочую нагрузку блокчейна на более мелкие, управляемые разделы, называемыеосколкиКаждый сегмент функционирует как полунезависимый блокчейн, который обрабатывает определенное подмножество транзакций и смарт-контрактов сети.

 

Вместо того, чтобы требовать от каждого узла в сети хранить и обрабатывать каждую отдельную транзакцию (как в случае с традиционными блокчейнами), шардинг позволяет каждому узлу обрабатывать только часть всех данных. Это значительно снижает требования к обработке и хранению для отдельных узлов, позволяя сети обрабатывать несколько транзакций параллельно.

Происхождение концепции

Не заблуждайтесь: хотя шардинг и существует в криптовалюте, он не является чем-то уникальным для блокчейна.

 

Он возник в мире баз данных, где системам нужно было обрабатывать огромные объемы данных на распределенных серверах. В этих системах шардинг означал разделение базы данных на более мелкие части для повышения производительности и сокращения задержек.

 

Шардинг блокчейна просто адаптирует эту концепцию к децентрализованным сетям.

Почему шардинг необходим в блокчейне?

Масштабируемость — один из вопросов «Трилеммы блокчейна» — наряду с безопасностью и децентрализацией — который необходимо сбалансировать при проектировании эффективных систем блокчейна. Традиционные блокчейны делают упор на децентрализацию и безопасность, но в результате часто жертвуют скоростью и пропускной способностью.

 

Возьмем в качестве примера Ethereum.

 

Ранее Ethereum мог обрабатывать только около 15–30 транзакций в секунду (TPS). Хотя этого могло быть достаточно для простых вариантов использования в то время, этого было совершенно недостаточно для глобальных приложений, таких как децентрализованные финансы (DeFi), невзаимозаменяемые токены (NFT) и блокчейн-гейминг.

 

В периоды перегрузки сети пользователи сталкиваются с высокими расходами на газ и длительным временем ожидания транзакций. С помощью шардинга Ethereum сможет обрабатывать от 20 000 до 100 000 транзакций в секунду!

 

Вот почему немыслимо, что без улучшения масштабируемости массовое принятие становится невозможным. Шардинг решает эту проблему, позволяя блокчейнам обрабатывать множество транзакцийпараллельно, а не последовательно.

Как работает шардинг?

Понимание того, как работает шардинг в контексте блокчейна, требует погружения в то, как организованы сети и как данные распределяются между узлами. Итак, давайте проверим это:

 

• Создание осколков

Первым шагом в сегментировании является разделение сети блокчейн нанесколько осколков. Каждый шард способен поддерживать свой собственный реестр и состояние. Вместо того, чтобы иметь один блокчейн, обрабатывающий каждую транзакцию, теперь у вас есть несколько меньших цепочек (шардов), работающих одновременно.

 

Например, если блокчейн разделен на 10 сегментов, каждый из них может обрабатывать отдельную группу транзакций независимо. Это означает, что сеть может потенциально обрабатывать в 10 раз больше транзакций одновременно.

 

• Назначение и проверка узлов

Узлы в сети случайным образом назначаются разным шардам. Каждый узел отвечает за хранение данных и проверку транзакций в пределах назначенного ему шарда. Это значительно сокращает объем данных, которые каждый узел должен обрабатывать и хранить, делая сеть более легкой и инклюзивной — позволяя большему количеству участников запускать полные узлы без необходимости использования оборудования корпоративного уровня.

 

Для предотвращения вредоносного поведения узлы могут периодически перетасовываться между шардами с использованием криптографической случайности, гарантируя, что ни одна группа узлов не сможет вступить в сговор внутри шарда в течение длительного времени.

 

• Межсекционная коммуникация

Шарды не работают изолированно. Чтобы система функционировала как единая сеть, должен быть безопасный и эффективный способ взаимодействия шардов друг с другом.

 

Представьте себе децентрализованное приложение (dApp) на Shard A, которому необходимо взаимодействовать со смарт-контрактом на Shard B. Для этого требуется протокол связи между шардами, обычно управляемый центральным координационным механизмом. В случае Ethereum это Beacon Chain, который отслеживает состояние всех шардов и помогает координировать валидаторов.

 

Таким образом, межшардная коммуникация остается одним из самых технически сложных аспектов шардинга и находится в центре активных исследований. Будем надеяться, что в будущем мы сможем узнать об этом больше!

Преимущества шардинга в блокчейне

 

Есть несколько преимуществ, которые шардинг приносит блокчейну. Давайте рассмотрим ниже:

 

• Улучшенная масштабируемость

Распараллеливая обработку транзакций, шардинг значительно увеличивает количество транзакций, которые сеть может обработать в секунду.

 

• Снижение затрат

По мере снижения перегрузки сети и увеличения доступности пространства в блоках комиссии за транзакции (газ) вероятно значительно снизятся, что сделает сеть более доступной для обычных пользователей.

 

• Сохранение децентрализации

Шардинг позволяет узлам участвовать в сети без необходимости хранить полный блокчейн, что позволяет расширить круг участников и помогает сохранить децентрализацию.

 

• Эффективность использования энергии и ресурсов

Снижая нагрузку на каждый узел, сегментирование снижает требования к вычислительным ресурсам и объему хранилища, повышая энергоэффективность всей сети.

 

Проблемы и риски шардинга

 

Хотя нельзя отрицать, что сегментирование дает значительные преимущества, оно также создает новые технические и связанные с безопасностью проблемы.

 

• Сложность кросс-шарда

Как мы уже упоминали ранее, обеспечение согласованности данных и завершенности транзакций между шардами является сложным. Плохо спроектированная межшардная коммуникация может привести к уязвимостям безопасности, таким как утечки данных или фрагментированный пользовательский опыт.

 

• Компромиссы в вопросах безопасности

При меньшем количестве узлов в каждом шарде отдельные шарды могут быть более уязвимы ксговор с целью совершения нападенийСлучайные назначения валидаторов и периодическая перетасовка помогают снизить этот риск, но это тонкий баланс.

 

• Накладные расходы разработчиков

Разработчикам может потребоваться разработать dApps, которые учитывают обработку данных между сегментами, что может повысить сложность и снизить компоновку, особенно в ДеФи, где смарт-контракты часто глубоко взаимосвязаны.

 

Заключительные мысли

Шардинг представляет собой одно из самых многообещающих решений масштабируемости в мире блокчейна на сегодняшний день. Разделяя работу между меньшими параллельными компонентами, шардинг позволяет сетям масштабироваться без ущерба для децентрализации или безопасности — критическое достижение для долгосрочной жизнеспособности.

 

Поскольку платформы, такие как Ethereum, продолжают интегрировать шардинг в свою базовую архитектуру, мы, вероятно, увидим новую эру приложений блокчейна, которые будут быстрее, дешевле и смогут поддерживать реальные сценарии использования в масштабе. Однако реализация этого видения потребует постоянных исследований и тщательного тестирования.

 

В конце концов, шардинг — это не волшебное средство, а скорее фундаментальная часть головоломки. Шардинг поможет технологии блокчейна развиться из экспериментальной инновации в основной инфраструктурный слой для цифрового мира и всех, кто его населяет.

Это все на этой неделе от Toobit Academy, ребята! Надеемся, вам понравилась эта статья. Для получения дополнительных торговых советов, разборов стратегий и основ криптовалюты обязательно посетитеАкадемия Toobit— ваш надежный центр для повышения уровня знаний в мире цифровых активов.