シャーディングはブロックチェーンのスケーリング問題をどのように解決しますか？

概要 - シャーディングは、ブロックチェーンネットワークを独立した複数の部分に分割する方法であり、各部分が並行して取引を処理することで速度とパフォーマンスを向上させます。 - この技術は、各ノードの負荷を軽減し、ネットワークへの参加コストを下げ、1秒あたりに処理できる取引の数を増加させます。 - シャーディングには、単一のセグメント制御攻撃や異なるセグメント間の取引の複雑さなどのセキュリティリスクが伴います。

拡張性の問題 - ブロックチェーンの最大の課題

ブロックチェーン技術は、私たちがデータを管理し、資産を交換する方法に革命をもたらすと約束されていました。しかし、現在のブロックチェーンネットワークは壁に直面しています：処理能力の限界。これは、ブロックチェーンの有名な「不可能な三角形」の一部であり、スケーラビリティ、安全性、分散性の三つの要素のバランスをとることを含みます。これら三つを同時に達成することは、シャーディングのような戦略的解決策が登場するまで依然として難しい課題です。

シャーディングとは - 解決のための分割

シャーディングは従来のデータベース管理から派生したものであり、明確な目的のためにブロックチェーンに適用されています：作業の分割を行うことで、どのノードも過負荷にならないようにするためです。

本質的に、シャーディングはブロックチェーンネットワークをより小さな「セグメント」に分割します - 各セグメントは独立したミニブロックチェーンとして機能します。これらのセグメントは、従来のシステムのように互いに待つ必要がなく、同時に取引を処理し、スマートコントラクトを実行できます。

ブロックチェーン データ処理 - 全く異なる二つの方法

シャーディングが重要な理由を理解するためには、ブロックチェーンが通常どのように機能するかを把握する必要があります:

従来の方法 (連続処理): 各ブロックチェーンノードは、すべての取引を処理し、すべてのデータを保存し、すべてのブロックを検証する必要があります。これにより高いセキュリティが確保されます - 各ノードはブロックチェーンの完全なコピーです。しかし、その代償は速度です：取引量が増えると、すべてを順次処理する必要があるため、ネットワークは遅くなります。

シャーディングによる方法 (並列処理): 仕事が分割される - ノードAはセグメント1のみを処理し、ノードBはセグメント2のみを処理します。各セグメントは独立して動作し、複数のトランザクションを同時に実行できます。結果：速度は大幅に向上しますが、複雑さも増します。

横断的ゾーンと縦のゾーン - なぜブロックチェーンはこの方法を選んだのか

データベースには、データを分割する2つの方法 - 水平と垂直 - がありますが、ブロックチェーンは水平パーティショニング(を優先し、シャーディングが実行します:

水平分割: データを行ごとに分割します - 各行は異なるセグメントに入ります。例えば、ユーザーAの取引はセグメント1に、ユーザーBの取引はセグメント2に入ります。各ノードは、完全なデータのサブセットを必要とし、分割されてはいけません。

縦分割: 列に沿ってデータを分割 - 1つのノードが名前を保持し、別のノードが残高を保持するなど。この方法はデータの完全性を損なうものであり、各ノードが他の多くの部分と接続して検証する必要があるため、複雑さが増します。

なぜ水平分割はブロックチェーンで優れているのか:

1. より良い拡張 - 各セグメントは独立してトランザクションを処理でき、他のセグメントを待つ必要はありません。
2. 分散型 - ノードはすべてのデータへのアクセス権を必要とせず、リソース要求を下落させ、より多くの参加者を許可します。
3. より良いセキュリティ - 各セグメントには完全な取引データが含まれており、情報を分割するのではなく、整合性を保証します。

シャーディングの実際の利点

) 急上昇する取引速度

従来の取引処理を徐々に行うのではなく、シャーディングはセグメントごとに並行して処理することを可能にします。ネットワークに64のセグメントがある場合、理論的には現在の64倍の取引を処理できることになります。

明確な例として、シャーディングを使用するブロックチェーンネットワークのZilliqaは、毎秒何千もの取引を処理できます。これにより、大多数のユーザーをサポートし、混雑を引き起こすことなく運営できます。

参加費用 ネットワーク 下落 大幅に

通常、バリデーターになるには強力なコンピュータが必要です。なぜなら、ブロックチェーン全体を保存しなければならないからです。シャーディングを使用することで、あなたはただの一つのセグメントを保存すればよく、作業とコストが大幅に削減されます。

これはネットワークを民主化します: 大きなリソースを持つ人だけでなく、普通のコンピュータを持つ誰もがバリデーターになる機会があります。

ネットワークパフォーマンスの全面改善

従来のブロックチェーンでは、ノードが増えるほど、すべての人と同期する必要があるため、ネットワークは遅くなります。しかし、シャーディングを使用すると、新しいノードはネットワーク全体ではなく特定のシャードに参加することができ、全体のパフォーマンスは影響を受けず、むしろ向上する可能性があります。

シャーディングの制限 - 潜在的なリスク

セグメント制御攻撃

全体のネットワークを制御するよりも、より小さなセグメントを制御するために必要な計算力は非常に少なくて済みます。攻撃者は「セグメント制御」と呼ばれる###のセグメント内のバリデーターを占有するだけで、データを破損または変更することができます。これにより、シャーディングのないブロックチェーンに比べて攻撃ベクトルが増加します。

( セクター間取引は非常に複雑です

AからBに送金する際、2つのセグメント間の調整は複雑になります。慎重に管理しないと、"二重支出"の状態が発生する可能性があります。これは、2つのセグメントが互いに取引を確認していないため、同じコインを2回支出することになります。

) データの可用性のインシデント

もしバリデーターが同時にセグメント内でオフラインになると、そのセグメントのデータにアクセスできなくなります。これにより、取引を検証または処理できないため、ネットワーク全体が中断されます。

リソースバランスの難しさ

シャーディングは複雑なリソースバランス機構を必要とします。正しく実行されない場合、データはセグメント間で不均等に分配され、一方のセグメントが過負荷になり、他方のセグメントがアイドル状態になる可能性があります。

ラグ同時化

多くのノードが情報を共有し更新する必要があるとき、ネットワークの遅延が増加する可能性があります。どのノードが遅く処理すると、全体の同期プロセスが遅延します。

イーサリアムがシャーディングを現実に導入中

イーサリアムがシャーディングを選んだのは偶然ではありません。イーサリアム2.0のアップグレード計画###、別名Eth2またはSerenity###において、シャーディングはスケーラビリティの問題を解決するための重要な部分です。

現在、アップグレードは段階的に進行中です。最終段階(Phase 2)では、完全なシャーディングの導入が含まれます。Ethereumの開発者たちは、これがネットワークの混雑を減少させ、現在ネットワークが抱えている取引コストを下げることを期待しています。

しかし、Ethereumも急いでいません。シャーディングには多くのセキュリティと分散の課題が伴うため、開発チームは広範なテストを行い、完全に展開する前に慎重に考えています。

結論 - ブロックチェーンの未来はシャーディングに依存する可能性がある

シャーディングは、ブロックチェーンの不可能な三角形を克服するための飛躍を示しています。新たな複雑さを引き起こすものの、分散化を犠牲にすることなく速度を向上させる能力は大きな約束です。

Ethereumだけでなく、多くのブロックチェーンもシャーディングを探求しています。ネットワークがシャーディングを成功裏に実装するたびに、それはそのネットワークだけでなく、ブロックチェーン全体のエコシステムに経験を提供します。

しかし、成功の鍵は、継続的な研究、開発、厳密なテストにあります - まさにEthereumのようなトップ開発チームが行っている方法です。