Шардинг - это способ решения задачи масштабирования Блокчейн как?

Резюме - Шардинг - это метод разделения сети блокчейн на множество независимых частей, каждая из которых обрабатывает транзакции параллельно для увеличения скорости и производительности. - Эта технология помогает снизить нагрузку на каждый узел, уменьшить стоимость участия в сети и увеличить количество транзакций, которые могут быть обработаны в секунду. - Шардинг сопровождается рисками безопасности, такими как атаки на контроль отдельных сегментов и сложность транзакций между различными сегментами.

Проблема Масштабирования - Главное Испытание Блокчейна

Технология блокчейн когда-то обещала произвести революцию в том, как мы управляем данными и обмениваемся активами. Однако современные блокчейн-сети сталкиваются с одной стеной: переполнение возможностей обработки. Это пункт, находящийся в знаменитом “треугольнике невозможного” блокчейна - балансировка трех факторов: масштабируемости, безопасности и децентрализации. Достичь всех трех одновременно все еще остается сложной задачей, пока не появились такие стратегические решения, как шардирование.

Что такое шардирование - деление для решения

Шардинг происходит от традиционного управления базами данных, но применяется в блокчейне с одной четкой целью: распределение работы так, чтобы ни один узел не был перегружен.

По сути, шардинг делит блокчейн-сеть на более мелкие “сегменты” - каждый сегмент функционирует как независимый мини-блокчейн. Эти сегменты могут обрабатывать транзакции и выполнять смарт-контракты одновременно друг с другом, вместо того чтобы ждать друг друга, как в традиционной системе.

Блокчейн Обработка Данных - Два Совершенно Разных Подхода

Чтобы понять, почему шардирование важно, нужно разобраться, как обычно работает блокчейн:

Традиционный метод ( последовательно обрабатывает ): Каждый узел блокчейна должен обрабатывать все транзакции, хранить все данные и проверять каждую блок. Это обеспечивает высокую безопасность - каждый узел является полным экземпляром блокчейна. Но цена - это скорость: когда объем транзакций увеличивается, сеть замедляется, так как все должно обрабатываться последовательно.

Метод с шардированием (параллельная обработка): Работа делится - узел A обрабатывает только сегмент 1, узел B только сегмент 2 и т.д. Каждый сегмент работает независимо, что позволяет выполнять множество транзакций одновременно. Результат: значительное увеличение скорости, но также увеличивается и сложность.

Горизонтальное Зонирование против Вертикального Зонирования - Почему Blockchain Выбирает Этот Подход

Существует два способа разделения данных в базе данных - горизонтально и вертикально - но блокчейн предпочитает горизонтальное деление (horizontal partitioning), которое выполняет шардинг:

Горизонтальное разбиение: Разделение данных по строкам - каждая строка попадает в другой сегмент. Например, транзакция пользователя A в сегмент 1, пользователя B в сегмент 2. Каждому узлу нужен только полный поднабор данных, не разрезанный.

Вертикальное разбиение: Разделение данных по столбцу - один узел хранит имя, другой узел хранит баланс и т.д. Этот способ нарушает целостность данных и заставляет каждый узел связываться с множеством других частей для проверки, увеличивая сложность.

Почему горизонтальное деление лучше с блокчейном:

1. Лучшее расширение - Каждый сегмент может обрабатывать транзакции независимо, не дожидаясь другого сегмента
2. Более децентрализованный - Узел не требует доступа ко всем данным, что снижает требования к ресурсам и позволяет большему количеству участников.
3. Лучшее обеспечение безопасности - Каждый сегмент по-прежнему содержит полные данные о транзакциях, обеспечивая целостность вместо разделения информации.

Реальные Преимущества Шардинга

Скорость Сделок Резко Возросла

Вместо того, чтобы обрабатывать транзакции по одной, шардирование позволяет обрабатывать параллельно по сегментам. Если сеть состоит из 64 сегментов, теоретически можно обрабатывать в 64 раза больше транзакций, чем в настоящее время.

Ясный пример: Zilliqa, блокчейн-сеть, использующая шардирование, достигает тысяч транзакций в секунду. Этого достаточно, чтобы поддерживать большое количество пользователей без задержек.

Стоимость участия в сети падение сильно

Обычно, чтобы стать валидатором, нужен мощный компьютер, так как необходимо хранить весь блокчейн. С помощью шардинга вам нужно хранить только одну часть - работа и затраты значительно сокращаются.

Это демократизирует сеть: участвовать могут не только те, кто обладает огромными ресурсами, но и любой, у кого есть обычный компьютер, имеет возможность стать валидатором.

Улучшенная производительность сети

В традиционном блокчейне, когда участвует все больше узлов, сеть становится медленнее, так как необходимо синхронизироваться со всеми. Но с помощью шардинга новые узлы могут присоединяться к конкретному сегменту, а не ко всей сети - общая производительность не только не страдает, но и может увеличиваться.

Ограничения шардирования - Потенциальные риски

Атака Контроль Сегмента

Необходимая вычислительная мощность для контроля над сегментом значительно меньше, чем для контроля над всей сетью. Нападающему достаточно захватить валидатор в сегменте (, называемом “контролем сегмента” ), чтобы повредить или изменить данные. Это увеличивает вектор атаки по сравнению с блокчейном без шардирования.

Торговля Между Сложными Сегментами

Когда вы переводите средства из сегмента A в сегмент B, координация между двумя сегментами становится сложной. Если не управлять этим осторожно, может возникнуть ситуация “двойного расходования” – вы тратите одну и ту же монету дважды, потому что два сегмента не знают о том, что друг с другом уже подтвердили транзакцию.

Проблема Доступности Данных

Если валидаторы в одном сегменте одновременно окажутся вне сети, данные этого сегмента будут недоступны. Это приведет к сбою всей сети, так как невозможно будет проверить или обработать транзакции сегмента.

Балансирование Ресурсов Трудности

Шардинг требует сложного механизма балансировки ресурсов. Если он выполнен неправильно, данные могут быть неравномерно распределены между сегментами, что приведет к перегрузке одного сегмента и бездействию другого.

Лаг синхронизации

Когда много узлов нужно обмениваться и обновлять информацию, задержка сети может увеличиться. Если какой-либо узел обрабатывает медленно, весь процесс синхронизации будет задержан.

Эфириум реализует шардинг

Эфириум не случайно выбрал шардирование. В плане обновления Эфириум 2.0 (, также известного как Eth2 или Serenity), шардирование является важной частью для решения проблемы масштабируемости.

В настоящее время обновление проходит поэтапно. Последний этап (Phase 2) будет включать полное разбиение на шард. Разработчики Ethereum надеются, что это снизит падение сети и уменьшит затраты на транзакции, которые сеть в настоящее время испытывает.

Тем не менее, Ethereum тоже не спешит. Поскольку шардирование связано с множеством проблем безопасности и децентрализации, команда разработчиков проводит широкие испытания и тщательно обдумывает, прежде чем полностью развернуть его, чтобы убедиться, что нет уязвимостей.

Заключение - Будущее Блокчейна Может Зависеть От Шардинга

Шардинг представляет собой прорыв в преодолении тройного недостатка блокчейна. Хотя он вызывает новые сложности, способность увеличивать скорость без жертвы децентрализации представляет собой большое обещание.

Не только Ethereum, но и многие другие блокчейны также изучают шардирование. Каждый раз, когда сеть успешно внедряет шардирование, это не только помогает самой сети, но и вносит вклад в опыт всей экосистемы блокчейна.

Но ключ к успеху заключается в постоянных исследованиях, разработках и строгом тестировании - так, как это делают ведущие команды разработчиков, такие как Ethereum.