Шардінг – це спосіб вирішення задачі масштабування Блокчейн як?

Резюме - Шардінг - це метод розділення блокчейн-мережі на кілька незалежних частин, кожна з яких обробляє транзакції паралельно для підвищення швидкості і продуктивності. - Ця технологія допомагає зменшити навантаження на кожен вузол, знизити вартість участі в мережі та збільшити кількість транзакцій, які можна обробити за секунду. - Шардінг супроводжується ризиками безпеки, такими як атаки на контроль окремих сегментів і складність транзакцій між різними сегментами.

Проблема Розширення - Найбільший Виклик Блокчейну

Технологія блокчейн колись обіцяла революцію в тому, як ми управляємо даними та обмінюємось активами. Однак нинішні мережі блокчейн стикаються з стіною: перевищення можливостей обробки. Це точка знаходиться в знаменитій “тріаді неможливого” блокчейну - балансування трьох факторів: масштабованість, безпека та децентралізація. Досягнення всіх трьох одночасно залишається важкою загадкою, поки не з'явилися стратегічні рішення, такі як шардінг.

Sharding Це Що - Розподіл Для Вирішення

Шардинг походить з традиційного управління базами даних, але застосовується до блокчейну з чіткою метою: розподіл роботи, щоб жоден вузол не був перевантажений.

По суті, шардінг ділить мережу блокчейн на менші “сегменти” - кожен сегмент функціонує як незалежний міні-блокчейн. Ці сегменти можуть обробляти транзакції та виконувати смарт-контракти одночасно, замість того щоб чекати один на одного, як у традиційній системі.

Блокчейн Обробка Даних - Два Абсолютно Різні Способи

Щоб зрозуміти, чому шардінг важливий, потрібно знати, як зазвичай працює блокчейн:

Традиційний метод ( послідовної обробки ): Кожен вузол блокчейну повинен обробляти всі транзакції, зберігати всі дані та перевіряти кожен блок. Це забезпечує високу безпеку - кожен вузол є повною копією блокчейну. Але ціна за це - швидкість: коли обсяг транзакцій зростає, мережа сповільнюється, оскільки все повинно оброблятися послідовно.

Метод шардінгу (паралельна обробка): Робота розділяється - вузол A обробляє лише сегмент 1, вузол B обробляє лише сегмент 2 тощо. Кожен сегмент працює незалежно, що дозволяє виконувати кілька транзакцій одночасно. Результат: значне зростання швидкості, але також зростає і складність.

Розподіл по горизонталі та розподіл по вертикалі - Чому Blockchain обирає цей шлях

Є два способи розподілу даних у базі даних - горизонтальний і вертикальний - але блокчейн надає перевагу горизонтальному розподілу (horizontal partitioning), який реалізує шардінг:

Горизонтальне розділення: Розділіть дані за рядками - кожен рядок потрапляє в інший сегмент. Наприклад, транзакція користувача A потрапляє в сегмент 1, користувача B - в сегмент 2. Кожен вузол потребує лише підмножини повних даних, не розділених.

Вертикальне подріл: Розділіть дані за стовпцем - один вузол утримує назву, інший вузол утримує залишок тощо. Цей спосіб порушує цілісність даних і змушує кожен вузол з'єднуватися з багатьма іншими частинами для перевірки, підвищуючи складність.

Чому горизонтальне розділення краще з блокчейном:

1. Краще розширення - Кожен сегмент може обробляти транзакції незалежно, не чекаючи на інший сегмент.
2. Більш децентралізовано - Вузлу не потрібно мати доступ до всіх даних, падіння вимог до ресурсів, що дозволяє більше учасникам.
3. Краще забезпечення безпеки - Кожен сегмент все ще містить повні дані транзакції, що забезпечує цілісність замість розподілу інформації.

Реальні Переваги Шардингу

Швидкість Торгівлі Різко Зросла

Замість повільної обробки транзакцій, шардінг дозволяє обробку паралельно на сегментах. Якщо мережа має 64 сегменти, теоретично можна обробляти в 64 рази більше транзакцій, ніж зараз.

Ясний приклад: Zilliqa, блокчейн-мережа, що використовує шардінг, досягає тисяч транзакцій на секунду. Цього достатньо, щоб підтримувати велику кількість користувачів без заторів.

Витрати на участь у мережі падіння

Зазвичай, щоб стати валідатором, потрібен потужний комп'ютер, оскільки потрібно зберігати всю блокчейн. З шардінгом вам потрібно зберігати лише один сегмент - робота та витрати значно знижуються.

Це демократизує мережу: не лише ті, хто має величезні ресурси, можуть брати участь, а будь-хто, хто має звичайний комп'ютер, також має можливість стати валідатором.

Поліпшена загальна продуктивність мережі

У традиційному блокчейні, коли все більше вузлів приєднуються, мережа стає повільнішою, оскільки потрібно синхронізуватися з усіма. Але з шардінгом нові вузли можуть приєднатися до конкретного сегмента замість усієї мережі - загальна продуктивність не тільки не знижується, а й може зростати.

Обмеження Шардінгу - Потенційні Ризики

Атакувати контроль сегмента

Обчислювальна потужність, необхідна для контролю за меншою частиною, є значно меншою, ніж для контролю за усією мережею. Зловмиснику потрібно лише захопити валідатора в сегменті (, який називається “контроль сегмента”), щоб зможе зіпсувати або змінити дані. Це збільшує вектор атаки у порівнянні з блокчейном без шардінгу.

Торгівля Між Дуже Складними Сегментами

Коли ви надсилаєте гроші з сегмента A в сегмент B, координація між двома сегментами стає складною. Якщо не управляти уважно, може виникнути ситуація “подвійних витрат” - ви витрачаєте одну і ту ж монету двічі, оскільки два сегменти не знають один про одного, що підтвердили транзакцію.

Неполадка доступності даних

Якщо валідатор у сегменті буде офлайн одночасно, дані цього сегменту не будуть доступні. Це призведе до переривання всієї мережі, оскільки не буде можливості перевіряти або обробляти транзакції сегмента.

Балансування Ресурсів Важко

Шардинг вимагає складного механізму балансування ресурсів. Якщо його не реалізувати правильно, дані можуть бути нерівномірно розподілені між сегментами, що призведе до перевантаження одного сегмента, тоді як інший буде бездіяльний.

Лаг Синхронізації

Коли багато вузлів потрібно ділитися та оновлювати інформацію взаємно, затримка мережі може збільшитися. Якщо якийсь вузол обробляє повільно, весь процес синхронізації буде затягнутий.

Ethereum Реалізує Шардінг

Ethereum не випадково обрав шардінг. У плані оновлення Ethereum 2.0 (, також відомого як Eth2 або Serenity), шардінг є важливою частиною для вирішення проблеми масштабування.

Наразі оновлення проходить поетапно. Остання фаза (Phase 2) включатиме повне впровадження шардінгу. Розробники Ethereum сподіваються, що це зменшить падіння мережі та утримає витрати на транзакції, які мережа наразі терпить.

Однак Ethereum також не поспішає. Оскільки шардінг несе в собі багато викликів безпеки та децентралізації, команда розробників проводить широке тестування та ретельно обмірковує перед повним запуском, щоб забезпечити відсутність вразливостей.

Висновок - Майбутнє Blockchain Може Залежати Від Шардингу

Шардинг є стрибком вперед у подоланні трійки неможливостей блокчейну. Хоча він викликає нові ускладнення, але можливість прискорення без жертви децентралізації є великою обіцянкою.

Не тільки Ethereum, але й багато інших блокчейнів також досліджують шардінг. Кожного разу, коли мережа успішно впроваджує шардінг, це не лише допомагає самій мережі, але й вносить досвід у всю екосистему блокчейн.

Але ключ до успіху полягає в постійному дослідженні, розробці та суворому тестуванні - так, як це роблять провідні команди розробників, такі як Ethereum.