Резюме
Фрагментирането разделя блокчейна на по-малки „фрагменти“, за да се отговори на проблема с мащабируемостта, свързана с мрежите от слой 1.
Фрагментирането подобрява скоростта на трансакциите, минимизира разходите за обработка и съхранение и подобрява производителността на мрежата.
Фрагментирането включва своите потенциални недостатъци, като опасения за сигурността на мрежата и сложност на трансакциите между фрагменти.
Въведение
Блокчейн технологията въведе безпрецедентен потенциал в децентрализацията, прозрачността и сигурността. Но е изправена пред значително предизвикателство: мащабируемост. Мащабируемостта е една точка от „трилемата на блокчейна“, която също включва сигурност и децентрализация. Постигането и на трите едновременно е продължаващ проблем в сферата на блокчейните. Тук се намесват стратегически решения като „фрагментиране“.
Какво е фрагментиране?
Фрагментирането е концепция, заимствана от традиционното управление на бази данни. Отнася се до процеса на разделяне на по-голяма база данни на по-малки, по-управляеми части, наречени фрагменти. Приложението му в блокчейна има за цел да подобри мащабируемостта, като същевременно поддържа принципа на децентрализация. По същество фрагментирането възниква, когато блокчейн мрежа е разделена на по-малки части, известни като фрагменти, всяка от които е в състояние паралелно да обработва трансакции и смарт договори.
Как работи фрагментирането?
Разбирането как се изпълнява фрагментиране в блокчейн мрежа изисква разбиране на това как блокчейн данните обикновено се съхраняват и обработват. Има различни начини, по които данните могат да бъдат обработвани. Ще разгледаме последователната и паралелната обработка.
Обикновено всеки блокчейн възел е отговорен за обработката на целия обем на трансакциите в мрежата. Този тип обработка на данни обикновено се нарича последователна обработка. Това означава, че всеки възел трябва да поддържа и съхранява цялата критична информация, като баланси по акаунти и хронология на трансакциите. По същество всеки възел трябва да обработва всички мрежови операции, данни и трансакции.
Въпреки че такъв модел укрепва сигурността на блокчейна, като записва всяка трансакция във всички възли, той драстично забавя обработката на данните. Това е мястото, където паралелната обработка на данни влиза в действие, тъй като позволява едновременното изпълнение на множество операции.
Фрагментирането може да бъде мощно решение на това затруднение, тъй като разделя или „разпределя“ трансакционното работно натоварване в блокчейн мрежата. Това означава, че не всички възли трябва да управляват или обработват целия товар на блокчейна.
Вместо това фрагментирането разделя работното натоварване чрез хоризонтално разделяне. При този процес данните се разделят на хоризонтални подразделения, като всяко подразделение действа като независима база данни, която може да обработва трансакциите отделно от останалите.
Хоризонтално спрямо вертикално разделяне
Хоризонталното разделяне и вертикалното разделяне са два ключови подхода за мащабиране на база данни. Въпреки че и двете са проектирани да управляват големи набори от данни по-ефективно, те работят по фундаментално различни начини. Фрагментирането е често срещан метод за прилагане на хоризонтално разделяне.
При хоризонтално разделяне данните се разделят на редове и се разпределят в различни възли (или бази данни), всеки от които съдържа подразделение от данните. Всеки ред в таблица е уникален обект, така че разделянето им не води до загуба на целостта на данните. Ярък пример за използвано хоризонтално разделяне е разпределението на блокчейн мрежи, като Ethereum и Биткойн.
При вертикалното разделяне данните се разделят на колони, а не на редове. Всеки дял при вертикално разделяне съдържа подмножество от данни за всеки обект или целия набор от данни, но само за определен набор от атрибути. Например, помислете за таблица с клиенти с колони като „Име“, „Състояние“, „Описание“ и „Снимка“. При сценарий за вертикално разделяне „Име“ и „Състояние“ може да се съхраняват в една таблица, а „Описание“ и „Снимка“ в друга.
Защо хоризонталното разделяне е предпочитано?
Хоризонталното разделяне обикновено се предпочита пред вертикалното в блокчейн мрежите поради три ключови причини: мащабируемост, децентрализация и сигурност.
Мащабируемост: Фрагментирането предоставя решение чрез разделяне на данните на по-малки, по-управляеми „фрагменти“. Всеки фрагмент може да работи независимо, което позволява повече трансакции да бъдат обработвани едновременно, подобрявайки скоростта и ефективността на мрежата. Докато при вертикалното разделяне разпределението на колоните между различни бази данни може да изисква повече сложност при извличането на пълна информация за трансакция или блок и може да ограничи мащабируемостта.
Децентрализация: В съответствие с основния дух на блокчейна, хоризонталното разделяне поддържа децентрализацията. Когато възлите трябва да обработват само част от общите данни (фрагмент), това позволява повече възли да участват в мрежата, тъй като изчислителната тежест и тежестта за съхранение са намалени. В сравнение с това вертикалното разделяне би ограничило това, тъй като всеки възел ще се нуждае от достъп до всички дялове (всички колони с данни), за да разбере и провери пълните блокови данни.
Сигурност и цялост на данните: Хоризонталното разделяне поддържа целостта на данните, тъй като всеки фрагмент (или дял) съдържа пълни данни за трансакции, като гарантира, че всеки възел има пълно, точно копие на своята част от блокчейна. При вертикалното разделяне по същество данните данните на блок се разделят различни възли, което прави предизвикателство да се гарантира целостта и сигурността на данните, първостепенен аспект на блокчейн мрежите.
Какви са ползите от фрагментирането?
Нека се запознаем с потенциалните предимства, които фрагментирането носи за блокчейн технологията:
Повишена скорост на трансакциите: Фрагментирането улеснява паралелната обработка на трансакциите. Вместо да обработва трансакции една по една по последователен начин, фрагментирането позволява трансакциите да се обработват едновременно, но на различни фрагменти. Всеки фрагмент работи независимо, като по този начин значително увеличава скоростта на трансакцията. Това не само ускорява скоростта на трансакциите, но също така означава, че цялата мрежа може да обработва повече потребители, насърчавайки масовото възприемане.
Пример за съществуваща блокчейн мрежа, използваща фрагменти за справяне с мащабируемостта, е Ziliqa. Механизмът за фрагментиране на Ziliqa ѝ позволява да постигне хиляди трансакции в секунда.
Минимизирани разходи за обработка и съхранение: Конвенционалният дизайн на блокчейна задължава всеки възел да съхранява всички трансакции, увеличавайки изискванията към хардуера с разрастването на блокчейна. Но при фрагментирането всеки възел е отговорен за обработката и съхраняването на само част от данните на цялата мрежа - това намалява ресурсите, необходими на даден възел да участва в мрежата.
Като такива, повече участници могат да се присъединят като валидатори, подобрявайки децентрализацията на мрежата, без да се налагат прекомерни разходи. То смекчава проблемите, при които само субекти с висок клас, скъпи изчислителни ресурси могат реалистично да участват в процеса, като по този начин поддържат демократизирания характер на блокчейн мрежите.
Подобрена мрежова производителност: Фрагментирането може да помогне за подобряване на цялостната производителност и капацитет на мрежата. В традиционните блокчейни, тъй като повече възли участват в мрежата, производителността парадоксално намалява поради необходимостта от повишена комуникация на данни и синхронизация между възлите.
Фрагментирането обаче трансформира този сценарий. Тъй като всеки фрагмент работи отделно и едновременно, системата може да обработва повече трансакции и изчисления. Когато се присъедини нов възел, той може да бъде добавен към фрагмент вместо към цялата мрежа, като по този начин се повишава капацитетът на мрежата за мащабиране. Ефективността е подобрена, което води до по-плавни трансакции и по-добро потребителско изживяване.
Не забравяйте, че бъдещите усъвършенствания и подобрения в технологията за фрагментиране могат да създадат други предимства или да укрепят тези съществуващи, подобрявайки непрекъснато блокчейн екосистемата.
Какви са ограниченията на фрагментирането?
Въпреки че фрагментирането предлага няколко потенциални предимства, които биха могли да помогнат на блокчейн мрежите да станат по-ефективни, процесът въвежда и уникален набор от предизвикателства. Някои потенциални уязвимости, въведени от фрагментирането, включват:
Атаки за превземане на един фрагмент: В среда на фрагментиране изчислителната мощност за превземане на един фрагмент е драстично по-малка от мощността, необходима за превземане на цялата мрежа. Това прави тези отделни фрагменти по-уязвими за „еднопроцентна атака“ или „превземане на фрагмент“ – при което нападател с малко количество ресурси в сравнение с цялата мрежа може потенциално да превземе отделен фрагмент.
Трансакции между фрагменти: Трансакциите, случващи се между различни фрагменти (cross-shard), представляват уникално предизвикателство. Трансакциите между фрагменти са сложни и потенциално могат да доведат до двойно харчене, ако не се управляват внимателно. Ако един фрагмент не проследява точно състоянието на другия фрагмент по време на трансакция, потребителите могат да използват това, за да извършат „двойно харчене“.
Проблеми с наличността на данните: Фрагментирането прави поддържането на цялото състояние на мрежата сложно усилие. Ако определени фрагменти не са налични, когато се изискват (тъй като възлите, поддържащи тези фрагменти, са офлайн), това може да доведе до проблеми с наличността на данните, което води до прекъсване на цялата мрежа.
Мрежова сигурност: Фрагментирането изисква внедряването на стабилен протокол, който балансира натоварването между фрагментите. Ако не е направено правилно, това може да доведе до неравномерно разпределение на данните или дисбаланс на ресурсите, което води до потенциална нестабилност на мрежата.
Синхронизиране на възли: Синхронизирането на възли може да причини мрежови забавяния поради времето, необходимо за споделяне и актуализиране на информация между различни възли. Освен това, ако възел с по-бавни възможности за обработка или мрежова връзка изостава, това може да забави целия процес на синхронизация, намалявайки цялостната производителност на блокчейн мрежата.
Внедрено ли е фрагментирането в Ethereum?
Ethereum има планове да внедри фрагментирането като част от тяхното Надграждане на Ethereum 2.0. Ethereum 2.0, известен също като Eth2 или Serenity, е надграждане на блокчейна на Ethereum, която има за цел да подобри скоростта, ефективността и мащабируемостта на мрежата, позволявайки ѝ да обработва повече трансакции и да облекчи задръстванията.
Към момента надграждането се изпълнява на фази, като последната фаза (Фаза 2) включва пълното внедряване на фрагментиране. Разработчиците на Ethereum се надяват, че тези подобрения ще се справят с някои от настоящите предизвикателства, свързани с мащабируемостта и разходите за трансакции, пред които е изправена мрежата.
Важно е обаче да се отбележи, че прилагането на фрагментиране включва свой собствен набор от предизвикателства, особено при поддържането на сигурността и децентрализацията на мрежата. Затова разработчиците на Ethereum влагат внимателно обмисляне и задълбочено тестване в този преход, за да гарантират успеха на надграждането, когато бъде напълно внедрена.
Заключителни мисли
Като цяло фрагментирането представлява забележителен напредък към решаването на трилемата на блокчейна. Въпреки че въвежда нови сложности и възможни недостатъци, потенциалът му за увеличаване на мащабируемостта без компромис с децентрализацията крие огромно обещание за бъдещето на блокчейн мрежите.
Не е чудно, че различни блокчейни проучват фрагментирането като потенциално решение. Ethereum интегрира фрагментиране като част от надграждането на Ethereum 2.0, за да отговори на проблемите с мащабируемостта. Очаква се това изпълнение да се осъществи чрез Надграждането Cancun, критичен компонент от цялостния план за подобряване. Въпреки това, както всяка друга развиваща се технология, успехът ще зависи от текущите изследвания, разработки и стриктно тестване на приложенията на фрагментирането.
Допълнителни статии
Отказ от отговорност: Това съдържание ви се представя на база „както е“ само за обща информация и образователни цели, без твърдения или гаранция от какъвто и да е вид. Не трябва да се тълкува като финансов, правен или друг професионален съвет, нито има за цел да препоръча покупката на конкретен продукт или услуга. Трябва да потърсите собствен съвет от подходящи професионални съветници. Когато статията е предоставена от сътрудник трета страна, имайте предвид, че тези изразени мнения принадлежат на сътрудника трета страна и не отразяват непременно тези на Binance Academy. Моля, прочетете нашия пълен отказ от отговорност тук за повече подробности. Цените на цифровите активи могат да бъдат нестабилни. Стойността на вашата инвестиция може да намалее или да се повиши и може да не си върнете инвестираната сума. Вие носите цялата отговорност за вашите инвестиционни решения и Binance Academy не носи отговорност за каквито и да било загуби, които може да понесете. Този материал не трябва да се тълкува като финансов, правен или друг професионален съвет. За повече информация вижте нашите Условия за ползване и Предупреждението за риск.