TL;DR
Το sharding χωρίζει ένα blockchain σε μικρότερα "shard" για να αντιμετωπίσει το πρόβλημα της κλιμάκωσης που σχετίζεται με τα δίκτυα επιπέδου 1.
Το sharding βελτιώνει τις ταχύτητες των συναλλαγών, ελαχιστοποιεί το κόστος διεκπεραίωσης και αποθήκευσης και βελτιώνει την απόδοση του δικτύου.
Το sharding έχει και πιθανά μειονεκτήματα, όπως προβληματισμούς σχετικά με την ασφάλεια του δικτύου και την πολυπλοκότητα των συναλλαγών μεταξύ shard.
Εισαγωγή
Η τεχνολογία blockchain έχει παρουσιάσει πρωτοφανείς δυνατότητες αποκέντρωσης, διαφάνειας και ασφάλειας. Ωστόσο, αντιμετωπίζει μια σημαντική πρόκληση: την κλιμάκωση. Η κλιμάκωση είναι ένα από τα στοιχεία του "τριλήμματος του blockchain", το οποίο περιλαμβάνει επίσης την ασφάλεια και την αποκέντρωση. Το να επιτευχθούν και τα τρία ταυτόχρονα είναι ένα διαρκές ζήτημα στον τομέα του blockchain. Σε αυτό το σημείο εμφανίζονται στρατηγικές λύσεις όπως το "sharding".
Τι είναι το Sharding;
Το sharding είναι μια έννοια που προέρχεται από την κλασική διαχείριση βάσεων δεδομένων. Αφορά τη διαδικασία διαχωρισμού μιας μεγαλύτερης βάσης δεδομένων σε μικρότερα, πιο διαχειρίσιμα τμήματα, τα οποία ονομάζονται shard. Η εφαρμογή του στο blockchain έχει ως στόχο τη βελτίωση της κλιμάκωσης, διατηρώντας παράλληλα την αρχή της αποκέντρωσης. Στην ουσία, το sharding πραγματοποιείται όταν ένα δίκτυο blockchain χωρίζεται σε μικρότερα τμήματα, γνωστά ως shard, καθένα από τα οποία μπορεί να διεκπεραιώνει παράλληλα συναλλαγές και έξυπνες συμβάσεις.
Πώς λειτουργεί το Sharding;
Για να κατανοήσουμε πώς γίνεται το sharding σε ένα δίκτυο blockchain, πρέπει να κατανοήσουμε πώς αποθηκεύονται και υποβάλλονται σε επεξεργασία τα δεδομένα του blockchain. Υπάρχουν διάφοροι τρόποι επεξεργασίας δεδομένων. Θα εξετάσουμε τη διαδοχική και την παράλληλη επεξεργασία.
Συνήθως, κάθε κόμβος blockchain ευθύνεται για τη διαχείριση όλου του όγκου συναλλαγών εντός του δικτύου. Αυτός ο τύπος επεξεργασίας δεδομένων αφορά συνήθως τη διαδοχική επεξεργασία. Αυτό σημαίνει ότι κάθε κόμβος πρέπει να διατηρεί και να αποθηκεύει όλες τις σημαντικές πληροφορίες, όπως τα υπόλοιπα λογαριασμών και το ιστορικό συναλλαγών. Βασικά, κάθε κόμβος πρέπει να επεξεργάζεται όλες τις λειτουργίες, τα δεδομένα και τις συναλλαγές του δικτύου.
Παρόλο που ένα τέτοιο μοντέλο ενισχύει την ασφάλεια του blockchain καταγράφοντας κάθε συναλλαγή σε όλους τους κόμβους, επιβραδύνει δραματικά την επεξεργασία των δεδομένων. Σε αυτό το σημείο εμφανίζεται η παράλληλη επεξεργασία των δεδομένων, καθώς δίνει τη δυνατότητα ταυτόχρονης εκτέλεσης πολλών λειτουργιών.
Το sharding μπορεί να είναι μια ισχυρή λύση σε αυτή τη δύσκολη κατάσταση, καθώς διαχωρίζει ή "καταμερίζει" τον φόρτο συναλλαγών σε όλο το δίκτυο blockchain. Αυτό σημαίνει ότι δεν είναι απαραίτητο όλοι οι κόμβοι να διαχειρίζονται ή να επεξεργάζονται ολόκληρο τον φόρτο του blockchain.
Αντίθετα, το sharding διαχωρίζει τον φόρτο εργασίας μέσω οριζόντιου καταμερισμού. Σε αυτή τη διαδικασία, τα δεδομένα χωρίζονται σε οριζόντια υποσύνολα, με κάθε κομμάτι να λειτουργεί ως ανεξάρτητη βάση δεδομένων που μπορεί να διεκπεραιώνει συναλλαγές ξεχωριστά από τις υπόλοιπες.
Οριζόντιος και κάθετος καταμερισμός
Ο οριζόντιος καταμερισμός και ο κάθετος καταμερισμός είναι δύο βασικές προσεγγίσεις για την κλιμάκωση της βάσης δεδομένων. Παρόλο που και τα δύο έχουν σχεδιαστεί για την αποτελεσματικότερη διαχείριση μεγάλων συνόλων δεδομένων, λειτουργούν με εντελώς διαφορετικούς τρόπους. Το sharding είναι μια κοινή μέθοδος εφαρμογής οριζόντιου καταμερισμού.
Στον οριζόντιο καταμερισμό, τα δεδομένα χωρίζονται σε γραμμές και κατανέμονται σε διαφορετικούς κόμβους (ή βάσεις δεδομένων), καθένας από τους οποίους περιλαμβάνει ένα υποσύνολο δεδομένων. Κάθε γραμμή σε έναν πίνακα είναι μια μοναδική οντότητα, οπότε ο διαχωρισμός τους δεν συνεπάγεται απώλεια της ακεραιότητας των δεδομένων. Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα οριζόντιου καταμερισμού που χρησιμοποιείται, είναι η διανομή δικτύων blockchain, όπως το Ethereum και το Bitcoin.
Στον κάθετο καταμερισμό, τα δεδομένα χωρίζονται σε στήλες αντί για γραμμές. Κάθε τμήμα στον κάθετο καταμερισμό περιέχει ένα υποσύνολο δεδομένων για κάθε οντότητα ή ολόκληρο το σύνολο δεδομένων, αλλά μόνο για ένα συγκεκριμένο σύνολο χαρακτηριστικών. Για παράδειγμα, σκεφτείτε έναν πίνακα πελατών με στήλες όπως Όνομα, Κατάσταση, Περιγραφή και Φωτογραφία. Σε ένα σενάριο κάθετου καταμερισμού, το "Όνομα" και η "Κατάσταση" μπορεί να βρίσκονται σε έναν πίνακα και η "Περιγραφή" και η "Φωτογραφία" σε έναν άλλο.
Γιατί είναι προτιμότερος ο οριζόντιος καταμερισμός;
Ο οριζόντιος καταμερισμός είναι γενικά προτιμότερος από τον κάθετο καταμερισμό στα δίκτυα blockchain για τρεις βασικούς λόγους: κλιμάκωση, αποκέντρωση και ασφάλεια.
Κλιμάκωση: Το sharding προσφέρει μια λύση με τον διαχωρισμό των δεδομένων σε μικρότερα, πιο διαχειρίσιμα "shard". Κάθε shard μπορεί να λειτουργεί ανεξάρτητα, με αποτέλεσμα την ταυτόχρονη διεκπεραίωση περισσότερων συναλλαγών, βελτιώνοντας έτσι την ταχύτητα και την αποτελεσματικότητα του δικτύου. Ενώ με τον κάθετο καταμερισμό, η κατανομή των στηλών σε διαφορετικές βάσεις δεδομένων μπορεί να συνεπάγεται μεγαλύτερη πολυπλοκότητα στην ανάκτηση μιας ολοκληρωμένης συναλλαγής ή πληροφοριών block και να περιορίσει τη κλιμάκωση.
Αποκέντρωση: Σύμφωνα με τη βασική φιλοσοφία του blockchain, ο οριζόντιος καταμερισμός υποστηρίζει την αποκέντρωση. Όταν οι κόμβοι πρέπει να επεξεργάζονται μόνο ένα μέρος των συνολικών δεδομένων (ένα shard), αυτό δίνει τη δυνατότητα σε περισσότερους κόμβους να συμμετέχουν στο δίκτυο, καθώς μειώνεται ο υπολογιστικός και αποθηκευτικός φόρτος. Συγκριτικά, ο κάθετος καταμερισμός θα το περιόριζε αυτό, καθώς κάθε κόμβος θα χρειαζόταν πρόσβαση σε όλους τους καταμερισμούς (όλες τις στήλες των δεδομένων) για να κατανοήσει και να επαληθεύσει όλα τα δεδομένα του block.
Ασφάλεια και ακεραιότητα δεδομένων: Ο οριζόντιος καταμερισμός διατηρεί την ακεραιότητα των δεδομένων επειδή κάθε shard (ή τμήμα) περιέχει ολοκληρωμένα δεδομένα συναλλαγών, εξασφαλίζοντας έτσι ότι κάθε κόμβος διαθέτει ένα πλήρες, ακριβές αντίγραφο του δικού του τμήματος του blockchain. Στον κάθετο καταμερισμό, ουσιαστικά θα χωρίζατε τα δεδομένα ενός block σε διαφορετικούς κόμβους, με αποτέλεσμα να είναι δύσκολη η διασφάλιση της ακεραιότητας και της ασφάλειας των δεδομένων, μια πρωταρχική παράμετρος των δικτύων blockchain.
Ποια είναι τα πλεονεκτήματα του Sharding;
Ας εξετάσουμε λεπτομερώς τα πιθανά οφέλη που προσφέρει το sharding στην τεχνολογία blockchain:
Μεγαλύτερη ταχύτητα συναλλαγών: Το sharding επιτρέπει την παράλληλη διεκπεραίωση συναλλαγών. Αντί να γίνεται η διεκπεραίωση των συναλλαγών μία προς μία με διαδοχικό τρόπο, το sharding επιτρέπει την ταυτόχρονη διεκπεραίωση των συναλλαγών, αλλά σε διαφορετικά shard. Κάθε shard λειτουργεί ανεξάρτητα, με αποτέλεσμα να αυξάνεται σημαντικά η ταχύτητα των συναλλαγών. Αυτό όχι μόνο επιταχύνει την ταχύτητα των συναλλαγών, αλλά σημαίνει επίσης ότι ολόκληρο το δίκτυο μπορεί να χειριστεί περισσότερους χρήστες, με αποτέλεσμα να προωθείται η μαζική υιοθέτηση.
Ένα παράδειγμα υπάρχοντος δικτύου blockchain που χρησιμοποιεί shard για την αντιμετώπιση της κλιμάκωσης, είναι το Ziliqa. Ο μηχανισμός sharding του Ziliqa επιτρέπει την επίτευξη χιλιάδων συναλλαγών ανά δευτερόλεπτο.
Ελαχιστοποίηση του κόστους διεκπεραίωσης και αποθήκευσης: Ο συμβατικός σχεδιασμός του blockchain υποχρεώνει κάθε κόμβο να αποθηκεύει όλες τις συναλλαγές, αυξάνοντας έτσι τις απαιτήσεις σε υλισμικό καθώς το blockchain μεγαλώνει. Ωστόσο, με το sharding, κάθε κόμβος είναι υπεύθυνος για την επεξεργασία και την αποθήκευση μόνο ενός ποσοστού των δεδομένων ολόκληρου του δικτύου - αυτό ελαττώνει τους απαραίτητους πόρους για τη συμμετοχή ενός κόμβου στο δίκτυο.
Συνεπώς, περισσότεροι συμμετέχοντες μπορούν να συμμετέχουν ως επικυρωτές, ενισχύοντας την αποκέντρωση του δικτύου χωρίς να επιβαρύνονται με υπερβολικό κόστος. Περιορίζει τα προβλήματα όπου μόνο οντότητες με ακριβούς υπολογιστικούς πόρους υψηλής τεχνολογίας θα μπορούσαν να συμμετέχουν στη διαδικασία, διατηρώντας έτσι τον εκδημοκρατισμό των δικτύων blockchain.
Βελτιωμένη απόδοση δικτύου: Το sharding μπορεί να συμβάλει στη βελτίωση της συνολικής απόδοσης και χωρητικότητας του δικτύου. Στα συμβατικά blockchain, όσο περισσότεροι κόμβοι συμμετέχουν στο δίκτυο, τόσο η απόδοση παραδόξως μειώνεται λόγω της ανάγκης για περισσότερη επικοινωνία δεδομένων και συγχρονισμό μεταξύ των κόμβων.
Ωστόσο, το sharding αλλάζει αυτό το σενάριο. Εφόσον κάθε shard λειτουργεί ξεχωριστά και ταυτόχρονα, το σύστημα μπορεί να διεκπεραιώσει περισσότερες συναλλαγές και υπολογισμούς. Όταν προστίθεται ένας νέος κόμβος, μπορεί να προστεθεί σε ένα shard αντί για ολόκληρο το δίκτυο, ενισχύοντας έτσι τη δυνατότητα κλιμάκωσης του δικτύου. Η αποτελεσματικότητα βελτιώνεται, με αποτέλεσμα ομαλότερες συναλλαγές και μια καλύτερη εμπειρία χρήστη.
Να θυμάστε ότι οι προσεχείς εξελίξεις και βελτιώσεις στην τεχνολογία sharding μπορεί να φέρουν άλλα πλεονεκτήματα ή να ενισχύσουν τα υπάρχοντα, ενισχύοντας έτσι διαρκώς το οικοσύστημα blockchain.
Ποιοι είναι οι περιορισμοί του Sharding;
Παρόλο που το sharding προσφέρει πολλά πιθανά οφέλη που θα μπορούσαν να βοηθήσουν τα δίκτυα blockchain να γίνουν πιο αποδοτικά, η διαδικασία φέρνει επίσης μοναδικές προκλήσεις. Ορισμένα δυνητικά τρωτά σημεία που προκύπτουν από το sharding, περιλαμβάνουν τα εξής:
Επιθέσεις κατάληψης ενός μόνο shard: Σε ένα περιβάλλον sharding, η υπολογιστική ισχύς για την κατάληψη ενός μόνο shard είναι σημαντικά χαμηλότερη από την ισχύ που απαιτείται για την κατάληψη ολόκληρου του δικτύου. Αυτό κάνει αυτά τα μεμονωμένα shard πιο ευάλωτα σε μια "επίθεση του ενός τοις εκατό" ή σε μια "κατάληψη shard" - όπου ένας επιτιθέμενος με λίγους πόρους σε σύγκριση με ολόκληρο το δίκτυο μπορεί ενδεχομένως να καταλάβει ένα μεμονωμένο shard.
Συναλλαγές cross-shard: Οι συναλλαγές που πραγματοποιούνται μεταξύ διαφορετικών shard (cross-shard) παρουσιάζουν μια μοναδική πρόκληση. Οι συναλλαγές cross-shard είναι πολύπλοκες και θα μπορούσαν ενδεχομένως να επιφέρουν διπλά έξοδα αν δεν γίνει προσεκτική διαχείριση. Αν ένα shard δεν παρακολουθεί με ακρίβεια την κατάσταση του άλλου shard κατά τη διάρκεια μιας συναλλαγής, οι χρήστες μπορούν να το εκμεταλλευτούν αυτό για "διπλή δαπάνη".
Προβλήματα διαθεσιμότητας δεδομένων: Το sharding περιπλέκει τη διατήρηση της κατάστασης ολόκληρου του δικτύου. Αν ορισμένα shard δεν είναι διαθέσιμα όταν απαιτείται (επειδή οι κόμβοι που διατηρούν αυτά τα shard είναι εκτός σύνδεσης), αυτό θα μπορούσε να επιφέρει προβλήματα διαθεσιμότητας δεδομένων, διαταράσσοντας τη λειτουργία ολόκληρου του δικτύου.
Ασφάλεια δικτύου: Το sharding απαιτεί την εφαρμογή ενός ισχυρού πρωτοκόλλου που εξισορροπεί τον φόρτο μεταξύ των shard. Αν δεν γίνει σωστά, αυτό θα μπορούσε να έχει ως αποτέλεσμα την άνιση κατανομή των δεδομένων ή την ανισοκατανομή των πόρων, με αποτέλεσμα την πιθανή αστάθεια του δικτύου.
Συγχρονισμός κόμβων: Ο συγχρονισμός των κόμβων μπορεί να προκαλέσει καθυστερήσεις στο δίκτυο λόγω του χρόνου που απαιτείται για την ανταλλαγή και την ενημέρωση πληροφοριών μεταξύ διαφορετικών κόμβων. Επιπλέον, αν ένας κόμβος με βραδύτερες δυνατότητες επεξεργασίας ή σύνδεση δικτύου καθυστερήσει, θα μπορούσε να επιβραδύνει ολόκληρη τη διαδικασία συγχρονισμού, μειώνοντας έτσι τη συνολική απόδοση του δικτύου blockchain.
Χρησιμοποιείται το Sharding στο Ethereum;
Το Ethereum σκοπεύει να ενσωματώσει το sharding ως μέρος της αναβάθμισης του Ethereum 2.0. Το Ethereum 2.0, επίσης γνωστό ως Eth2 ή Serenity, είναι μια αναβάθμιση του blockchain του Ethereum που έχει στόχο να βελτιώσει την ταχύτητα, την αποτελεσματικότητα και την κλιμάκωση του δικτύου, επιτρέποντάς του να διεκπεραιώνει περισσότερες συναλλαγές και να περιορίζει τη συμφόρηση.
Προς το παρόν, η αναβάθμιση πραγματοποιείται σε φάσεις, με την τελική φάση (Φάση 2) να περιλαμβάνει την πλήρη εφαρμογή του sharding. Οι προγραμματιστές του Ethereum ελπίζουν ότι αυτές οι βελτιώσεις θα καλύψουν ορισμένες από τις τρέχουσες προκλήσεις, οι οποίες σχετίζονται με την κλιμάκωση και το κόστος συναλλαγών που συναντά το δίκτυο.
Ωστόσο, είναι σημαντικό να επισημάνουμε ότι η εφαρμογή τού sharding συνεπάγεται τις δικές της προκλήσεις, ιδίως όσον αφορά τη διατήρηση της ασφάλειας και της αποκέντρωσης του δικτύου. Επομένως, οι προγραμματιστές του Ethereum μελετούν προσεκτικά αυτή τη μετάβαση και πραγματοποιούν πολλές δοκιμές για να εξασφαλίσουν την επιτυχία της αναβάθμισης όταν αυτή εφαρμοστεί πλήρως.
Συμπεράσματα
Συνολικά, το sharding αντιπροσωπεύει μια αξιοσημείωτη πρόοδο προς την επίλυση του τριλήμματος του blockchain. Παρόλο που επιφέρει νέες πολυπλοκότητες και πιθανά μειονεκτήματα, οι δυνατότητές του για υψηλότερη κλιμάκωση χωρίς να διακυβεύεται η αποκέντρωση υπόσχονται πολλά για το μέλλον των δικτύων blockchain.
Δεν είναι τυχαίο που διάφορα blockchain εξετάζουν το sharding ως πιθανή λύση. Το Ethereum ενσωματώνει το sharding ως μέρος της αναβάθμισης του Ethereum 2.0 για την επίλυση ζητημάτων κλιμάκωσης. Αυτή η εφαρμογή αναμένεται να πραγματοποιηθεί μέσω της αναβάθμισης Cancun, ενός σημαντικού στοιχείου του γενικότερου σχεδίου βελτίωσης. Ωστόσο, όπως και κάθε άλλη αναπτυσσόμενη τεχνολογία, η επιτυχία θα εξαρτηθεί από τη διαρκή έρευνα, την ανάπτυξη και τις αυστηρές δοκιμές εφαρμογών του sharding.
Για περαιτέρω ανάγνωση
Αποποίηση ευθυνών: Αυτό το περιεχόμενο παρουσιάζεται σε εσάς "ως έχει" μόνο για γενική ενημέρωση και εκπαιδευτικούς σκοπούς, χωρίς καμία δήλωση ή εγγύηση οποιουδήποτε είδους. Δεν θα πρέπει να ερμηνεύεται ως οικονομική, νομική ή άλλη επαγγελματική συμβουλή, ούτε σκοπεύει να προτείνει την αγορά οποιουδήποτε συγκεκριμένου προϊόντος ή υπηρεσίας. Θα πρέπει να αναζητήσετε μόνοι σας συμβουλές από κατάλληλους επαγγελματίες συμβούλους. Όταν το άρθρο αποτελεί συνεισφορά τρίτου, λάβετε υπόψη ότι οι απόψεις που εκφράζονται ανήκουν στον τρίτο συνεισφέροντα και δεν αντικατοπτρίζουν απαραίτητα εκείνες της Ακαδημίας Binance. Διαβάστε την πλήρη δήλωση αποποίησης ευθυνών εδώ για περισσότερες λεπτομέρειες. Οι τιμές των ψηφιακών περιουσιακών στοιχείων ενδέχεται να είναι ασταθείς. Η αξία της επένδυσής σας μπορεί να μειωθεί ή να αυξηθεί, ενώ είναι επίσης πιθανό να μην σας επιστραφεί το ποσό που επενδύσατε. Έχετε την αποκλειστική ευθύνη για τις αποφάσεις σχετικά με τις επενδύσεις σας και η Ακαδημία Binance δεν φέρει καμία ευθύνη για οποιαδήποτε ζημία που μπορεί να προκύψει. Αυτό το υλικό δεν πρέπει να ερμηνεύεται ως οικονομική, νομική ή άλλη επαγγελματική συμβουλή. Για περισσότερες πληροφορίες, ανατρέξτε στους Όρους χρήσης και στην Προειδοποίηση κινδύνου.