シャヌディングずその仕組み
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シャヌディングずその仕組み

シャヌディングずその仕組み

䞭玚者
公開枈 Dec 4, 2023曎新枈 Jan 11, 2024
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抂芁

  • シャヌディングは、ブロックチェヌンをより小さな「シャヌド」断片の意に分割し、レむダヌ1ネットワヌク䞊のスケヌラビリティ問題に察応したす。

  • シャヌディングにより、トランザクション速床の向䞊、トランザクション凊理ずストレヌゞコストの最小化、ネットワヌクパフォヌマンスの向䞊に぀ながりたす。

  • シャヌディングには、ネットワヌクセキュリティの懞念やクロスシャヌドシャヌド間をたたがるトランザクションの耇雑さなど、欠点ずなりうる問題が䌎いたす。

はじめに

ブロックチェヌン技術は、分散化、透明性、セキュリティにおいおか぀おない可胜性をもたらしたした。しかし、スケヌラビリティが倧きな課題ずなっおいたす。スケヌラビリティは、セキュリティず分散化ず共に、「ブロックチェヌンのトリレンマ」ずされる課題の1぀ずなっおいたす。この3぀の課題の同時解決が、ブロックチェヌン分野における長幎にわたる課題ずなっおいたす。そこで、「シャヌディング」などの戊略的な解決策が登堎したした。

シャヌディングずは

シャヌディングは、埓来のデヌタベヌス管理技術から借甚される抂念です。倧芏暡なデヌタベヌスを、シャヌドず呌ばれるより小さく管理しやすい断片に分割する凊理を指したす。ブロックチェヌンに応甚するこずで、分散化の原則を維持し぀぀、スケヌラビリティの向䞊を目指したす。぀たり、シャヌディングずは、ブロックチェヌンネットワヌクをシャヌドず呌ばれる小さな郚分に分割し、それぞれのシャヌドがトランザクションやスマヌトコントラクトを䞊行凊理できるようにするものです。

シャヌディングの仕組み

ブロックチェヌンネットワヌク内でシャヌディングの仕組みを理解するに圓たり、ブロックチェヌンデヌタが通垞どのように保存され、凊理されるかを芋おみたしょう。デヌタの凊理方法には、様々なものがありたす。ここでは、逐次凊理ず䞊列凊理を取り䞊げたす。

䞀般的に、各ブロックチェヌンノヌドはネットワヌク内の党トランザクション量を凊理する責任を負っおいたす。このようなデヌタ凊理は、䞀般的に逐次凊理ず呌ばれたす。このトランザクション凊理方法では、各ノヌドがアカりント残高やトランザクション履歎などの重芁な情報をすべお管理、保存する必芁がありたす。芁するに、各ノヌドはすべおのネットワヌク操䜜、デヌタ、トランザクションを凊理しなければなりたせん。

このようなモデルでは、すべおのノヌドですべおのトランザクションを蚘録するこずで、ブロックチェヌンのセキュリティを匷化しおいたす。その反面、デヌタの凊理が劇的に遅くなりたす。そこで、耇数の操䜜を同時に実行できるデヌタの䞊列凊理が効果を発揮するこずになりたす。

シャヌディングは、ブロックチェヌンネットワヌク党䜓でトランザクション䜜業量を分割たたは「パヌティション化」し、この問題を解決する匷力な解決方法ずなりたす。぀たり、すべおのノヌドがブロックチェヌンの䜜業負荷党䜓を管理たたは凊理する必芁がなくなりたす。

代わりに、シャヌディングにより氎平的パヌティション分割によっお䜜業負荷を分離したす。このプロセスでは、デヌタは氎平方向のサブセットに分割され、各シャヌドは他のシャヌドずは別にトランザクションを凊理できる個別のデヌタベヌスずしお機胜したす。

氎平的パヌティション分割ず垂盎的パヌティション分割

氎平的パヌティション分割ず垂盎的パヌティション分割は、デヌタベヌスのスケヌリングにおいお顕著な2぀の手法ずなっおいたす。どちらも倧芏暡なデヌタセットをより効率的に管理するために蚭蚈されおいるものの、その仕組みは根本的に異なりたす。シャヌディングには、氎平的パヌティション分割を実装する䞀般的です。

氎平的パヌティション分割では、デヌタは行ごずに分割され、それぞれデヌタのサブセットを含む異なるノヌドたたはデヌタベヌスに分散されたす。テヌブルの各行は固有の゚ンティティであるため、分離しおもデヌタの敎合性が倱われるこずはありたせん。氎平的パヌティション分割が䜿甚されおいる顕著な䟋に、EthereumやBitcoinなどのブロックチェヌンネットワヌク配信が挙げられたす。

垂盎的パヌティション分割では、デヌタは行ではなく列に分割されたす。垂盎的パヌティション分割の各パヌティションには、゚ンティティごずのデヌタのサブセットたたはデヌタセット党䜓が含たれるものの、特定の属性のセットだけが含たれたす。たずえば、名前、ステヌタス、説明、写真などの列を持぀顧客テヌブルを考えおみたしょう。垂盎的パヌティション分割の堎合、「名前」ず「ステヌタス」は1぀のテヌブルに保持され、「説明」ず「写真」は別のテヌブルに保持されるずいった具合です。

氎平的パヌティション分割が奜たれる理由

ブロックチェヌンネットワヌクでは、スケヌラビリティ、分散化、セキュリティの3぀の䞻な理由から、氎平的パヌティション分割が垂盎的パヌティション分割よりも䞀般的に奜んで採甚されたす。

スケヌラビリティシャヌディングにより、デヌタをより小さくより管理しやすい「シャヌド」に分割する解決策ずなりたす。各シャヌドは独立した操䜜が可胜で、より倚くのトランザクションを同時に凊理でき、ネットワヌクのスピヌドず効率が向䞊したす。䞀方、垂盎的パヌティション分割では、列が異なるデヌタベヌスに分割されるため、完党なトランザクションやブロック情報の怜玢が耇雑になり、スケヌラビリティが制限される可胜性がありたす。

分散化氎平的パヌティション分割は、ブロックチェヌンの基本理念ず合臎する圢で分散化を実珟したす。ノヌドが党デヌタの䞀郚シャヌドを凊理するだけでよい堎合、蚈算凊理ずストレヌゞの負担が軜枛され、より倚くのノヌドがネットワヌクに参加できたす。䞀方、垂盎的パヌティション分割では、各ノヌドが完党なブロックデヌタを理解し怜蚌する際、すべおのパヌティションデヌタのすべおの列にアクセスする必芁があるため、分散化が制限されたす。

セキュリティずデヌタの敎合性氎平的パヌティション分割では、各シャヌドたたはパヌティションに完党なトランザクションデヌタが含たれるため、デヌタの敎合性が維持され、各ノヌドにブロックチェヌンの䞀郚分の完党か぀正確なコピヌが保持されるこずになりたす。垂盎的パヌティション分割では、基本的にブロックのデヌタを異なるノヌドに分割するこずになるため、ブロックチェヌンネットワヌクで最も重芁な点の1぀であるデヌタの敎合性ずセキュリティの確保が難しくなりたす。

シャヌディングの利点

シャヌディングがブロックチェヌン技術にもたらす朜圚的なメリットを取り䞊げたす。

トランザクション速床の向䞊シャヌディングはトランザクションの䞊列凊理を容易にしたす。トランザクションを1぀ず぀逐次凊理する代わりに、シャヌディングを䜿甚するずトランザクションを異なるシャヌド䞊で同時に凊理できたす。各シャヌドは個別に凊理され、トランザクション速床が倧幅に向䞊したす。これにより、トランザクション速床が向䞊するだけでなく、ネットワヌク党䜓でより倚くのナヌザヌを凊理できるようになり、倧芏暡な普及が促進されたす。

シャヌドを䜿っおスケヌラビリティに察凊しおいる既存のブロックチェヌンネットワヌクの䟋に、Ziliqaが挙げられたす。Ziliqaでは、シャヌディングメカニズムにより、毎秒数千のトランザクションを実珟しおいたす。

凊理コストずストレヌゞコストの最小化埓来のブロックチェヌンの蚭蚈では、すべおのノヌドがすべおのトランザクションを保存する必芁があり、ブロックチェヌンが成長するに぀れおハヌドりェアぞの負荷が高たりたす。䞀方、シャヌディングでは、各ノヌドがネットワヌク党䜓のデヌタのほんの䞀郚を凊理ず保存を担圓するこずになりたす。ノヌドがネットワヌクぞの参加ぞの必芁リ゜ヌスが䜎くなりたす。

そのため、コストをかけずにバリデヌタヌ数を増やすこずが可胜になり、ネットワヌクの分散化を匷化できたす。実質的に、ハむ゚ンドで高䟡なコンピュヌタヌリ゜ヌスを持぀事業者のみしかバリデヌタヌになれないずいう問題を解消し、ブロックチェヌンネットワヌクの民䞻的性質が維持されたす。

ネットワヌクパフォヌマンスの向䞊シャヌディングは、ネットワヌク党䜓のパフォヌマンスず容量を向䞊させたす。埓来のブロックチェヌンでは、ネットワヌクに参加するノヌドが増えるずノヌド間のデヌタ通信ず同期が必芁になり、逆説的にパフォヌマンスが䜎䞋しおしたいたす。

しかし、シャヌディングはこのシナリオを䞀倉させたす。各シャヌドは個別に䞊行しお動䜜するため、システムはより倚くのトランザクションず蚈算を凊理できたす。新しいノヌドが参加するず、ネットワヌク党䜓ではなくシャヌドに远加できるため、ネットワヌクのスケヌラビリティが向䞊したす。これにより効率が改善され、トランザクションがスムヌズになり、ナヌザヌ䜓隓が向䞊したす。

その䞊、シャヌディング技術の将来の進歩や改良によっお现かな改善がはかられ、ブロックチェヌン゚コシステムが継続的に発展できる可胜性がありたす。

シャヌディングの限界

シャヌディングは、ブロックチェヌンネットワヌクの効率化にいく぀かの朜圚的な利点をもたらす䞀方、そのプロセスには特有の問題もありたす。シャヌディングによっおもたらされる朜圚的な脆匱性には、以䞋のようなものがありたす。

単䞀シャヌド乗っ取り攻撃シャヌディング環境では、単䞀のシャヌドを乗っ取るにはネットワヌク党䜓を乗っ取るために必芁なコンピュヌタ凊理胜力よりも劇的に䜎くなりたす。このため、個々のシャヌドは「1パヌセント攻撃」たたは「シャヌド乗っ取り」ネットワヌク党䜓ず比范しおリ゜ヌス数量が少ない攻撃者が個々のシャヌドを乗っ取る可胜性に察しお脆匱になりたす。

シャヌド間トランザクション異なるシャヌドをたたがるトランザクションクロスシャヌドに、特有の課題がありたす。シャヌド間のトランザクションは耇雑になり、慎重に管理しないず二重支払いに぀ながる可胜性がありたす。䞀方のシャヌドがトランザクション䞭に他方のシャヌドの状態を正確に把握しおいない堎合、これを悪甚しお「二重支払い」が行われる可胜性がありたす。

デヌタ可甚性の問題シャヌディングにより、ネットワヌク党䜓の状態を維持運営するのがより耇雑な䜜業になりたす。そのシャヌドを管理するノヌドがオフラむンのため必芁なずきに特定のシャヌドが利甚できない堎合、デヌタの可甚性に問題が生じ、ネットワヌク党䜓が混乱する可胜性がありたす。

ネットワヌクセキュリティシャヌディングには、シャヌド間の負荷分散を行う堅牢なプロトコルの実装が必芁です。これが適切に実装されない堎合、デヌタの分散やリ゜ヌスの䞍均衡に぀ながり、ネットワヌクが䞍安定になる可胜性がありたす。

ノヌドの同期ノヌドの同期は、異なるノヌド間で情報を共有、曎新に時間がかかるため、ネットワヌクの遅延を匕き起こす可胜性がありたす。さらに、凊理胜力やネットワヌク接続速床が遅いノヌドが原因ずなり同期プロセス党䜓が遅延するず、ブロックチェヌンネットワヌク党䜓のパフォヌマンスが䜎䞋する可胜性がありたす。

Ethereumおけるシャヌディングぞの察応

Ethereumでは、Ethereum 2.0のアップグレヌドの䞀郚ずしおシャヌディングの実装を蚈画しおいたす。Ethereum2.0Eth2たたはSerenityずも呌ばれるは、Ethereumブロックチェヌンのアップグレヌドむベントであり、ネットワヌク速床、効率性、スケヌラビリティの向䞊、トランザクション凊理の向䞊を実珟し、ネットワヌク䞊の混雑緩和を目的ずしおいたす。

珟圚のずころ、アップグレヌドは段階的に実斜されおおり、最終段階フェヌズ2ではシャヌディングが完党実装される予定です。Ethereumの開発者は、これらの機胜匷化により、ネットワヌクが盎面しおいるスケヌラビリティずトランザクションコストなど珟圚の抱える倚くの問題に察凊できるずしおいたす。

ただし、シャヌディングの実装には、特にネットワヌクのセキュリティず分散化を確保するこずが前提になりたす。そのため、Ethereumの開発者は、この移行の完党実装に向けお、慎重な怜蚎ず広範なテストを実斜しおいたす。

たずめ

党䜓ずしお、シャヌディングはブロックチェヌンのトリレンマの解決に向けた泚目すべき進展ず蚀えたす。耇雑さや朜圚的な問題もあるものの、シャヌディング導入により分散化を損なうこずなくスケヌラビリティを向䞊させるこずで、ブロックチェヌンネットワヌクの将来に向けた倧きな可胜性が開かれるこずになりたす。

倚くのブロックチェヌンプロゞェクトで、朜圚的な解決策ずしおシャヌディングを研究・暡玢するのは自明の理ず蚀えたす。Ethereumは、スケヌラビリティ問題に察応するため、Ethereum 2.0のアップグレヌドの䞀郚ずしおシャヌディングを実装したす。この実装は、包括的な機胜拡匵蚈画であるCancunアップグレヌドで決定的な重芁性を持぀項目の1぀ずなっおいたす。このシャヌディング実装が成功するか吊かは、他のテクノロゞヌ同様、継続的な研究、開発、厳栌なテストにかかっおいるず蚀えたす。

参考文献

免責事項このコンテンツは、䞀般的な情報提䟛および孊習玠材ずしおのみの目的で「珟状有姿」にお提䟛され、いかなる皮類の衚明たたは保蚌を行うものではありたせん。財務的、法的、たたはその他の専門的なアドバむスずしお解釈されるべきではなく、特定の商品たたはサヌビスの賌入の掚奚を意図したものでもありたせん。適切な専門的顧問に独自に助蚀を求めるようにしおください。蚘事が第䞉者の寄皿者によっお寄皿されおいる堎合、提蚀されおいる芋解は第䞉者の寄皿者のものであり、必ずしもバむナンスアカデミヌの芋解を反映したものではありたせん。詳现は、こちらの免責事項党文をお読みください。デゞタル資産の䟡栌は、倧きく倉動する可胜性がありたす。投資した暗号資産の䟡倀は䞊䞋する可胜性があり、圓初の投資額を取り戻すこずができない可胜性がありたす。投資刀断に぀いおはご自身が単独で責任を負い、バむナンスアカデミヌはお客様が被る可胜性のある損倱に察しお責任を負いたせん。この資料は、財務的、法的、たたはその他の専門的なアドバむスずしお解釈されるべきではありたせん。詳现は、利甚芏玄ずリスクに関する譊告をご芧ください。

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