Короткий зміст
Шардинг розбиває блокчейн на більш дрібні шарди, щоб вирішити проблему масштабованості, пов'язану з мережами рівня 1.
Шардинг покращує швидкість транзакцій, мінімізує витрати на обробку й зберігання, а також підвищує продуктивність мережі.
Шардинг має свої потенційні недоліки, такі як проблеми безпеки мережі й складність транзакцій між шардами.
Вступ
Блокчейн-технологія відкрила безпрецедентний потенціал у сфері децентралізації, прозорості та безпеки. Але перед нею стоїть серйозна проблема: масштабованість. Масштабованість – це один із пунктів "трилеми блокчейну," яка також включає безпеку й децентралізацію. Досягнення всіх трьох функцій одночасно є актуальною проблемою у сфері блокчейну. Ось тут і вступають у дію стратегічні рішення, такі як "шардинг".
Що таке шардинг?
Шардинг – це концепція, запозичена з традиційного управління базами даних. Вона відноситься до процесу поділу більшої бази даних на менші, більш керовані частини, які називаються шардами. Його застосування в блокчейні прагне покращити масштабованість, зберігаючи при цьому принцип децентралізації. По суті, шардинг відбувається, коли блокчейн-мережа ділиться на більш дрібні частини, відомі як шарди, кожна з яких здатна паралельно обробляти транзакції і смартконтракти.
Як працює шардинг?
Розуміння того, як виконується шардинг у блокчейн-мережі, вимагає розуміння того, як зазвичай зберігаються і обробляються дані блокчейну. Існують різні способи обробки даних. Ми розглянемо послідовну й паралельну обробку.
Як правило, кожна блокчейн-нода відповідає за обробку всього обсягу транзакцій у мережі. Цей тип обробки даних зазвичай називають послідовною обробкою. Це означає, що кожна нода повинна підтримувати й зберігати всю важливу інформацію, таку як баланси рахунків та історію транзакцій. По суті, кожна нода повинна обробляти всі мережеві операції, дані й транзакції.
Хоча така модель підвищує безпеку блокчейну, записуючи кожну транзакцію на всіх нодах, вона різко уповільнює обробку даних. Ось тут і вступає в гру паралельна обробка даних, оскільки вона дозволяє одночасно виконувати численні операції.
Шардинг може бути ефективним рішенням цієї скрутної ситуації, оскільки він розділяє або розподіляє транзакційне навантаження блокчейн-мережею. Це означає, що не всі ноди повинні керувати або обробляти все навантаження блокчейну.
Натомість шардинг розподіляє робоче навантаження за допомогою горизонтального розподілу. У цьому процесі дані діляться на горизонтальні підмножини, причому кожен шард діє як незалежна база даних, здатна обробляти транзакції окремо від інших.
Горизонтальний й вертикальний розподіл
Горизонтальний й вертикальний розподіли є двома ключовими підходами до масштабування бази даних. Хоча обидва призначені для більш ефективного управління великими наборами даних, вони працюють принципово по-різному. Шардинг – це поширений метод реалізації горизонтального розподілу.
У горизонтальному розподілі, дані діляться на рядки й розподіляються між різними нодами (або базами даних), кожна з яких містить підмножину даних. Кожен рядок у таблиці є унікальною сутністю, тому їхній розподіл не призводить до втрати цілісності даних. Яскравим прикладом використання горизонтального розподілу є розподіл у блокчейн-мережах, таких як Ethereum і Bitcoin.
У вертикальному розподілі, дані поділяються на стовпці, а не на рядки. Кожна секція у вертикальному розподілі містить підмножину даних для кожної сутності або весь набір даних, але лише для певного набору атрибутів. Наприклад, розглянемо таблицю клієнтів із такими стовпцями, як "Ім’я", "Статус", "Опис" і "Фото". У сценарії вертикального розподілу, "Ім'я" і "Статус" можуть зберігатися в одній таблиці, а "Опис" і "Фото" в іншій.
Чому перевага віддається горизонтальному розділенню?
У блокчейн-мережах горизонтальному розподілу зазвичай віддають перевагу перед вертикальним з трьох основних причин: масштабованість, децентралізація і безпека.
Масштабованість: шардинг надає рішення, розбиваючи дані на менші, більш керовані "шарди". Кожен шард може працювати незалежно, що дозволяє обробляти більше транзакцій одночасно, підвищуючи швидкість і ефективність мережі. Водночас у випадку вертикального розподілу, розподіл стовпців між різними базами даних може вимагати більшої складності для отримання повної інформації про транзакції або блоки та може обмежити масштабованість.
Децентралізація: відповідно до основного принципу блокчейну, горизонтальний розподіл підтримує децентралізацію. Коли ноди повинні обробляти лише частину загальних даних (шард), це дозволяє більшій кількості нод брати участь у мережі, оскільки зменшується обчислювальне навантаження і навантаження для зберігання. Вертикальний розподіл обмежив б це, оскільки кожній ноді потрібен доступ до всіх розділів (всіх стовпців даних), щоб зрозуміти й перевірити повні дані блоку.
Безпека й цілісність даних: горизонтальний розподіл підтримує цілісність даних, оскільки кожен шард (або поділ) містить повні дані транзакції, гарантуючи, що кожна нода має повну та точну копію своєї частини блокчейну. У вертикальному розподілі ви, по суті, розподіляєте дані блоку між різними нодами, що ускладнює забезпечення цілісності та безпеки даних, що є найважливішим аспектом блокчейн-мереж.
Які переваги шардингу?
Давайте заглибимося в потенційні переваги, які шардинг приносить для блокчейн-технології:
Збільшена швидкість транзакцій: шардинг полегшує паралельну обробку транзакцій. Замість послідовної обробки транзакцій, шардинг дозволяє обробляти транзакції одночасно, але на різних шардах. Кожен шард працює незалежно, у такий спосіб значно збільшуючи швидкість транзакцій. Це не тільки прискорює швидкість транзакцій, але також означає, що вся мережа може обслуговувати більше користувачів, сприяючи масовому прийняттю.
Прикладом існуючої блокчейн-мережі, яка використовує шарди для вирішення проблеми масштабованості, є Ziliqa. Механізм шардингу Ziliqa дозволяє досягати тисячі транзакцій в секунду.
Мінімізовані витрати на обробку й зберігання: традиційний дизайн блокчейну зобов'язує кожну ноду зберігати всі транзакції, що підвищує вимоги до обладнання у міру зростання блокчейну. Але в шардингу кожна нода відповідає за обробку й зберігання лише частини даних усієї мережі – це зменшує ресурси, необхідні для участі ноди в мережі.
Таким чином, більше учасників можуть приєднатися як валідатори, підвищуючи децентралізацію мережі без непомірних витрат. Це пом'якшує проблеми, коли лише організації з високоякісними, дорогими обчислювальними ресурсами можуть реально брати участь у процесі, зберігаючи таким чином демократичний характер блокчейн-мереж.
Покращена продуктивність мережі: шардинг може допомогти підвищити загальну продуктивність і ємність мережі. У традиційних блокчейнах, оскільки більше нод бере участь у мережі, продуктивність парадоксальним чином знижується через потребу у збільшенні обміну даними й синхронізації між нодами.
Однак шардинг змінює цей сценарій. Оскільки кожен шард працює окремо й одночасно, система може обробити більше транзакцій та обчислень. Коли приєднується нова нода, її можна додати до шарду, а не до всієї мережі, таким чином підвищуючи здатність мережі до масштабування. Покращена ефективність призводить до плавніших транзакцій і кращого досвіду користування.
Пам’ятайте, що майбутні досягнення і вдосконалення технології шардингу можуть створити інші переваги або посилити існуючі, постійно покращуючи екосистему блокчейну.
Які обмеження шардингу?
Хоча шардинг пропонує кілька потенційних переваг, які можуть допомогти блокчейн-мережам стати ефективнішими, цей процес також створює унікальний набір проблем. Деякі потенційні вразливості, створені шардингом, включають:
Атаки на захоплення одного шарду: у середовищі шардингу обчислювальна потужність для захоплення одного шарду значно менша, ніж потужність, необхідна для захоплення всієї мережі. Це робить ці окремі шарди більш вразливими до "атаки 1%" або "захоплення шарду" – за допомогою чого зловмисник з невеликою кількістю ресурсів порівняно з усією мережею потенційно може заволодіти окремим шардом.
Транзакції між шардами: транзакції, що відбуваються між різними шардами (кросшардингові), є унікальною проблемою. Транзакції між шардами є складними і потенційно можуть призвести до подвійних витрат, якщо ними не ретельно керувати. Якщо один шард неточно відстежує стан іншого шарду під час транзакції, користувачі можуть скористатися цим, щоб провести атаку з "подвійними витратами".
Проблеми з доступністю даних: шардинг робить підтримку всього стану мережі складним завданням. Якщо певні шарди недоступні, коли це потрібно (оскільки ноди, що підтримують ці шарди, офлайн), це може призвести до проблем з доступністю даних, що призведе до порушення роботи всієї мережі.
Безпека мережі: шардинг вимагає реалізації надійного протоколу, який балансує навантаження між шардами. Якщо це зробити неправильно, це може призвести до нерівномірного розподілу даних або дисбалансу ресурсів, що призведе до потенційної нестабільності мережі.
Синхронізація нод: синхронізація нод може спричинити затримки в мережі через час, необхідний для обміну й оновлення інформації між різними нодами. Крім того, якщо нода з повільнішими можливостями обробки або мережевим з'єднанням відстає, це може уповільнити весь процес синхронізації, знизивши загальну продуктивність блокчейн-мережі.
Чи реалізовано шардинг на Ethereum?
Ethereum планує впровадити шардинг як частину свого оновлення Ethereum 2.0. Ethereum 2.0, також відомий як Eth2 або Serenity – це оновлення блокчейну Ethereum, яке спрямоване на підвищення швидкості, ефективності й масштабованості мережі, дозволяючи їй обробляти більше транзакцій і зменшувати перевантаження.
Наразі оновлення впроваджується поетапно, причому остання фаза (Фаза 2) включає повне впровадження шардингу. Розробники Ethereum сподіваються, що ці вдосконалення дозволять вирішити деякі поточні проблеми, пов'язані з масштабованістю і транзакційними витратами, з якими стикається мережа.
Однак важливо відзначити, що впровадження шардингу пов'язане зі своїми труднощами, зокрема щодо підтримки безпеки й децентралізації мережі. Тому розробники Ethereum ретельно продумують і тестують цей перехід, щоб забезпечити успіх оновлення після його повної реалізації.
Підсумки
Загалом, шардинг є значним прогресом у вирішенні трилеми блокчейну. Хоча він створює нові складності й можливі недоліки, його потенціал для збільшення масштабованості без шкоди для децентралізації має величезні перспективи для майбутнього блокчейн-мереж.
Не дивно, що різні блокчейни досліджують шардинг як потенційне рішення. Ethereum інтегрує шардинг як частину оновлення Ethereum 2.0 для вирішення проблем масштабованості. Очікується, що це впровадження відбудеться до кінця оновлення "The Cancun", критично важливого компоненту загального плану вдосконалення. Проте, як і будь-яка інша технологія, що розвивається, успіх залежатиме від постійних досліджень, розробок і ретельного тестування реалізацій шардингу.
Пов'язані статті
Відмова від відповідальності: цей контент надається вам на умовах "як є" тільки для загальної інформації і освітніх цілей, без будь-яких заяв чи гарантій. Його не слід розглядати як фінансову, юридичну чи іншу професійну пораду, і він не призначений для рекомендації купівлі конкретного продукту чи послуги. Вам слід звернутися за порадою до відповідних професійних консультантів. Якщо стаття написана стороннім автором, зверніть увагу, що висловлені думки належать сторонньому автору, і не обов'язково відображають думку Binance Academy. Для отримання додаткової інформації, будь ласка, перегляньте нашу відмову від відповідальності. Ціни на цифрові активи можуть бути волатильними. Вартість ваших інвестицій може як впасти, так і зрости, і ви можете не повернути інвестовану суму. Ви несете повну відповідальність за свої інвестиційні рішення, і Binance Academy не несе відповідальності за збитки, які ви можете понести. Для отримання додаткової інформації, будь ласка, перегляньте наші Умови користування і Попередження про ризики.