Tóm lược
Sharding là kỹ thuật phân chia một blockchain thành các 'phân đoạn' nhỏ hơn để giải quyết vấn đề về khả năng mở rộng liên quan đến các mạng lưới Lớp 1.
Sharding giúp cải thiện tốc độ giao dịch, giảm thiểu các chi phí xử lý và lưu trữ, đồng thời nâng cao hiệu suất mạng lưới.
Sharding đi kèm với những nhược điểm tiềm ẩn, chẳng hạn như các mối lo ngại về vấn đề an ninh mạng và sự phức tạp của các giao dịch giữa các phân đoạn chéo.
Giới thiệu
Công nghệ blockchain đã mang lại tiềm năng chưa từng có về tính phi tập trung, minh bạch và bảo mật. Nhưng công nghệ này phải đối mặt với một thách thức lớn: khả năng mở rộng. Khả năng mở rộng là một điểm nằm trong "bộ ba bất khả thi blockchain ", còn bao gồm tính bảo mật và sự phi tập trung. Đạt được cả ba điều này cùng một lúc là một thách thức dai dẳng trong lĩnh vực blockchain. Đây là lúc các giải pháp chiến lược như "sharding" phát huy tác dụng.
Sharding là gì?
Sharding là một khái niệm được mượn từ công nghệ quản lý cơ sở dữ liệu truyền thống. Nó đề cập đến quá trình chia cơ sở dữ liệu lớn hơn thành các phần nhỏ hơn, dễ quản lý hơn, được gọi là phân đoạn. Ứng dụng của nó trong blockchain nhằm mục đích cải thiện khả năng mở rộng, đồng thời duy trì nguyên tắc phi tập trung. Về bản chất, sharding xuất hiện khi mạng blockchain được chia thành các phần nhỏ hơn được gọi là phân đoạn, mỗi phần có khả năng xử lý song song các giao dịch và các hợp đồng thông minh.
Sharding hoạt động như thế nào?
Để hiểu cách mà sharding được thực hiện trong một mạng blockchain đòi hỏi bạn phải hiểu cách mà dữ liệu blockchain thường được lưu trữ và xử lý. Có nhiều cách khác nhau để dữ liệu có thể được xử lý. Chúng ta sẽ xem xét cách xử lý dữ liệu liên tiếp và song song.
Thông thường, mỗi node blockchain chịu trách nhiệm xử lý tất cả khối lượng giao dịch trong mạng lưới. Kiểu xử lý dữ liệu này thường được gọi là xử lý liên tiếp. Điều này ngụ ý rằng mọi node phải duy trì và lưu trữ tất cả thông tin quan trọng, chẳng hạn như các số dư tài khoản và lịch sử giao dịch. Về bản chất, mỗi node phải xử lý tất cả các hoạt động, dữ liệu và các giao dịch của mạng lưới.
Mặc dù mô hình này tăng cường tính bảo mật của blockchain bằng cách ghi lại mọi giao dịch trên tất cả các node, nhưng nó làm chậm đáng kể quá trình xử lý dữ liệu. Đây là lúc việc xử lý dữ liệu song song phát huy tác dụng vì nó cho phép thực hiện đồng thời nhiều thao tác.
Sharding có thể là một giải pháp hiệu quả cho tình trạng khó khăn này vì nó phân chia hoặc 'phân vùng' khối lượng công việc giao dịch trên mạng blockchain. Điều này có nghĩa là không phải tất cả các node đều cần quản lý hoặc xử lý công việc của blockchain.
Thay vào đó, sharding sẽ tách biệt khối lượng công việc thông qua phân vùng theo chiều ngang. Trong quá trình này, dữ liệu được chia thành các tập hợp con theo chiều ngang, trong đó mỗi một phân đoạn hoạt động như một cơ sở dữ liệu độc lập có khả năng xử lý các giao dịch riêng biệt với các phân đoạn khác.
So sánh phân vùng theo chiều ngang và phân vùng theo chiều dọc
Phân vùng theo chiều ngang và phân vùng theo chiều dọc là hai cách tiếp cận chính để mở rộng quy mô cơ sở dữ liệu. Mặc dù cả hai đều được thiết kế để quản lý các tập dữ liệu lớn một cách hiệu quả hơn nhưng chúng hoạt động theo những cách cơ bản khác nhau. Sharding là một phương pháp phổ biến để thực hiện phân vùng theo chiều ngang.
Trong phân vùng theo chiều ngang, dữ liệu được chia thành các hàng và trải rộng trên các node (hoặc các cơ sở dữ liệu) khác nhau, mỗi node bao gồm một tập hợp con dữ liệu. Mỗi hàng trong một bảng là một thực thể độc lập, do đó việc tách chúng ra không dẫn đến bất kỳ sự mất mát nào về tính toàn vẹn dữ liệu. Một ví dụ nổi bật về phân vùng theo chiều ngang đang được sử dụng là phân bổ các mạng blockchain, chẳng hạn như Ethereum và Bitcoin.
Trong phân vùng theo chiều dọc, dữ liệu được chia thành các cột, thay vì các hàng. Mỗi phân vùng trong phân vùng theo chiều dọc chứa một tập hợp con dữ liệu cho từng pháp nhân hoặc toàn bộ tập dữ liệu, nhưng chỉ dành cho một tập hợp thuộc tính nhất định. Ví dụ: hãy xem xét một bảng khách hàng có các cột như Tên, Trạng thái, Mô tả và Ảnh. Trong trường hợp phân vùng theo chiều dọc, 'Tên' và 'Trạng thái' có thể được giữ trong một bảng và 'Mô tả' và 'Ảnh' trong một bảng khác.
Tại sao phân vùng theo chiều ngang được ưa thích hơn?
Phân vùng theo chiều ngang thường được ưa thích hơn phân vùng theo chiều dọc trong mạng blockchain vì ba lý do chính: khả năng mở rộng, sự phi tập trung và khả năng bảo mật.
Khả năng mở rộng: Sharding cung cấp giải pháp bằng cách chia dữ liệu thành các 'phân đoạn' nhỏ hơn, giúp dễ quản lý hơn. Mỗi phân đoạn có thể hoạt động độc lập, cho phép xử lý đồng thời nhiều giao dịch hơn, cải thiện tốc độ và hiệu quả của mạng lưới. Trong khi đó, với phân vùng theo chiều dọc, việc phân phối các cột trên các cơ sở dữ liệu khác nhau có thể đòi hỏi sự phức tạp hơn trong việc khôi phục thông tin giao dịch hoặc khối hoàn chỉnh và có thể hạn chế khả năng mở rộng.
Phân quyền: Để phù hợp với đặc tính cốt lõi của blockchain, phân vùng theo chiều ngang hỗ trợ sự phi tập trung. Khi các node chỉ phải xử lý một phần của tổng dữ liệu (một phân đoạn), nó cho phép nhiều node hơn tham gia vào mạng lưới do gánh nặng tính toán và lưu trữ đã được giảm bớt. Tuy nhiên, phân vùng theo chiều dọc sẽ hạn chế điều này vì mỗi node sẽ cần quyền truy cập vào tất cả các phân vùng (tất cả các cột dữ liệu) để hiểu và xác minh dữ liệu khối hoàn chỉnh.
Bảo mật và toàn vẹn dữ liệu: Phân vùng theo chiều ngang duy trì tính toàn vẹn dữ liệu vì mỗi phân đoạn (hoặc phân vùng) chứa dữ liệu giao dịch hoàn chỉnh, đảm bảo rằng mỗi node có một bản sao đầy đủ, chính xác của phần blockchain của nó. Trong phân vùng dọc, về cơ bản, bạn sẽ chia nhỏ dữ liệu của một khối trên các node khác nhau, khiến việc đảm bảo tính toàn vẹn và bảo mật dữ liệu trở nên khó khăn, một khía cạnh tối quan trọng của mạng blockchain.
Lợi ích của sharding là gì?
Hãy cùng đi sâu vào những lợi ích tiềm năng mà sharding mang lại cho công nghệ blockchain:
Tăng tốc độ giao dịch: Sharding tạo điều kiện xử lý song song các giao dịch. Thay vì xử lý các giao dịch theo cách từng bước liên tiếp, sharding cho phép các giao dịch được xử lý đồng thời nhưng trên các phân đoạn khác nhau. Mỗi phân đoạn hoạt động một cách độc lập, nhờ đó mà tốc độ giao dịch tăng lên đáng kể. Điều này không chỉ đẩy nhanh tốc độ giao dịch mà còn có nghĩa là toàn bộ mạng lưới có thể xử lý nhiều người dùng hơn, khuyến khích việc số đông làm theo.
Một ví dụ về mạng blockchain hiện có sử dụng các phân đoạn để giải quyết khả năng mở rộng là Ziliqa. Cơ chế sharding của Ziliqa cho phép nó đạt được hàng nghìn giao dịch mỗi giây.
Giảm thiểu chi phí xử lý và lưu trữ: Thiết kế blockchain thông thường bắt buộc mọi node phải lưu trữ tất cả các giao dịch, tăng cường nhu cầu về phần cứng khi blockchain phát triển. Nhưng với sharding, mỗi node chịu trách nhiệm xử lý và lưu trữ chỉ một phần dữ liệu của toàn bộ mạng lưới—điều này làm giảm tài nguyên cần thiết để một node tham gia vào mạng lưới.
Do đó, nhiều người tham gia hơn có thể tham gia với tư cách là những người xác thực, giúp tăng cường sự phi tập trung của mạng mà không phải chịu chi phí quá cao. Nó giảm thiểu các vấn đề trong đó chỉ những pháp nhân có tài nguyên máy tính đắt tiền, cao cấp mới có thể tham gia thực tế vào quy trình, do đó duy trì tính chất dân chủ hóa của mạng blockchain.
Cải thiện hiệu suất mạng lưới: Sharding có thể giúp cải thiện hiệu suất và dung lượng tổng thể mạng lưới. Trong các blockchain truyền thống, khi có nhiều node tham gia vào mạng hơn, hiệu suất sẽ giảm một cách nghịch lý do nhu cầu tăng cường giao tiếp và đồng bộ hóa dữ liệu giữa các node.
Tuy nhiên, sharding sẽ biến đổi kịch bản này. Vì mỗi phân đoạn hoạt động riêng biệt và đồng thời nên hệ thống có thể xử lý nhiều giao dịch và nhiều tính toán hơn. Khi một node mới tham gia, nó có thể được thêm vào một phân đoạn thay vì toàn bộ mạng lưới, do đó nâng cao khả năng mở rộng quy mô của mạng lưới. Hiệu quả được cải thiện, dẫn đến giao dịch mượt mà hơn và trải nghiệm người dùng tốt hơn.
Hãy nhớ rằng, những tiến bộ và cải tiến trong tương lai về công nghệ sharding có thể sẽ tạo ra những lợi thế khác hoặc củng cố những lợi thế hiện có này, liên tục nâng cao hệ sinh thái blockchain.
Hạn chế của sharding là gì?
Mặc dù sharding mang lại một số lợi ích tiềm năng có thể giúp mạng lưới blockchain trở nên hiệu quả hơn nhưng quy trình này cũng đặt ra một loạt những thách thức riêng. Một số lỗ hổng tiềm ẩn được đưa ra bởi sharding bao gồm:
Những cuộc tấn công kiểm soát phân đoạn đơn: Trong môi trường sharding, sức mạnh tính toán để kiểm soát một phân đoạn đơn lẻ thấp hơn nhiều so với sức mạnh cần thiết để kiểm soát toàn bộ mạng lưới. Điều này làm cho các phân đoạn riêng lẻ này dễ bị "tấn công một phần trăm" hoặc "kiểm soát phân đoạn" hơn - theo đó kẻ tấn công với một lượng tài nguyên nhỏ so với toàn bộ mạng lưới có thể có khả năng kiểm soát một phân đoạn riêng lẻ.
Các giao dịch phân đoạn chéo: Các giao dịch diễn ra trên các phân đoạn khác nhau (phân đoạn chéo) đặt ra một thách thức riêng. Các giao dịch chéo rất phức tạp và có khả năng dẫn đến chi tiêu gấp đôi nếu không được quản lý cẩn thận. Nếu một phân đoạn không theo dõi chính xác trạng thái của phân đoạn kia trong quá trình giao dịch, những người dùng có thể khai thác điều này để "chi tiêu gấp đôi".
Các vấn đề về tính khả dụng của dữ liệu: Sharding khiến việc duy trì toàn bộ trạng thái mạng trở thành một nỗ lực phức tạp. Nếu một số phân đoạn nhất định không khả dụng khi được yêu cầu (vì các node duy trì các phân đoạn đó đang ngoại tuyến), điều đó có thể dẫn đến các vấn đề về tính khả dụng của dữ liệu, làm gián đoạn toàn bộ mạng lưới.
Bảo mật mạng lưới: Sharding yêu cầu triển khai một giao thức mạnh mẽ giúp cân bằng công việc giữa các phân đoạn. Nếu không được thực hiện chính xác, điều này có thể dẫn đến việc phân bổ dữ liệu không đồng đều hoặc mất cân bằng tài nguyên, dẫn đến khả năng mất ổn định mạng lưới.
Đồng bộ hóa node: Việc đồng bộ hóa node có thể gây ra sự chậm trễ mạng do mất thời gian chia sẻ và cập nhật thông tin giữa các node khác nhau. Hơn nữa, nếu một node có khả năng xử lý chậm hơn hoặc kết nối mạng bị chậm lại, nó có thể làm chậm toàn bộ quá trình đồng bộ hóa, làm giảm hiệu suất tổng thể của mạng blockchain.
Sharding có được triển khai trên Ethereum không?
Ethereum có kế hoạch triển khai sharding như một phần của bản nâng cấp Ethereum 2.0 của họ. Ethereum 2.0, còn được gọi là Eth2 hoặc Serenity, là bản nâng cấp của blockchain Ethereum nhằm mục đích nâng cao tốc độ, hiệu quả và khả năng mở rộng của mạng, cho phép mạng xử lý nhiều giao dịch hơn và giảm bớt tắc nghẽn.
Tính đến thời điểm hiện tại, việc nâng cấp đang được thực hiện theo từng giai đoạn, với giai đoạn cuối cùng (Giai đoạn 2) bao gồm việc triển khai đầy đủ sharding. Các nhà phát triển Ethereum hy vọng rằng những cải tiến này sẽ giải quyết một số thách thức hiện tại liên quan đến khả năng mở rộng và chi phí giao dịch mà mạng đang phải đối mặt.
Tuy nhiên, điều quan trọng cần lưu ý là việc triển khai sharding đi kèm với nhiều thách thức riêng, đặc biệt là trong việc duy trì tính bảo mật và phân quyền của mạng. Do đó, các nhà phát triển Ethereum đang suy nghĩ cẩn thận và thử nghiệm rộng rãi vào quá trình chuyển đổi này để đảm bảo nâng cấp thành công khi được triển khai đầy đủ.
Tổng kết
Nhìn chung, sharding thể hiện một bước tiến đáng chú ý trong việc giải quyết bộ ba bất khả thi của blockchain. Mặc dù gây ra những phức tạp mới và những hạn chế có thể xảy ra, nhưng tiềm năng tăng khả năng mở rộng mà không ảnh hưởng đến sự phi tập trung của công nghệ sharding mang lại hứa hẹn rất lớn cho tương lai của các mạng blockchain.
Không có gì ngạc nhiên khi nhiều blockchain khác nhau đang khám phá sharding như một giải pháp tiềm năng. Ethereum đang tích hợp sharding như một phần của bản nâng cấp Ethereum 2.0 để giải quyết các vấn đề về khả năng mở rộng. Việc triển khai này dự kiến sẽ diễn ra thông qua bản nâng cấp Cancun, một phần quan trọng trong kế hoạch nâng cao tổng thể. Tuy nhiên, giống như bất kỳ công nghệ đang phát triển nào, thành công của công nghệ sharding sẽ phụ thuộc vào quá trình nghiên cứu, phát triển liên tục và thử nghiệm nghiêm ngặt.
Đọc thêm:
Tuyên bố từ chối trách nhiệm: Nội dung này được cung cấp cho bạn trên cơ sở “nguyên trạng” chỉ nhằm mục đích thông tin chung và giáo dục mà không có đại diện hay bảo đảm dưới bất kỳ hình thức nào. Nó không nên được hiểu là lời khuyên về tài chính, pháp lý hoặc chuyên môn khác, cũng như không nhằm mục đích khuyến nghị mua bất kỳ sản phẩm hoặc dịch vụ cụ thể nào. Bạn nên tìm kiếm lời khuyên của riêng bạn từ các cố vấn chuyên môn thích hợp. Trong trường hợp bài viết được đóng góp bởi người đóng góp bên thứ ba, xin lưu ý rằng những quan điểm thể hiện đó thuộc về người đóng góp bên thứ ba và không nhất thiết phản ánh quan điểm của Binance Academy. Vui lòng đọc tuyên bố từ chối trách nhiệm đầy đủ của chúng tôi ở đây để biết thêm chi tiết. Giá tài sản kỹ thuật số có thể biến động. Giá trị khoản đầu tư của bạn có thể giảm hoặc tăng và bạn có thể không lấy lại được số tiền đã đầu tư. Bạn hoàn toàn chịu trách nhiệm về các quyết định đầu tư của mình và Binance Academy không chịu trách nhiệm về bất kỳ tổn thất nào bạn có thể phải gánh chịu. Tài liệu này không nên được hiểu là lời khuyên về tài chính, pháp lý hoặc chuyên môn khác. Để biết thêm thông tin, hãy xem Điều khoản sử dụng và Cảnh báo rủi rocủa chúng tôi.