Блокчейн 101: Что такое шардинг в блокчейн?

О шардинге

Технология шардинга появилась задолго до блокчейна и использовалась в ряде систем из бизнес-базы данных. Sharding — это метод, который горизонтально разделяет данные в базе данных. База данных фрагментирована на более мелкие части, называемые «осколками», а затем они объединяются в исходную базу данных.

С помощью блокчейнов их сеть состоит из узлов, которые связаны одноранговым узлом, который не управляется одним объектом. Узлы хранят все состояния сети и обрабатывают транзакции. Хотя эта система более безопасна, она сталкивается с трудностями при масштабировании, поскольку сеть быстро увеличивается. Эта проблема заключается в том, что консенсус только увеличивается линейно.

Когда сеть испытывает такие нагрузки, операционные затраты и время значительно возрастают.

Шардинг считается комплексным решением проблемы масштабирования. Группируя подмножества узлов в сегменты, система может обрабатывать транзакции параллельно, что увеличивает объем, который она может обрабатывать.

Сегментирование На Основе Блокчейна

Существует несколько блокчейнов для криптовалют, в которых реализована технология шардинга для повышения масштабируемости и объема транзакций.

Но блокчейны, использующие согласованный алгоритм Proof of Work (POW), не могут применять шардинг. Только блокчейны, использующие согласованный алгоритм Proof of Stake (PoS), могут использовать эту технологию. Это связано с тем, что в этом алгоритме согласования используются определенные узлы, которые обрабатывают только проверку транзакций.

[irp]

Как работает Sharding в блокчейнах?

Самым известным блокчейном, который пытается реализовать шардинг, является Ethereum. Их команда разработчиков работает над внедрением так называемого «шардинга государства».

Разделение в Ethereum будет осуществляться в два этапа, после того как сеть перейдет на протокол Proof of Stake.

1. Первый этап — это уровень данных, состоящий из консенсуса относительно данных шарда.
2. Вторая фаза — это государственный уровень.

Сеть разбита на определенные сегменты, которые назначают определенную группу транзакций, определенных определенными учетными записями и смарт-контрактами.

Каждая группа транзакций состоит из заголовка и тела.

Заголовок представляет собой осколок идентификатор группы транзакций, который назначает валидатор через случайную выборку. Здесь можно найти корень состояния (состояние корня merkle шарда до и после добавления транзакций).

Тело содержит все операции с конкретным осколком группы сделки.

Транзакции, которые принадлежат шарду и могут осуществляться только между счетами этого конкретного шарда. После подтверждения транзакций вся сеть обновляется. Чтобы группа транзакций была помечена как действительная, корень перед состоянием группы транзакций должен быть таким же, как корень шарда глобального состояния.

Что такое Merkle Root?

Блоки Ethereum содержат в дополнение к корню состояния, также корень группы транзакций. Корень группы транзакций представляет корень Merkle всех групп транзакций из определенных сегментов. Корень Merkle всех различных сегментов состоит из обновленных и проверенных групп транзакций.

Здесь используется дерево Merkle, чтобы обеспечить валидность блокчейна. Шард достигает консенсуса, применяя алгоритм Proof of Stake к произвольно выбранным узлам, которые применяются к шарду для определенного раунда консенсуса.

Сеть, защищенная PoW, требует большой мощности хеширования, чтобы быть опрокинутой, что означает, что исключительное использование вычислительной мощности не может привести к злонамеренному захвату.

[irp]

Перекрестное общение

Протокол связи жизненно важен для правильно функционирующей в системе разделяющей архитектуры. Вы можете думать о коммуникационном протоколе как об универсальном языке, который согласован между штатами более крупных Соединенных Штатов. Тем не менее, разработка этого протокола очень сложна и должна быть выполнена так, чтобы он использовался только при необходимости. Это становится необходимым, когда конкретному узлу требуется информация, которая не хранится в его собственном сегменте, и ему необходимо найти фрагмент с необходимой информацией. Это общение известно как межобщинное общение.

Квитанции об операциях

Этот тип связи требует применения концепции, известной как квитанции об операциях. Получение транзакции хранится в корне Merkle, который не является частью корня состояния, но к нему легко получить доступ для проверки.

Шард, который получает транзакцию от другого шарда, может затем использовать корень Merkle для проверки обеспечения получения и состояния его расходов, что предотвращает двойные расходы. Проще говоря, квитанции хранятся в неизменной общей памяти, к которой могут обращаться другие сегменты для проверки транзакции. Это распределенное хранилище чеков позволяет осколкам связываться друг с другом.

Недостатки шардинга

Но шардинг не решает всех проблем масштабирования и производительности. Один большой недостаток заключается в том, что связь между осколками довольно сложна.

Это связано с тем, что когда пользователь из одного сегмента хочет заключить сделку с другим пользователем из другого сегмента, для этого типа транзакции потребуется другой протокол.

Заключение

Sharding является одним из многих решений, которые были предложены для решения проблемы масштабируемости в сетях с блокчейном. Результаты разбиения не будут видны сначала конечному пользователю или разработчику dapp, так как это изменение только на уровне протокола. Но со временем шардинг может увеличить объем сети, привести к более быстрому времени транзакций и снижению платы за транзакции, что в целом сделает платформу лучше функционирующей в более широком масштабе.