Шардинг технології探索:Нове досягнення Shardeum

15 вересня 2022 року Ethereum завершив довгоочікуване злиття (Merge). Це ознаменувало перехід Ethereum від механізму консенсусу на основі доказу роботи (PoW) до механізму консенсусу на основі доказу частки (PoS). Однак злиття безпосередньо не призведе до підвищення масштабованості, безпеки та стійкості. Справжнім досягненням цих цілей стане цілий комплекс рішень: основна мережа з можливістю Шардингу в поєднанні з рішеннями Layer2 для підвищення масштабованості.

Шардинг є рішенням для масштабування в умовах трьох труднощів масштабування. Він поділяє вузли в мережі на менші групи, обробляючи різні набори транзакцій і реалізуючи паралельну обробку. Цей підхід нагадує відкриття кількох кас у супермаркеті, що може наочно зменшити час очікування та підвищити ефективність.

Однак у процесі впровадження технології Шардинг все ще існує безліч викликів. У цій статті буде розглянуто розвиток технології Шардинг, порівняно з існуючими рішеннями Шардинг, і обговорено новий можливий напрямок: Shardeum та динамічний Шардинг.

Один. Про "Шардинг"

Виходячи з Ethereum як початкової точки координат, методи масштабування блокчейну можна поділити на дві великі категорії:

Вертикальне масштабування(Vertical Scaling): досягається шляхом підвищення продуктивності існуючого апаратного забезпечення системи. Цей спосіб простий і ефективний, але обмежує рівень децентралізації мережі.

Горизонтальне масштабування(Horizontal Scaling): Основних три підходи:

1. Розподілити обсяг обчислень транзакцій на кілька незалежних блокчейнів
2. Модульний блокчейн, що розділяє інфраструктуру на рівень виконання, рівень доступності даних та рівень консенсусу.
3. Розділити блокчейн на кілька Шардингів для паралельного виконання

Кожен план розширення шукає баланс у неможливому трикутнику, поєднуючи дизайн економічних стимулів системи, щоб досягти балансу на макро- та мікрорівнях.

Ключові проблеми, з якими стикається технологія Шардингу, включають:

1. Мережевий Шардинг: як визначити, до якого Шарду належать вузли/валідатори в мережі?
2. Трейдинг Шардинг: як визначити, до якого Шардингу буде призначена кожна транзакція?
3. Стан Шардинг: як дані блокчейну зберігаються в різних шардах?
4. Як уникнути розколу безпеки всієї системи?

Мережевий Шардинг (Network Sharding )

Мережевий Шардинг означає розподіл блокчейн-мережі на Шарди, де кожен Шард обробляє транзакції в мережі та бореться за право ведення обліку. Головним викликом є те, що з розподілом вузлів, труднощі та витрати для зловмисників знижуються прямо пропорційно.

Рішенням зазвичай є створення певного рівня непередбачуваності, щоб знизити ймовірність успіху атакуючого до мінімуму. Наприклад, Ethereum обирає випадковим чином валідатора для певного Шардингу з усіх валідаторів і змінює його кожні 6,4 хвилини.

Шардинг транзакцій (Transaction Sharding)

Шардинг транзакцій означає встановлення правил "які транзакції розподіляються по яких шардінгах". Різні моделі реєстру впливають на реалізацію шардингу транзакцій:

Модель UTXO: потребує міжшардингового зв'язку. Один з можливих способів - це хешувати на основі значення входів транзакції, щоб визначити шардинг.

Модель облікового запису/балансу: достатньо розділити交易 за адресою відправника, щоб забезпечити обробку кількох交易 одного облікового запису в одному Шардинг, ефективно запобігаючи подвійним витратам.

Статус Шардинг (State Sharding )

Статус Шардинг вказує, як дані блокчейну розподіляються для зберігання в різних Шардах. Основним викликом є обробка транзакцій між Шардами.

Є два підходи:

1. Синхронний перехід через Шардинг (Synchronous): щоразу, коли виконується транзакція через Шардинг, відповідні блоки відбуваються одночасно. Реалізація складна, але досвід користувача хороший.
2. Асинхронний Шардинг (: більш широке впровадження, але стикається з викликами атомарності транзакцій.

! [10 000 слів детальне пояснення нового публічного ланцюга Shardeum: ще одна можливість шардингу])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-6e8d3331d7d68cb512eb2eb47bd9064d.webp(

Два, Шардинг: дослідження та спроби

) Обчислення Шардингу

Zilliqa є однією з перших платформ для смарт-контрактів, яка спробувала Шардинг. Вона використовує обчислювальний Шардинг, тобто тільки виконує обчислювальний Шардинг, не виконує мережевий та зберігання Шардинг. Цей підхід простий і ефективний, але мережна пропускна здатність та зберігання все ще є вузькими місцями.

Статичний стан Шардинг

Більш універсальний метод Шардингу полягає в розподілі простору адрес облікових записів на фіксовані за розміром Шарди та призначенні вузлів різним Шардам. Такі проекти, як Near, Elrond і Harmony, використовують цей метод.

Концепція шардінгу даних Ethereum

Уявлення Ethereum про майбутнє Шардингу включає:

1. На основі "доступності даних" Шардинг
2. Додати додаткові функції для кожного Шардингу, щоб зробити його більш схожим на сьогоднішню основну мережу Ethereum

Гармонія

Harmony використовує стандартний метод Шардингу, має кілька малих блокчейнів, які називаються Шардингами, і один координаційний сигнальний ланцюг.

Мережевий Шардинг: розділення мережі валідаторів на різні Шарди. Торговий Шардинг: Торговля обробляється єдиним Шардингом. Стан шардингу: кожен валідатор шардінгу зберігає 1/N глобального стану.

Harmony підтримує міжшардинг передачу повідомлень, але конкретні деталі реалізації ще потрібно вдосконалити.

Елронд

Elrond використовує адаптивне шардінг та безпечний механізм консенсусу на основі стейків.

Вона використовує мета-ланцюг ### Meta Chain ( для швидкого визначення міжшардингових транзакцій за кілька секунд. Стратегії міжшардингових транзакцій використовують асинхронну модель: спочатку обробляються на шардингу відправника, а потім на шардингу отримувача.

)# Біля

Near представив протокол нічної тіні ###Nightshade(, моделюючи систему як єдину блокчейн, використовуючи шардинг на рівні блоків.

Крос-шардингова транзакція Near повинна виконуватися послідовно в кожному з відповідних шардів. Повна транзакція спочатку надсилається до першого з уражених шардів, після чого генерується квитанція, яка маршрутизується до наступного шару, і так далі.

![Детальний аналіз нової публічної блокчейн-мережі Shardeum: Шардинг як альтернатива])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-4227a2e49f76cd01b23d7b5398e51a3c.webp(

Три, Shardeum та динамічний Шардинг

Shardeum запропонувала два нові рішення:

) 3.1 Торговий рівень консенсусу

Консенсус в мережі Shardeum досягається на рівні кожної транзакції, а не на рівні блоку, що дозволяє обробляти транзакції одночасно через Шардинг. Такий консенсус на рівні транзакцій усуває складність, необхідну для забезпечення атомарної обробки, що дозволяє досягти фіналізації на рівні секунд і низької затримки.

![Вичерпний аналіз нової блокчейн платформи Shardeum: Шардинг як інша можливість]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-21183f66edba6389ed99a8c668bb88d6.webp(

) 3.2 Лінійне розширення

Shardeum використовує динамічний стан Шардинг, кожен вузол може мати різні діапазони адрес, між якими існує перекриття. Цей підхід має вищу складність, але дозволяє справжнє лінійне масштабування.

Завдяки динамічним змінам у відповідності між адресним простором і вузлами, а також новим доказам доступності даних, Shardeum може забезпечити наближену "лінійну масштабованість".

![Докладний аналіз нової блокчейн-платформи Shardeum: Шардинг як інша можливість]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-678011ec0d792ac05e80a6b209c82d43.webp(

Shardeum наразі має 10 шардингів, кожен з яких містить 128 вузлів, загалом 1280 вузлів. У четвертому кварталі 2022 року очікується запуск основної мережі. Хоча вона все ще розробляється, базова технологія Shardus вже довела свою здатність до лінійного масштабування.

! [Шардеум: Ще одна можливість шардингу])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-d20b7d1dbc15c9f665151aba3a8d52de.webp(

У серпні 2022 року Shardeum продемонстрував можливість 100 TPS на тестовій мережі Liberty 2.0. Наразі тестування проводиться з 50 вузлами, кожен з яких зберігає близько 1/5 загальних даних та виконує 1/5 загальних транзакцій.

! [Shardeum: Ще одна можливість шардингу])https://img-cdn.gateio.im/social/moments-93daeddd2b8a13824f6237fd61163(

Чотири, висновок

Справжня масштабована Шардинг-блокчейн потребує створення з нуля. Так само, створення міцної спільноти також вимагає довгострокових зусиль. Після запуску тестової мережі Shardeum, активна кількість тестувальників і транзакцій є обнадійливою, але також стикається з певними сумнівами.

Ми віримо, що тільки під час масового впровадження Web3 високо продуктивні децентралізовані публічні блокчейни зможуть виділитися. Тільки ті спільноти, які пережили сумніви, відкриті обговорення та багаторазові аргументи, зможуть йти далі на шляху децентралізації.

![Детальний аналіз нової публічної блокчейн мережі Shardeum: Шардинг як інша можливість])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-d5254a1f137b64c6ce1a1f4033286822.webp(