Что такое Шардинг?

Что такое Шардинг?

Блокчейн стал основным фактором изменения восприятия ценности наряду со способами концептуализации денег. Начиная с криптовалют, технология блокчейн смогла пробудить интерес в умах многих людей в различных отраслях. Многие компании переходят на блокчейн, тем самым увеличивая трафик в своих сетях. И именно в таких случаях блокчейн-шардинг стал ответом на проблемы масштабируемости и перегруженности блокчейн-сетей.

На начальных этапах блокчейн считался синонимом криптовалют (см. историю блокчейна). Однако он превратился в более широкую экосистему, в которой сила децентрализации проявляется наряду с внедрением реестров и смарт-контрактов в различные приложения. Поскольку сфера применения сетей блокчейн продолжает расти, неизбежно возникает потребность в масштабируемости. Особенно это актуально для блокчейнов первого уровня.

Как в таких случаях помогает шардинг (sharding)? Следующее обсуждение поможет вам найти ответ на этот вопрос с помощью вводного руководства по шардингу в блокчейне.

Шардинг — что это?

Одним из первых вопросов, который вы наверняка ищете здесь, является ответ на вопрос «Что такое шардинг в блокчейне?». Однако вы можете получить более полное представление о шардинге, ознакомившись с его историей. Пример Ethereum является идеальной основой для развития вашего понимания шардинга. Интересно, что основная идея Ethereum была направлена не только на создание новой криптовалюты.

Разработчики Ethereum хотели создать своего рода «мировой компьютер», который мог бы помочь в создании новой экосистемы децентрализованных приложений (dApps). Ethereum призван служить платформой для запуска, управления и расширения возможностей использования dApps в различных секторах. Поэтому Ethereum необходимы возможности и ресурсы для обработки и хранения огромных объемов данных в рамках своей экосистемы.

На данный момент Ethereum не обладает возможностями для хранения и защиты огромных объемов данных. С другой стороны, Ethereum может найти эффективное решение проблемы масштабируемости с помощью шардинга. Проще говоря, шардинг можно объяснить как процесс масштабирования приложений, позволяющий им поддерживать больше данных.

В случае с блокчейн-проектами, использующими шардинг, вы, по сути, разбиваете большие таблицы данных на более мелкие части, называемые шардами (shards). Каждый шард имеет свои собственные данные и делает их уникальными среди других шардов. В случае с блокчейном шардинг позволяет сократить задержки и предотвратить перегрузку данных.

Как работает шардинг?

Понимание шардинга блокчейна или криптовалюты может стать более ясным при глубоком погружении в его работу. Прежде всего, важно отметить, что шардинг применим в тех случаях, когда у вас есть большой набор данных для одной базы данных. То же самое можно заметить и в Ethereum, где множество разработчиков трудятся над многочисленными проектами на платформе.

На данный момент на блокчейне Ethereum работает более 3000 dApps, что подразумевает необходимость масштабирования с помощью шардинга. Шардинг помогает разделить сеть на более мелкие модули или разделы с возможностью обработки большего количества транзакций каждую секунду. Даже если процесс шардинга кажется простым, он включает в себя множество важнейших компонентов с жизненно важными функциями.

Вы можете найти ответы на вопрос «Полезен ли шардинг для блокчейна?», более подробно рассмотрев работу шардинга в блокчейне. Важно начать объяснение того, как работает шардинг, с рассмотрения функциональных возможностей узлов или нод (nodes). В то же время необходимо понимать механизмы хранения и обработки данных.

Ноды являются одним из неотъемлемых компонентов в модели сети блокчейн. Без нод получить доступ к данным блокчейна практически невозможно. Все ноды в сети блокчейн поддерживают связь друг с другом, а также постоянно обмениваются данными для поддержания актуальности. Проще говоря, ноды служат основой блокчейна и выполняют важные функции. Они поддерживают хранение, сохранение и расширение данных во всей инфраструктуре.

Как ноды связаны с шардингом?

Важность нод в шардинге блокчейна трудно переоценить. Так, в случае децентрализованных сетей ноды хранят важную информацию, такую как остатки на счетах и история транзакций. Блокчейн распределяют данные и информацию о транзакциях между несколькими нодами для обеспечения безопасности.

С другой стороны, эта модель идет на значительные компромиссы в плане масштабируемости. Система распределенных реестров в сетях блокчейн обеспечивает безопасность и децентрализацию. Однако блокчейн-сети не справляются с большим объемом транзакций, а большие объемы данных, связанных с транзакциями, могут привести к перегрузке сети. В результате сеть может работать медленно или с задержками.

Например, Ethereum может обрабатывать от 10 до 20 транзакций каждую секунду (tps). Применимо ли это для сети блокчейн, которая становится предпочтительным выбором для приложений? Успешные примеры блокчейн-проектов с шардингом дают представление о том, как ноды могут быть переконфигурированы для обработки большого объема транзакций.

Сеть блокчейн может распределять свою рабочую нагрузку горизонтально, тем самым гарантируя, что все ноды не должны управлять или обрабатывать все транзакции. Поэтому разделение и эффективное проектирование нод в сети блокчейн является важным этапом в шардинге.

Горизонтальное разделение

Работа криптовалютного шардинга не предполагает физического разделения сети узлов. Напротив, горизонтальное разделение сети блокчейна или базы данных помогает создать различные ряды в шардинге. Эти ряды называются шардами, а горизонтальная архитектура помогает создать очень динамичную экосистему.

Она помогает шардам выполнять различные специализированные действия на основе их признаков. Например, шард может хранить историю транзакций наряду с состоянием определенного адреса. С другой стороны, шард может выполнять такие задачи, как координация с другими шардами для обработки транзакций.

Представьте себе большую базу данных, содержащую шесть строк. Вы можете разбить таблицу на три меньшие, горизонтальные строки, что позволит легче обрабатывать большую таблицу данных. Горизонтальное разбиение в блокчейн-шардинге помогает преобразовать большую базу данных в более мелкие и эффективные версии оригинала с сохранением основных функций. Однако горизонтальное разделение — не единственный вариант достижения масштабируемости. Вы можете найти и другие способы, например, решения масштабирования второго уровня (Layer 2) или вертикального масштабирования.

Примеры шардинга

Основное объяснение шардинга должно было дать подробный ответ на вопрос «Полезен ли шардинг для блокчейна?» с положительными последствиями. На самом деле, шардинг — это действительно инновационный метод решения проблем задержки и пропускной способности сети. Обе эти проблемы могут сильно повлиять на масштабируемость сети блокчейн, в то время как шардинг решает их без особых усилий. С другой стороны, многие из вас наверняка сомневаются в эффективности шардинга. Существует ли лучшая версия шардинга?

Какие практические примеры блокчейн-проектов, использующих шардинг, существуют в настоящее время? Два наиболее заметных варианта шардинга включают партиционирование (partitioning) и шардинг состояния (state sharding). Партиционирование применимо в сценариях, в которых шарды не общаются друг с другом напрямую, используя центральный ретранслятор.

С другой стороны, шардинг состояния предполагает прямую связь между шардами с помощью центрального ретранслятора. Вы можете ответить на вопросы об эффективности криптовалютного шардинга, поразмыслив над практическими примерами. Четыре лучших примера проектов шардинга помогут вам определить значение шардинга для широкой криптоэкосистемы.

1. Шардинг NEAR

Первый пример для более четкого понимания «что такое шардинг блокчейна?» — это блокчейн-сеть NEAR. Она сфокусирована на создании основы для транзакций между шардами в режиме реального времени, при этом сохраняя легкую нагрузку на клиентов. Цель блокчейна — дать возможность любому устройству низкого класса запустить узел, работающий как часть сети.

Впоследствии это устройство также может помочь в обработке части транзакций. Блокчейн с шардированным Proof of Stake отличается более высокой масштабируемостью и позволяет узлам работать на устройствах низкого класса. В результате шардинг сети может обеспечить доступ к множеству дополнительных устройств, что повышает скорость работы блокчейна.

Помимо преимуществ шардинга, блокчейн NEAR должен решать вопросы доступности и достоверности данных. В сети NEAR используется доказательство достоверности (proof of validity) — один из видов консенсуса блокчейна на PoS. При работе по данному алгоритму любой желающий может проверить блок. Валидаторы в сети берут на себя ответственность за обеспечение доступности доказательства. С другой стороны, без передачи сообщения по цепи трудно доказать сбой в доставке сообщения.

2. Ethereum Beacon Chain

Интересно, что Beacon Chain является неотъемлемым элементом дорожной карты Ethereum 2.0. По сути, Beacon Chain является «главной цепочкой» (master chain) в новой развивающейся системе Casper Proof of Stake в Ethereum.

Beacon Chain предназначена для выполнения таких важных задач, как обработка перекрестных ссылок, хранение и поддержание набора активных, стоящих в очереди и неактивных валидаторов. Она также помогает в обработке консенсуса Ethereum от блока к блоку. Beacon Chain управляет не только протоколом Proof of Stake, но и другими цепочками шардов. Среди основных функций Beacon Chain можно выделить следующие:

  • Управление валидаторами и их соответствующими долями.
  • Внедрение правил консенсуса.
  • Организация валидаторов в различные комитеты для голосования по предложенным блокам.
  • Распределение вознаграждений и наказаний между валидаторами.
  • Назначение выбранного автора блока, относящегося к каждому шарду.
  • Служит опорной точкой для регистрации состояний шардов и облегчает межшардовые транзакции.

3. Парачейн Polkadot

Polkadot Parachain представляет собой продуктивный подход к распределенному шардингу баз данных и предлагает более простой взгляд на блокчейн. По сути, парачейн относится к более простой итерации блокчейна, которая ассоциируется с безопасностью, предлагаемой цепочкой реле. Одной из существенных особенностей парачейна является полностью независимый характер вычислений.

Обобщенные системы в смарт-контрактах с полной по Тьюрингу структурой могут столкнуться с трудностями при выявлении конфликтов между транзакциями. Напротив, определение четких границ между парачейнами может помочь выполнить их все без конфликтов. Кроме того, шардинг блокчейна на Polkadot с узкоспециализированными парачейнами помогает решать и другие задачи. Например, парачейн может помочь в решении транзакционных операций наряду с эффективным хранением данных для конкретной проблемы.

Заключение

Окончательное впечатление от дискуссии на тему «Что такое шардинг блокчейна?» в значительной степени отражает необходимость шардинга. Проще говоря, под шардингом понимается процесс разбиения большой базы данных на более мелкие фрагменты или шарды. Шарды более мелких процессов вносят свой вклад в результат общего процесса, не нарушая целостности данных.

По сути, разделение работы на несколько фрагментов помогает эффективно распределить рабочую нагрузку в сети блокчейн. Практические примеры шардинга, такие как Ethereum Beacon Chain, представляют собой убедительный довод в пользу роста проектов шардинга в будущем. Однако для достижения наилучших результатов также важно совершенствовать процесс и преодолевать трудности.

Понравилась статья? Поделитесь в соцсетях

Похожие записи

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *