Шардинг технології: шлях інновацій від Ethereum до Shardeum
15 вересня 2022 року Ethereum завершив довгоочікуване злиття (Merge). Це оновлення перетворило Ethereum з механізму доказу роботи (PoW) на механізм доказу частки (PoS), але безпосередньо не призвело до підвищення масштабованості, безпеки та стійкості. Для досягнення цих цілей потрібні більш комплексні рішення, включаючи основну мережу з можливостями Шардингу та покращені рішення Layer2 для масштабованості.
Шардинг — це рішення для розширення в умовах трилеми масштабованості. Він ділить вузли в мережі на менші групи, обробляючи різні набори транзакцій і реалізуючи паралельну обробку. Розподіляючи навантаження обробки даних по всій мережі, Шардинг може підвищити ефективність обробки, подібно до того, як магазини збільшують кількість кас, щоб зменшити час очікування.
Хоча принцип Шардингу простий і зрозумілий, під час реалізації все ще виникає безліч проблем. У цій статті буде розглянуто напрямки розвитку технології Шардингу та її труднощі, а також складено карту для дослідників Шардингу. Одночасно, порівнюючи існуючі рішення Шардингу, буде виявлено спільні проблеми та запропоновано новий напрямок дослідження: Shardeum та динамічний Шардинг.
Виходячи з Ethereum як початкової точки, ми можемо розділити методи масштабування блокчейну на дві великі категорії:
Вертикальне масштабування ( Vertical Scaling ): досягається шляхом підвищення продуктивності існуючого апаратного забезпечення системи. Цей підхід є простим і ефективним, підходить для сценаріїв, чутливих до затримки, але обмежує рівень децентралізації мережі.
Горизонтальне масштабування(Horizontal Scaling): основних три підходи:
Розподілити обсяг обчислень транзакцій на кілька незалежних блокчейнів
Модульний блокчейн, що розділяє інфраструктуру на виконавчий шар, шар доступності даних та консенсусний шар
Розділіть блокчейн на кілька частин для паралельного виконання
Ці ідеї щодо масштабування не існують ізольовано, кожне рішення шукає баланс у неможливому трикутнику, поєднуючи економічні стимули, щоб досягти ефективного балансу на макро- та мікрорівнях.
Для обговорення "Шардинг" нам потрібно з нуля розглянути кілька ключових питань:
Як визначити, до якого шару належать вузли/валідації мережі? Тобто мережевий шардинг (Network Sharding)
Як визначити, який шардинг призначено кожній транзакції? Тобто транзакційний шардинг (Transaction Sharding )
Як зберігаються дані блокчейну в різних шардах? тобто стан шардінгу (State Sharding)
Мережевий Шардинг означає поділ блокчейн-мережі на Шарди, які обробляють ланцюгові транзакції та борються за право ведення обліку. Основною проблемою є те, що, оскільки вузли розподіляються по різних Шардам, труднощі та витрати для нападників значно знижуються.
Рішення зазвичай полягає в створенні певного рівня непередбачуваності, щоб звести до мінімуму ймовірність успіху нападника. Наприклад, Ethereum кожні 6.4 хвилини випадковим чином обирає валідатор для певного Шардингу та проводить ротацію.
Однак, випадковість у блокчейні сама по собі є складною темою. Багато існуючих проектів розробили окремі ланцюги для підтримки всієї мережі, такі як Ethereum та Beacon-ланцюг Near, Relay-ланцюг PolkaDot, Cosmos Hub Cosmos.
Транзакційний Шардинг (
Торговий шардинг означає встановлення правил для визначення, до яких шардів будуть розподілені транзакції. Модель бухгалтерського обліку блокчейну вплине на розробку торгового шардингу.
Наразі існує два основні способи обліку:
Модель UTXO: типовим представником є біткойн. У моделі UTXO транзакційне Шардинг потребує міжшардингового зв'язку. Одним із можливих способів є використання хеш-функції для розподілу транзакцій між різними Шардингами.
Модель рахунку/балансу: представляє, як Ethereum. Як тільки транзакції розбиваються за адресою відправника, можна забезпечити, що кілька транзакцій одного й того ж рахунку обробляються в одному шарді, ефективно запобігаючи подвійним витратам. Тому більшість блокчейнів, що використовують технологію шардінгу, застосовують систему бухгалтерії рахунків.
) статус Шардинг ###State Sharding (
Стан розподілу даних блокчейну вказує на те, як інформація зберігається в різних шарах. Це найбільша проблема технології шардінгу, оскільки в механізмі шардінгу транзакції розподіляються по різних шарах відповідно до адреси, а стан зберігається лише в шарі, до якого належить його адреса.
Основним викликом є обробка міжшардингових )Cross-Sharding( транзакцій. Наприклад, якщо рахунок A переводить кошти на рахунок B, а два рахунки знаходяться в різних шарах. У цьому випадку необхідне міжшардингове спілкування, що може знизити ефективність обробки транзакцій.
Є два основні підходи для вирішення цієї проблеми:
Синхронний міжшардинг)Synchronous(: також відомий як тісна прив'язка)Tight Coupling(. Щоразу, коли виконується міжшардинг транзакція, відповідні блоки відбуваються одночасно, а вузли шардів співпрацюють для виконання транзакції.
Асиметричний крос-шардинг)Asynchronous(: також відомий як вільне з'єднання)Loosely Coupling(. Цей спосіб більше застосовується, наприклад, у NEAR, Ethereum, Cosmos, Kadena тощо. Найбільшим викликом є забезпечення 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(
Шардинг: дослідження та спроби
Ми розглянемо кілька відомих рішень технології Шардингу публічних блокчейнів, щоб обговорити інноваційність Shardeum.
) Обчислення Шардингу
Zilliqa є однією з перших платформ для смарт-контрактів, яка спробувала Шардинг. Вона використовує обчислювальний Шардинг, розподіляючи роботу з перевірки транзакцій між різними Шардингами. Але оскільки кожен вузол все ще отримує всі транзакції та оновлює всі статуси рахунків, мережевий трафік і операції зберігання залишаються вузьким місцем.
статичний стан Шардинг
Більш універсальним методом Шардингу є розподіл адресного простору рахунків на фіксовані розміри Шардів та призначення вузлів різним Шардам. Такі платформи, як Near, Elrond і Harmony, використовують цей метод.
! [Шардеум: Ще одна можливість шардингу]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-4227a2e49f76cd01b23d7b5398e51a3c.webp(
)# Концепція шардингу даних Ethereum
Ethereum планує впровадити дані Шардинг для підвищення доступності. Один з варіантів базується на "доступності даних" Шардингу, використовуючи "вибірку доступності даних" для підтвердження, чи є всі дані доступними. Інший варіант - додати додаткові функції для кожного Шардингу, щоб зробити їх більш схожими на поточну мережу Ethereum.
Гармонія
Harmony використовує стандартний метод Шардингу, має одну сигнальну ланцюг, яка координує кілька Шардів. Він використовує ефективний механізм підтвердження частки ###EPoS( і безпечну технологію випадкового Шардингу, щоб розподілити токени великих стейкерів на кілька Шардів, запобігаючи атакам на один Шард.
)# Елронд
Elrond використовує адаптивний Шардинг, динамічно налаштовуючи кількість шарів. Він використовує безпечний механізм консенсусу на основі доказу частки, а також забезпечує швидку детермінацію міжшаргових транзакцій через мета-ланцюг ###Meta Chain(.
)# Близько
Near запропонував протокол Nightshade ###, який моделює систему як єдину блокчейн, реалізуючи Шардинг на рівні блоків. Він не має окремих шард-ланцюгів, натомість усі виробники блоків і валідатори будують один головний ланцюг.
Shardeum запропонувала два нові рішення для подолання обмежень існуючої технології Шардингу:
( Торговий рівень консенсусу
Shardeum поєднує доказ законної кількості учасників ) PoQ ### та доказ частки ( PoS ), досягаючи консенсусу на рівні транзакцій, а не блоків. Це дозволяє обробляти транзакції одночасно через шардінг, усуваючи складність, необхідну для забезпечення атомарної обробки.
( Лінійне розширення
Shardeum використовує динамічний стан Шардинг, що дозволяє кожному вузлу мати різні та перекриваючі діапазони адрес. Цей підхід має вищу складність, але забезпечує справжнє лінійне масштабування.
Shardeum наразі має 10 шардингів, кожен з яких має 128 вузлів, всього 1280 вузлів. У четвертому кварталі 2022 року очікується запуск основної мережі. На тестовій мережі Liberty 2.0 Shardeum вже продемонстрував здатність 100 TPS.
! [Шардеум: Ще одна можливість шардингу])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-678011ec0d792ac05e80a6b209c82d43.webp###
Висновок
Справжній Шардинг і масштабована блокчейн-технологія потребують створення з нуля, так само, як і сильна спільнота вимагає постійних зусиль. Тестова мережа Shardeum отримала широку увагу після запуску, хоча й стикнулася з сумнівами, але ми віримо, що шлях до прогресу завжди тернистий.
Як сказано в давній мудрості: "Держава має шість посад, серед яких є і праця людей. Хтось сидить і міркує, а хтось діє". Jsquare сподівається, що більше будівельників приєднаються до дослідження децентралізації та Шардингу. Ми віримо, що лише в умовах масового впровадження Web3 високо якісні й продуктивні децентралізовані блокчейни зможуть вирізнятися. Ті громади, які пройшли через сумніви, обговорення та повторні доведення, зможуть йти далі на шляху децентралізації.
Ця сторінка може містити контент третіх осіб, який надається виключно в інформаційних цілях (не в якості запевнень/гарантій) і не повинен розглядатися як схвалення його поглядів компанією Gate, а також як фінансова або професійна консультація. Див. Застереження для отримання детальної інформації.
12 лайків
Нагородити
12
5
Поділіться
Прокоментувати
0/400
Lonely_Validator
· 12год тому
v神 не говорить, ніхто не знає, що робити
Переглянути оригіналвідповісти на0
HodlBeliever
· 13год тому
Все ще вирішує базова ситуація. Тримайте 2000 днів, вірте лише у Внутрішню вартість.
Ethereum до Shardeum: еволюція та інновації технології Шардингу
Шардинг технології: шлях інновацій від Ethereum до Shardeum
15 вересня 2022 року Ethereum завершив довгоочікуване злиття (Merge). Це оновлення перетворило Ethereum з механізму доказу роботи (PoW) на механізм доказу частки (PoS), але безпосередньо не призвело до підвищення масштабованості, безпеки та стійкості. Для досягнення цих цілей потрібні більш комплексні рішення, включаючи основну мережу з можливостями Шардингу та покращені рішення Layer2 для масштабованості.
Шардинг — це рішення для розширення в умовах трилеми масштабованості. Він ділить вузли в мережі на менші групи, обробляючи різні набори транзакцій і реалізуючи паралельну обробку. Розподіляючи навантаження обробки даних по всій мережі, Шардинг може підвищити ефективність обробки, подібно до того, як магазини збільшують кількість кас, щоб зменшити час очікування.
Хоча принцип Шардингу простий і зрозумілий, під час реалізації все ще виникає безліч проблем. У цій статті буде розглянуто напрямки розвитку технології Шардингу та її труднощі, а також складено карту для дослідників Шардингу. Одночасно, порівнюючи існуючі рішення Шардингу, буде виявлено спільні проблеми та запропоновано новий напрямок дослідження: Shardeum та динамічний Шардинг.
! Шардеум: Ще одна можливість шардингу
Про "Шардинг"
Виходячи з Ethereum як початкової точки, ми можемо розділити методи масштабування блокчейну на дві великі категорії:
Вертикальне масштабування ( Vertical Scaling ): досягається шляхом підвищення продуктивності існуючого апаратного забезпечення системи. Цей підхід є простим і ефективним, підходить для сценаріїв, чутливих до затримки, але обмежує рівень децентралізації мережі.
Горизонтальне масштабування(Horizontal Scaling): основних три підходи:
Ці ідеї щодо масштабування не існують ізольовано, кожне рішення шукає баланс у неможливому трикутнику, поєднуючи економічні стимули, щоб досягти ефективного балансу на макро- та мікрорівнях.
Для обговорення "Шардинг" нам потрібно з нуля розглянути кілька ключових питань:
! Шардеум: Ще одна можливість шардингу
Мережевий Шардинг (Network Sharding )
Мережевий Шардинг означає поділ блокчейн-мережі на Шарди, які обробляють ланцюгові транзакції та борються за право ведення обліку. Основною проблемою є те, що, оскільки вузли розподіляються по різних Шардам, труднощі та витрати для нападників значно знижуються.
Рішення зазвичай полягає в створенні певного рівня непередбачуваності, щоб звести до мінімуму ймовірність успіху нападника. Наприклад, Ethereum кожні 6.4 хвилини випадковим чином обирає валідатор для певного Шардингу та проводить ротацію.
Однак, випадковість у блокчейні сама по собі є складною темою. Багато існуючих проектів розробили окремі ланцюги для підтримки всієї мережі, такі як Ethereum та Beacon-ланцюг Near, Relay-ланцюг PolkaDot, Cosmos Hub Cosmos.
Транзакційний Шардинг (
Торговий шардинг означає встановлення правил для визначення, до яких шардів будуть розподілені транзакції. Модель бухгалтерського обліку блокчейну вплине на розробку торгового шардингу.
Наразі існує два основні способи обліку:
Модель UTXO: типовим представником є біткойн. У моделі UTXO транзакційне Шардинг потребує міжшардингового зв'язку. Одним із можливих способів є використання хеш-функції для розподілу транзакцій між різними Шардингами.
Модель рахунку/балансу: представляє, як Ethereum. Як тільки транзакції розбиваються за адресою відправника, можна забезпечити, що кілька транзакцій одного й того ж рахунку обробляються в одному шарді, ефективно запобігаючи подвійним витратам. Тому більшість блокчейнів, що використовують технологію шардінгу, застосовують систему бухгалтерії рахунків.
) статус Шардинг ###State Sharding (
Стан розподілу даних блокчейну вказує на те, як інформація зберігається в різних шарах. Це найбільша проблема технології шардінгу, оскільки в механізмі шардінгу транзакції розподіляються по різних шарах відповідно до адреси, а стан зберігається лише в шарі, до якого належить його адреса.
Основним викликом є обробка міжшардингових )Cross-Sharding( транзакцій. Наприклад, якщо рахунок A переводить кошти на рахунок B, а два рахунки знаходяться в різних шарах. У цьому випадку необхідне міжшардингове спілкування, що може знизити ефективність обробки транзакцій.
Є два основні підходи для вирішення цієї проблеми:
Синхронний міжшардинг)Synchronous(: також відомий як тісна прив'язка)Tight Coupling(. Щоразу, коли виконується міжшардинг транзакція, відповідні блоки відбуваються одночасно, а вузли шардів співпрацюють для виконання транзакції.
Асиметричний крос-шардинг)Asynchronous(: також відомий як вільне з'єднання)Loosely Coupling(. Цей спосіб більше застосовується, наприклад, у NEAR, Ethereum, Cosmos, Kadena тощо. Найбільшим викликом є забезпечення 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(
Шардинг: дослідження та спроби
Ми розглянемо кілька відомих рішень технології Шардингу публічних блокчейнів, щоб обговорити інноваційність Shardeum.
) Обчислення Шардингу
Zilliqa є однією з перших платформ для смарт-контрактів, яка спробувала Шардинг. Вона використовує обчислювальний Шардинг, розподіляючи роботу з перевірки транзакцій між різними Шардингами. Але оскільки кожен вузол все ще отримує всі транзакції та оновлює всі статуси рахунків, мережевий трафік і операції зберігання залишаються вузьким місцем.
статичний стан Шардинг
Більш універсальним методом Шардингу є розподіл адресного простору рахунків на фіксовані розміри Шардів та призначення вузлів різним Шардам. Такі платформи, як Near, Elrond і Harmony, використовують цей метод.
! [Шардеум: Ще одна можливість шардингу]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-4227a2e49f76cd01b23d7b5398e51a3c.webp(
)# Концепція шардингу даних Ethereum
Ethereum планує впровадити дані Шардинг для підвищення доступності. Один з варіантів базується на "доступності даних" Шардингу, використовуючи "вибірку доступності даних" для підтвердження, чи є всі дані доступними. Інший варіант - додати додаткові функції для кожного Шардингу, щоб зробити їх більш схожими на поточну мережу Ethereum.
Гармонія
Harmony використовує стандартний метод Шардингу, має одну сигнальну ланцюг, яка координує кілька Шардів. Він використовує ефективний механізм підтвердження частки ###EPoS( і безпечну технологію випадкового Шардингу, щоб розподілити токени великих стейкерів на кілька Шардів, запобігаючи атакам на один Шард.
)# Елронд
Elrond використовує адаптивний Шардинг, динамічно налаштовуючи кількість шарів. Він використовує безпечний механізм консенсусу на основі доказу частки, а також забезпечує швидку детермінацію міжшаргових транзакцій через мета-ланцюг ###Meta Chain(.
)# Близько
Near запропонував протокол Nightshade ###, який моделює систему як єдину блокчейн, реалізуючи Шардинг на рівні блоків. Він не має окремих шард-ланцюгів, натомість усі виробники блоків і валідатори будують один головний ланцюг.
! Шардеум: Ще одна можливість шардингу
Shardeum та динамічний Шардинг
Shardeum запропонувала два нові рішення для подолання обмежень існуючої технології Шардингу:
( Торговий рівень консенсусу
Shardeum поєднує доказ законної кількості учасників ) PoQ ### та доказ частки ( PoS ), досягаючи консенсусу на рівні транзакцій, а не блоків. Це дозволяє обробляти транзакції одночасно через шардінг, усуваючи складність, необхідну для забезпечення атомарної обробки.
( Лінійне розширення
Shardeum використовує динамічний стан Шардинг, що дозволяє кожному вузлу мати різні та перекриваючі діапазони адрес. Цей підхід має вищу складність, але забезпечує справжнє лінійне масштабування.
Shardeum наразі має 10 шардингів, кожен з яких має 128 вузлів, всього 1280 вузлів. У четвертому кварталі 2022 року очікується запуск основної мережі. На тестовій мережі Liberty 2.0 Shardeum вже продемонстрував здатність 100 TPS.
! [Шардеум: Ще одна можливість шардингу])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-678011ec0d792ac05e80a6b209c82d43.webp###
Висновок
Справжній Шардинг і масштабована блокчейн-технологія потребують створення з нуля, так само, як і сильна спільнота вимагає постійних зусиль. Тестова мережа Shardeum отримала широку увагу після запуску, хоча й стикнулася з сумнівами, але ми віримо, що шлях до прогресу завжди тернистий.
Як сказано в давній мудрості: "Держава має шість посад, серед яких є і праця людей. Хтось сидить і міркує, а хтось діє". Jsquare сподівається, що більше будівельників приєднаються до дослідження децентралізації та Шардингу. Ми віримо, що лише в умовах масового впровадження Web3 високо якісні й продуктивні децентралізовані блокчейни зможуть вирізнятися. Ті громади, які пройшли через сумніви, обговорення та повторні доведення, зможуть йти далі на шляху децентралізації.
! Шардеум: Ще одна можливість шардингу
! Shardeum: Ще одна можливість шардингу
! Шардеум: Ще одна можливість шардингу