Exploração da tecnologia de fragmentação: o caminho de inovação de Ethereum para Shardeum
No dia 15 de setembro de 2022, o Ethereum completou a aguardada fusão (Merge). Esta atualização transformou o Ethereum de um mecanismo de prova de trabalho (PoW) para um mecanismo de prova de participação (PoS), mas não trouxe diretamente maior escalabilidade, segurança e sustentabilidade. Para alcançar esses objetivos, são necessárias soluções mais abrangentes, incluindo uma rede principal com capacidade de fragmentação e soluções Layer2 que aumentem a escalabilidade.
Fragmentação é uma solução de escalabilidade para o dilema da escalabilidade. Ela divide os nós na rede em grupos menores, processando diferentes conjuntos de transações e permitindo o processamento paralelo. Ao compartilhar a carga de processamento dos dados da rede inteira, a fragmentação pode aumentar a eficiência do processamento, semelhante a lojas que adicionam canais de caixa para reduzir o tempo de espera.
Embora o princípio da fragmentação seja simples e direto, ainda enfrenta muitos desafios durante a implementação. Este artigo irá traçar as direções de desenvolvimento e os dilemas da tecnologia de fragmentação, criando um mapa para os exploradores de fragmentação. Ao mesmo tempo, comparando as soluções de fragmentação existentes, identificará problemas comuns e proporá uma nova direção de exploração: Shardeum e fragmentação dinâmica.
Sobre "Fragmentação"
A partir do Ethereum como ponto de referência, podemos dividir os métodos de escalabilidade da blockchain em duas grandes categorias:
Escalabilidade Vertical(Vertical Scaling): Alcançada através do aumento do desempenho do hardware existente do sistema. Este método é simples e eficaz, adequado para cenários sensíveis à latência, mas limita o grau de descentralização da rede.
Escalonamento Horizontal(Horizontal Scaling): Existem principalmente três abordagens:
Distribuir a carga de cálculo das transações em várias blockchains independentes
Blockchain modular, dividindo a infraestrutura em camada de execução, camada de disponibilidade de dados e camada de consenso
Dividir uma blockchain em vários fragmentos e executar em paralelo
Essas ideias de escalabilidade não existem de forma isolada, cada solução busca um equilíbrio no triângulo impossível, combinando o design de mecanismos de incentivo econômico para alcançar um equilíbrio eficaz em níveis macro e micro.
Para discutir "Fragmentação", precisamos revisar algumas questões-chave desde o início:
Como determinar a quais fragmentos pertencem os nós/validadores da rede? Ou seja, fragmentação da rede (Network Sharding)
Como determinar a qual fragmentação cada transação é atribuída? Ou seja, fragmentação de transação (Transaction Sharding)
Como os dados da blockchain são armazenados em diferentes fragmentos? Ou seja, fragmentação de estado (State Sharding)
Como evitar a fragmentação da segurança do sistema inteiro?
Fragmentação (Network Sharding )
A fragmentação da rede refere-se à divisão da rede blockchain em fragmentos, permitindo que cada fragmento processe transações na cadeia e dispute o direito de contabilização. O principal desafio é que, à medida que os nós são alocados em diferentes fragmentos, a dificuldade e o custo para os atacantes diminuem drasticamente.
A solução geralmente é construir um certo nível de aleatoriedade imparcial, reduzindo ao mínimo a probabilidade de sucesso do atacante. Por exemplo, o Ethereum seleciona aleatoriamente um validador de uma fragmentação a cada 6,4 minutos e realiza a rotação.
No entanto, a aleatoriedade na blockchain é, por si só, um tópico desafiador. Muitos dos desenhos existentes desenvolveram cadeias separadas para manter toda a rede, como a cadeia Beacon do Ethereum e do Near, a cadeia Relay do PolkaDot, e o Cosmos Hub do Cosmos.
交易分片(Fragmentação de Transações)
A fragmentação de transações refere-se à formulação de regras para determinar a quais fragmentos as transações serão alocadas. O modelo de livro-razão da blockchain afetará o desenvolvimento da fragmentação de transações.
Atualmente, existem dois principais métodos de contabilidade:
Modelo UTXO: Um representante típico é o Bitcoin. No modelo UTXO, a fragmentação de transações requer comunicação entre fragmentos. Uma possível maneira é usar funções de hash para distribuir transações entre diferentes fragmentos.
Modelo de Conta/Saldo: Representa como Ethereum. Ao fragmentar as transações de acordo com o endereço do remetente, é possível garantir que múltiplas transações da mesma conta sejam processadas na mesma fragmentação, prevenindo efetivamente o gasto duplo. Assim, a maioria das blockchains que utilizam a tecnologia de fragmentação adotam um sistema de livro-razão de contas.
Estado de Fragmentação (State Sharding )
A fragmentação de estado refere-se a como os dados da blockchain são distribuídos e armazenados em diferentes fragmentos. Este é o maior desafio da tecnologia de fragmentação, pois sob o mecanismo de fragmentação, as transações são alocadas para serem processadas em diferentes fragmentos com base nos endereços, e o estado é armazenado apenas no fragmento onde o seu endereço se encontra.
O principal desafio é lidar com transações de (Cross-Sharding) entre fragmentações. Por exemplo, quando a conta A transfere para a conta B, e as duas contas estão em fragmentações diferentes. Nessa situação, é necessária comunicação entre fragmentações, o que pode reduzir a eficiência do processamento de transações.
Existem duas abordagens principais para resolver este problema:
Sincronização entre Fragmentação ( Synchronous ): Também conhecido como acoplamento apertado ( Tight Coupling ). Sempre que uma transação entre fragmentos é executada, os blocos relevantes ocorrem ao mesmo tempo e os nós dos fragmentos colaboram para executar a transação.
Fragmentação Assíncrona ( Asynchronous ): Também conhecida como Acoplamento Laxo ( Loosely Coupling ). Esta abordagem é mais amplamente aplicada, como NEAR, Ethereum, Cosmos, Kadena, entre outros. O maior desafio é garantir a atomicidade das transações.
Fragmentação: exploração e tentativas
Vamos rever algumas soluções de tecnologia de fragmentação de blockchains públicas conhecidas, a fim de explorar a inovação do Shardeum.
Cálculo de Fragmentação
Zilliqa é uma das primeiras plataformas de contratos inteligentes a tentar a fragmentação. Ela adota uma abordagem de fragmentação computacional, dividindo o trabalho de validação de transações em diferentes fragmentos. No entanto, como cada nó ainda recebe todas as transações e atualiza todos os estados de conta, a largura de banda da rede e as operações de armazenamento continuam a ser um gargalo.
Estado Estático de Fragmentação
Um método de fragmentação mais genérico é dividir o espaço de endereços da conta em fragmentos de tamanho fixo e alocar nós a diferentes fragmentos. Plataformas como Near, Elrond e Harmony adotam esse método.
A concepção de fragmentação de dados do Ethereum
Ethereum planeia implementar fragmentação de dados para aumentar a disponibilidade. Uma proposta é baseada na "disponibilidade de dados" da fragmentação, utilizando a "amostragem de disponibilidade de dados" para confirmar se todos os dados estão disponíveis. Outra proposta é adicionar funcionalidades extras a cada fragmento, tornando-o mais semelhante à atual rede principal do Ethereum.
Harmony
Harmony utiliza um método de fragmentação padrão, possuindo uma cadeia de referência que coordena múltiplas fragmentações. Ele utiliza o mecanismo de Prova de Participação Eficaz (EPoS) e a técnica de fragmentação aleatória segura, distribuindo os tokens apostados por grandes detentores em várias fragmentações, evitando que uma única fragmentação seja atacada.
Elrond
Elrond utiliza fragmentação de estado adaptativa, ajustando dinamicamente o número de fragmentos. Ele usa um mecanismo de consenso de prova de participação seguro e realiza a determinação rápida de transações entre fragmentos através da Meta Chain(.
)# Perto
A Near apresentou o protocolo Nightshade ###, modelando o sistema como uma única blockchain, realizando a fragmentação a nível de bloco. Não há uma cadeia de fragmentação, mas todos os produtores e validadores de blocos estão a construir uma cadeia principal.
Shardeum e Fragmentação de Estado Dinâmico
A Shardeum propôs duas soluções inovadoras para lidar com as limitações da tecnologia de Fragmentação existente:
( Consenso de nível de transação
A Shardeum combina a prova de número legal ) PoQ ### e a prova de participação ( PoS ), alcançando consenso a nível de transação em vez de a nível de bloco. Isso permite o processamento simultâneo de transações entre fragmentos, eliminando a complexidade necessária para garantir o processamento atômico.
( expansão linear
Shardeum usa fragmentação de estado dinâmica, permitindo que cada nó tenha diferentes e sobrepostas faixas de endereços. Este método tem uma complexidade maior, mas alcança uma verdadeira escalabilidade linear.
Shardeum atualmente tem 10 fragmentações, cada fragmentação com 128 nós, totalizando 1280 nós. No quarto trimestre de 2022, a rede principal está prevista para ser lançada. Na rede de testes Liberty 2.0, Shardeum já demonstrou capacidade de 100 TPS.
![Explicação detalhada da nova blockchain Shardeum: Fragmentação como uma nova possibilidade])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-678011ec0d792ac05e80a6b209c82d43.webp###
Conclusão
Uma verdadeira fragmentação e uma blockchain escalável precisam ser construídas desde o início; da mesma forma, uma comunidade forte também requer esforços contínuos. Depois que a rede de testes da Shardeum foi lançada, recebeu ampla atenção, embora também enfrente questionamentos, mas acreditamos que o caminho do progresso é sempre tortuoso.
Como diz o provérbio antigo, "O país tem seis funções, e os artesãos estão entre elas. Alguns sentam-se e discutem, enquanto outros agem". A Jsquare espera que mais construtores se juntem à exploração da descentralização e da fragmentação. Acreditamos que apenas com a adoção em larga escala do Web3, cadeias públicas descentralizadas de alta qualidade e alto desempenho poderão se destacar. Aqueles que passaram por questionamentos, discussões e repetidos argumentos são os que poderão avançar mais no caminho da descentralização.
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Lonely_Validator
· 15h atrás
v God não diz nada e ninguém sabe como lidar.
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HodlBeliever
· 15h atrás
Ainda é o fundamento que conta. Manter por 2000 dias. Só acredito no Valor intrínseco.
Ethereum para Shardeum: A evolução e inovação da tecnologia de fragmentação
Exploração da tecnologia de fragmentação: o caminho de inovação de Ethereum para Shardeum
No dia 15 de setembro de 2022, o Ethereum completou a aguardada fusão (Merge). Esta atualização transformou o Ethereum de um mecanismo de prova de trabalho (PoW) para um mecanismo de prova de participação (PoS), mas não trouxe diretamente maior escalabilidade, segurança e sustentabilidade. Para alcançar esses objetivos, são necessárias soluções mais abrangentes, incluindo uma rede principal com capacidade de fragmentação e soluções Layer2 que aumentem a escalabilidade.
Fragmentação é uma solução de escalabilidade para o dilema da escalabilidade. Ela divide os nós na rede em grupos menores, processando diferentes conjuntos de transações e permitindo o processamento paralelo. Ao compartilhar a carga de processamento dos dados da rede inteira, a fragmentação pode aumentar a eficiência do processamento, semelhante a lojas que adicionam canais de caixa para reduzir o tempo de espera.
Embora o princípio da fragmentação seja simples e direto, ainda enfrenta muitos desafios durante a implementação. Este artigo irá traçar as direções de desenvolvimento e os dilemas da tecnologia de fragmentação, criando um mapa para os exploradores de fragmentação. Ao mesmo tempo, comparando as soluções de fragmentação existentes, identificará problemas comuns e proporá uma nova direção de exploração: Shardeum e fragmentação dinâmica.
Sobre "Fragmentação"
A partir do Ethereum como ponto de referência, podemos dividir os métodos de escalabilidade da blockchain em duas grandes categorias:
Escalabilidade Vertical(Vertical Scaling): Alcançada através do aumento do desempenho do hardware existente do sistema. Este método é simples e eficaz, adequado para cenários sensíveis à latência, mas limita o grau de descentralização da rede.
Escalonamento Horizontal(Horizontal Scaling): Existem principalmente três abordagens:
Essas ideias de escalabilidade não existem de forma isolada, cada solução busca um equilíbrio no triângulo impossível, combinando o design de mecanismos de incentivo econômico para alcançar um equilíbrio eficaz em níveis macro e micro.
Para discutir "Fragmentação", precisamos revisar algumas questões-chave desde o início:
Fragmentação (Network Sharding )
A fragmentação da rede refere-se à divisão da rede blockchain em fragmentos, permitindo que cada fragmento processe transações na cadeia e dispute o direito de contabilização. O principal desafio é que, à medida que os nós são alocados em diferentes fragmentos, a dificuldade e o custo para os atacantes diminuem drasticamente.
A solução geralmente é construir um certo nível de aleatoriedade imparcial, reduzindo ao mínimo a probabilidade de sucesso do atacante. Por exemplo, o Ethereum seleciona aleatoriamente um validador de uma fragmentação a cada 6,4 minutos e realiza a rotação.
No entanto, a aleatoriedade na blockchain é, por si só, um tópico desafiador. Muitos dos desenhos existentes desenvolveram cadeias separadas para manter toda a rede, como a cadeia Beacon do Ethereum e do Near, a cadeia Relay do PolkaDot, e o Cosmos Hub do Cosmos.
交易分片(Fragmentação de Transações)
A fragmentação de transações refere-se à formulação de regras para determinar a quais fragmentos as transações serão alocadas. O modelo de livro-razão da blockchain afetará o desenvolvimento da fragmentação de transações.
Atualmente, existem dois principais métodos de contabilidade:
Modelo UTXO: Um representante típico é o Bitcoin. No modelo UTXO, a fragmentação de transações requer comunicação entre fragmentos. Uma possível maneira é usar funções de hash para distribuir transações entre diferentes fragmentos.
Modelo de Conta/Saldo: Representa como Ethereum. Ao fragmentar as transações de acordo com o endereço do remetente, é possível garantir que múltiplas transações da mesma conta sejam processadas na mesma fragmentação, prevenindo efetivamente o gasto duplo. Assim, a maioria das blockchains que utilizam a tecnologia de fragmentação adotam um sistema de livro-razão de contas.
Estado de Fragmentação (State Sharding )
A fragmentação de estado refere-se a como os dados da blockchain são distribuídos e armazenados em diferentes fragmentos. Este é o maior desafio da tecnologia de fragmentação, pois sob o mecanismo de fragmentação, as transações são alocadas para serem processadas em diferentes fragmentos com base nos endereços, e o estado é armazenado apenas no fragmento onde o seu endereço se encontra.
O principal desafio é lidar com transações de (Cross-Sharding) entre fragmentações. Por exemplo, quando a conta A transfere para a conta B, e as duas contas estão em fragmentações diferentes. Nessa situação, é necessária comunicação entre fragmentações, o que pode reduzir a eficiência do processamento de transações.
Existem duas abordagens principais para resolver este problema:
Sincronização entre Fragmentação ( Synchronous ): Também conhecido como acoplamento apertado ( Tight Coupling ). Sempre que uma transação entre fragmentos é executada, os blocos relevantes ocorrem ao mesmo tempo e os nós dos fragmentos colaboram para executar a transação.
Fragmentação Assíncrona ( Asynchronous ): Também conhecida como Acoplamento Laxo ( Loosely Coupling ). Esta abordagem é mais amplamente aplicada, como NEAR, Ethereum, Cosmos, Kadena, entre outros. O maior desafio é garantir a atomicidade das transações.
Fragmentação: exploração e tentativas
Vamos rever algumas soluções de tecnologia de fragmentação de blockchains públicas conhecidas, a fim de explorar a inovação do Shardeum.
Cálculo de Fragmentação
Zilliqa é uma das primeiras plataformas de contratos inteligentes a tentar a fragmentação. Ela adota uma abordagem de fragmentação computacional, dividindo o trabalho de validação de transações em diferentes fragmentos. No entanto, como cada nó ainda recebe todas as transações e atualiza todos os estados de conta, a largura de banda da rede e as operações de armazenamento continuam a ser um gargalo.
Estado Estático de Fragmentação
Um método de fragmentação mais genérico é dividir o espaço de endereços da conta em fragmentos de tamanho fixo e alocar nós a diferentes fragmentos. Plataformas como Near, Elrond e Harmony adotam esse método.
A concepção de fragmentação de dados do Ethereum
Ethereum planeia implementar fragmentação de dados para aumentar a disponibilidade. Uma proposta é baseada na "disponibilidade de dados" da fragmentação, utilizando a "amostragem de disponibilidade de dados" para confirmar se todos os dados estão disponíveis. Outra proposta é adicionar funcionalidades extras a cada fragmento, tornando-o mais semelhante à atual rede principal do Ethereum.
Harmony
Harmony utiliza um método de fragmentação padrão, possuindo uma cadeia de referência que coordena múltiplas fragmentações. Ele utiliza o mecanismo de Prova de Participação Eficaz (EPoS) e a técnica de fragmentação aleatória segura, distribuindo os tokens apostados por grandes detentores em várias fragmentações, evitando que uma única fragmentação seja atacada.
Elrond
Elrond utiliza fragmentação de estado adaptativa, ajustando dinamicamente o número de fragmentos. Ele usa um mecanismo de consenso de prova de participação seguro e realiza a determinação rápida de transações entre fragmentos através da Meta Chain(.
)# Perto
A Near apresentou o protocolo Nightshade ###, modelando o sistema como uma única blockchain, realizando a fragmentação a nível de bloco. Não há uma cadeia de fragmentação, mas todos os produtores e validadores de blocos estão a construir uma cadeia principal.
Shardeum e Fragmentação de Estado Dinâmico
A Shardeum propôs duas soluções inovadoras para lidar com as limitações da tecnologia de Fragmentação existente:
( Consenso de nível de transação
A Shardeum combina a prova de número legal ) PoQ ### e a prova de participação ( PoS ), alcançando consenso a nível de transação em vez de a nível de bloco. Isso permite o processamento simultâneo de transações entre fragmentos, eliminando a complexidade necessária para garantir o processamento atômico.
( expansão linear
Shardeum usa fragmentação de estado dinâmica, permitindo que cada nó tenha diferentes e sobrepostas faixas de endereços. Este método tem uma complexidade maior, mas alcança uma verdadeira escalabilidade linear.
Shardeum atualmente tem 10 fragmentações, cada fragmentação com 128 nós, totalizando 1280 nós. No quarto trimestre de 2022, a rede principal está prevista para ser lançada. Na rede de testes Liberty 2.0, Shardeum já demonstrou capacidade de 100 TPS.
![Explicação detalhada da nova blockchain Shardeum: Fragmentação como uma nova possibilidade])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-678011ec0d792ac05e80a6b209c82d43.webp###
Conclusão
Uma verdadeira fragmentação e uma blockchain escalável precisam ser construídas desde o início; da mesma forma, uma comunidade forte também requer esforços contínuos. Depois que a rede de testes da Shardeum foi lançada, recebeu ampla atenção, embora também enfrente questionamentos, mas acreditamos que o caminho do progresso é sempre tortuoso.
Como diz o provérbio antigo, "O país tem seis funções, e os artesãos estão entre elas. Alguns sentam-se e discutem, enquanto outros agem". A Jsquare espera que mais construtores se juntem à exploração da descentralização e da fragmentação. Acreditamos que apenas com a adoção em larga escala do Web3, cadeias públicas descentralizadas de alta qualidade e alto desempenho poderão se destacar. Aqueles que passaram por questionamentos, discussões e repetidos argumentos são os que poderão avançar mais no caminho da descentralização.