Шардинг технологии: Путь инноваций от Ethereum к Shardeum
15 сентября 2022 года Ethereum завершил долгожданное слияние (Merge). Это обновление преобразовало Ethereum из механизма доказательства работы (PoW) в механизм доказательства доли (PoS), но не привело к непосредственному увеличению масштабируемости, безопасности и устойчивости. Для достижения этих целей требуется более комплексное решение, включая основную сеть с возможностями шардинга и решения Layer2, увеличивающие масштабируемость.
Шардинг является решением для масштабирования в условиях тройственного парадокса масштабируемости. Он разделяет узлы в сети на меньшие группы, обрабатывающие различные наборы транзакций и реализующие параллельную обработку. Распределяя нагрузку по обработке данных всей сети, шардинг может повысить эффективность обработки, аналогично тому, как магазины увеличивают количество кассовых точек, чтобы сократить время ожидания в очереди.
Хотя принцип Шардинга прост и понятен, в процессе реализации он все же сталкивается с многочисленными проблемами. В этой статье будут рассмотрены направления развития технологии Шардинга и ее трудности, составлена карта маршрутов для исследователей Шардинга. Также будет проведено сравнение существующих решений по Шардингу, выявлены общие проблемы и предложено новое направление исследований: Shardeum и динамический Шардинг.
Исходя из Эфира как начальной точки, мы можем разделить методы масштабируемости блокчейна на две основные категории:
Вертикальное масштабирование(Vertical Scaling): достигается за счет повышения производительности существующего аппаратного обеспечения системы. Этот метод прост и эффективен, подходит для сценариев, чувствительных к задержкам, но ограничивает степень децентрализации сети.
Горизонтальное масштабирование(Horizontal Scaling): Основные три подхода:
Распределить вычислительную нагрузку транзакций по нескольким независимым блокчейнам
Модульная блокчейн-система, которая разделяет инфраструктуру на уровень исполнения, уровень доступности данных и уровень консенсуса.
Разделите одну блокчейн на несколько шардингов для параллельного выполнения
Эти идеи расширения не существуют изолированно, каждое решение ищет баланс в невозможном треугольнике, в сочетании с проектированием экономических стимулов, чтобы достичь эффективного баланса на макро- и микроуровнях.
Чтобы обсудить "Шардинг", нам нужно сначала рассмотреть несколько ключевых вопросов:
Как определить, к какому шардированию относятся узлы/валидаторы всей сети? То есть сетевое шардирование (Network Sharding)
Как определить, как каждая транзакция распределяется по какому шард? То есть шардирование транзакции (Transaction Sharding)
Как хранятся данные блокчейна в разных Шардинг? То есть состояние Шардинг (State Sharding)
Сетевое шардирование означает разделение сети блокчейна на фрагменты, позволяя каждому фрагменту обрабатывать транзакции на цепочке и конкурировать за право ведения учета. Основная проблема заключается в том, что по мере того, как узлы распределяются по различным фрагментам, сложность и стоимость атак для злоумышленников значительно снижаются.
Решения обычно заключаются в создании определенного уровня непредвзятой случайности, чтобы минимизировать вероятность успеха злоумышленника. Например, Ethereum каждые 6,4 минуты случайным образом выбирает валидатора для определенного шардинга и проводит ротацию.
Однако случайность в блокчейне сама по себе является сложной темой. Многие существующие проекты разработали отдельные цепочки для поддержания всей сети, такие как Эфир и Beacon-цепочка Near, Relay-цепочка PolkaDot, Cosmos Hub Cosmos.
Шардирование транзакций (Transaction Sharding)
Торговый Шардинг означает установление правил для определения, какие транзакции будут распределены по каким Шардам. Модель бухгалтерского учета блокчейна будет влиять на разработку торгового Шардинга.
В настоящее время существуют два основных способа учета:
Модель UTXO: Типичным представителем является Биткойн. В модели UTXO для разделения транзакций требуется межшардовая коммуникация. Один из возможных способов - использовать хэш-функцию для распределения транзакций по различным шартам.
Модель аккаунта/баланса: представляет собой, например, Эфир. Достаточно разделить транзакции по адресу отправителя, чтобы гарантировать, что несколько транзакций одного и того же аккаунта обрабатываются в одной шардинге, что эффективно предотвращает двойные траты. Поэтому большинство блокчейнов, использующих технологию шардинга, применяют систему бухгалтерских книг аккаунтов.
состояние Шардинг (State Sharding )
Состояние Шардинга означает, как данные блокчейна распределяются и хранятся в разных Шардах. Это самая большая проблема технологии Шардинга, потому что в механизме Шардинга транзакции обрабатываются в разных Шардах в зависимости от адреса, а состояние будет храниться только в Шарде, соответствующем его адресу.
Основная проблема заключается в обработке транзакций Cross-Sharding ( между различными шарами. Например, если аккаунт A переводит средства аккаунту B, и оба аккаунта находятся в разных шарах. В этом случае необходимо осуществлять межшаровую связь, что может снизить эффективность обработки транзакций.
Есть два основных подхода для решения этой проблемы:
Синхронный кросс-шардинг)Synchronous(: также известный как тесная связь)Tight Coupling(. Каждый раз при выполнении кросс-шардинг транзакции соответствующие блоки происходят одновременно, и узлы каждого шарда совместно выполняют транзакцию.
Асимметричный кросс-шардинг ) Асимметричный (: также известен как Слабо связанный ). Этот подход более широко применяется, например, в NEAR, Ethereum, Cosmos, Kadena и других. Главная проблема заключается в обеспечении атомарности транзакций.
Мы рассмотрим несколько известных решений по технологии шардинга для публичных блокчейнов, чтобы обсудить инновационность Shardeum.
( Расчет Шардинга
Zilliqa является одной из первых платформ смарт-контрактов, которые начали использовать Шардинг. Она применяет метод вычислительного Шардинга, распределяя работу по верификации транзакций между различными шардом. Однако, поскольку каждый узел по-прежнему получает все транзакции и обновляет все состояния счетов, пропускная способность сети и операции хранения остаются узким местом.
) Статическое состояние Шардинга
Более универсальный метод Шардинга заключается в разделении пространства адресов аккаунтов на фрагменты фиксированного размера и распределении узлов по разным фрагментам. Такие платформы, как Near, Elrond и Harmony, используют этот метод.
! [Шардеум: еще одна возможность шардинга]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-4227a2e49f76cd01b23d7b5398e51a3c.webp###
(# Концепция шардинга данных Ethereum
Ethereum планирует внедрить шардинг данных для увеличения доступности. Один из вариантов основан на "доступности данных", используя "выборку доступности данных" для подтверждения доступности всех данных. Другой вариант заключается в добавлении дополнительных функций для каждого шарда, чтобы он больше походил на текущую основную сеть Ethereum.
)# Гармония
Harmony использует стандартный метод Шардинга, имея цепочку-координатор, которая координирует несколько Шардингов. Он использует механизм эффективного доказательства доли ###EPoS### и безопасную технологию случайного Шардинга, распределяя токены, заложенные крупными держателями, по нескольким Шардингам, чтобы предотвратить атаки на отдельные Шардинги.
(# Элронд
Elrond использует адаптивный Шардинг состояния, динамически регулируя количество шардов. Он использует безопасный механизм консенсуса на основе долевого участия и обеспечивает быструю детерминированность кросс-шардовых транзакций через мета-цепочку )Meta Chain###.
(# Близко
Near представил протокол Nightshade ), который моделирует систему как единую блокчейн-сеть, осуществляя шардинг на уровне блоков. Здесь нет шардинг-цепочки, вместо этого все производители блоков и валидаторы работают над созданием главной цепочки.
! [Шардеум: еще одна возможность шардинга]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-21183f66edba6389ed99a8c668bb88d6.webp(
Shardeum и динамическое состояние Шардинга
Shardeum предложила два новых решения для преодоления ограничений существующих технологий Шардинга:
) Уровень сделки консенсус
Shardeum сочетает в себе доказательство законного количества участников ( PoQ ) и доказательство доли ### PoS (, достигая согласия на уровне транзакций, а не на уровне блоков. Это позволяет обрабатывать транзакции одновременно между шардами, устраняя сложность, необходимую для обеспечения атомарной обработки.
) Линейное расширение
Shardeum использует динамическое состояние Шардинга, позволяя каждому узлу иметь разные и перекрывающиеся диапазоны адресов. Этот подход имеет более высокую сложность, но обеспечивает истинное линейное масштабирование.
Shardeum в настоящее время имеет 10 шардингов, каждый из которых содержит 128 узлов, всего 1280 узлов. В четвертом квартале 2022 года ожидается запуск основной сети. В тестовой сети Liberty 2.0 Shardeum уже продемонстрировала возможность 100 TPS.
Настоящий Шардинг и масштабируемая блокчейн-система требуют создания с нуля, так же как и сильное сообщество требует постоянных усилий. После запуска тестовой сети Shardeum она привлекла широкое внимание, хотя и столкнулась с сомнениями, но мы верим, что путь к прогрессу всегда извилист.
Как говорится в древней пословице: "В стране есть шесть должностей, сотни мастеров занимают одну из них. Кто-то сидит и рассуждает, кто-то действует". Jsquare надеется, что больше строителей присоединятся к исследованию децентрализованных технологий и Шардинга. Мы верим, что только при массовом принятии Web3 высококачественные и высокопроизводительные децентрализованные публичные блокчейны смогут выделиться. Сообщества, которые прошли через сомнения, обсуждения и многократные доказательства, смогут двигаться дальше по пути децентрализации.
! [Шардеум: еще одна возможность шардинга]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-d20b7d1dbc15c9f665151aba3a8d52de.webp(
! [Шардеум: еще одна возможность шардинга])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-93daeddd2b8a13824f6237ed7fd61163.webp(
! [Шардеум: еще одна возможность шардинга])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-d5254a1f137b64c6ce1a1f4033286822.webp(
На этой странице может содержаться сторонний контент, который предоставляется исключительно в информационных целях (не в качестве заявлений/гарантий) и не должен рассматриваться как поддержка взглядов компании Gate или как финансовый или профессиональный совет. Подробности смотрите в разделе «Отказ от ответственности» .
12 Лайков
Награда
12
5
Поделиться
комментарий
0/400
Lonely_Validator
· 6ч назад
никто не знает, что делать, пока Виталик не говорит
Посмотреть ОригиналОтветить0
HodlBeliever
· 7ч назад
По-прежнему все решает фундаментальный анализ. Держите 2000 дней. Верю только в Внутренняя стоимость.
Ethereum к Shardeum: Эволюция и инновации технологий Шардинга
Шардинг технологии: Путь инноваций от Ethereum к Shardeum
15 сентября 2022 года Ethereum завершил долгожданное слияние (Merge). Это обновление преобразовало Ethereum из механизма доказательства работы (PoW) в механизм доказательства доли (PoS), но не привело к непосредственному увеличению масштабируемости, безопасности и устойчивости. Для достижения этих целей требуется более комплексное решение, включая основную сеть с возможностями шардинга и решения Layer2, увеличивающие масштабируемость.
Шардинг является решением для масштабирования в условиях тройственного парадокса масштабируемости. Он разделяет узлы в сети на меньшие группы, обрабатывающие различные наборы транзакций и реализующие параллельную обработку. Распределяя нагрузку по обработке данных всей сети, шардинг может повысить эффективность обработки, аналогично тому, как магазины увеличивают количество кассовых точек, чтобы сократить время ожидания в очереди.
Хотя принцип Шардинга прост и понятен, в процессе реализации он все же сталкивается с многочисленными проблемами. В этой статье будут рассмотрены направления развития технологии Шардинга и ее трудности, составлена карта маршрутов для исследователей Шардинга. Также будет проведено сравнение существующих решений по Шардингу, выявлены общие проблемы и предложено новое направление исследований: Shardeum и динамический Шардинг.
! Шардеум: еще одна возможность шардинга
О "Шардинге"
Исходя из Эфира как начальной точки, мы можем разделить методы масштабируемости блокчейна на две основные категории:
Вертикальное масштабирование(Vertical Scaling): достигается за счет повышения производительности существующего аппаратного обеспечения системы. Этот метод прост и эффективен, подходит для сценариев, чувствительных к задержкам, но ограничивает степень децентрализации сети.
Горизонтальное масштабирование(Horizontal Scaling): Основные три подхода:
Эти идеи расширения не существуют изолированно, каждое решение ищет баланс в невозможном треугольнике, в сочетании с проектированием экономических стимулов, чтобы достичь эффективного баланса на макро- и микроуровнях.
Чтобы обсудить "Шардинг", нам нужно сначала рассмотреть несколько ключевых вопросов:
! Шардем: еще одна возможность шардинга
Сетевая Шардинг (Network Sharding )
Сетевое шардирование означает разделение сети блокчейна на фрагменты, позволяя каждому фрагменту обрабатывать транзакции на цепочке и конкурировать за право ведения учета. Основная проблема заключается в том, что по мере того, как узлы распределяются по различным фрагментам, сложность и стоимость атак для злоумышленников значительно снижаются.
Решения обычно заключаются в создании определенного уровня непредвзятой случайности, чтобы минимизировать вероятность успеха злоумышленника. Например, Ethereum каждые 6,4 минуты случайным образом выбирает валидатора для определенного шардинга и проводит ротацию.
Однако случайность в блокчейне сама по себе является сложной темой. Многие существующие проекты разработали отдельные цепочки для поддержания всей сети, такие как Эфир и Beacon-цепочка Near, Relay-цепочка PolkaDot, Cosmos Hub Cosmos.
Шардирование транзакций (Transaction Sharding)
Торговый Шардинг означает установление правил для определения, какие транзакции будут распределены по каким Шардам. Модель бухгалтерского учета блокчейна будет влиять на разработку торгового Шардинга.
В настоящее время существуют два основных способа учета:
Модель UTXO: Типичным представителем является Биткойн. В модели UTXO для разделения транзакций требуется межшардовая коммуникация. Один из возможных способов - использовать хэш-функцию для распределения транзакций по различным шартам.
Модель аккаунта/баланса: представляет собой, например, Эфир. Достаточно разделить транзакции по адресу отправителя, чтобы гарантировать, что несколько транзакций одного и того же аккаунта обрабатываются в одной шардинге, что эффективно предотвращает двойные траты. Поэтому большинство блокчейнов, использующих технологию шардинга, применяют систему бухгалтерских книг аккаунтов.
состояние Шардинг (State Sharding )
Состояние Шардинга означает, как данные блокчейна распределяются и хранятся в разных Шардах. Это самая большая проблема технологии Шардинга, потому что в механизме Шардинга транзакции обрабатываются в разных Шардах в зависимости от адреса, а состояние будет храниться только в Шарде, соответствующем его адресу.
Основная проблема заключается в обработке транзакций Cross-Sharding ( между различными шарами. Например, если аккаунт A переводит средства аккаунту B, и оба аккаунта находятся в разных шарах. В этом случае необходимо осуществлять межшаровую связь, что может снизить эффективность обработки транзакций.
Есть два основных подхода для решения этой проблемы:
Синхронный кросс-шардинг)Synchronous(: также известный как тесная связь)Tight Coupling(. Каждый раз при выполнении кросс-шардинг транзакции соответствующие блоки происходят одновременно, и узлы каждого шарда совместно выполняют транзакцию.
Асимметричный кросс-шардинг ) Асимметричный (: также известен как Слабо связанный ). Этот подход более широко применяется, например, в NEAR, Ethereum, Cosmos, Kadena и других. Главная проблема заключается в обеспечении атомарности транзакций.
! 10 000 слов подробное объяснение новой публичной сети Shardeum: еще одна возможность шардинга
Шардинга исследование и попытки
Мы рассмотрим несколько известных решений по технологии шардинга для публичных блокчейнов, чтобы обсудить инновационность Shardeum.
( Расчет Шардинга
Zilliqa является одной из первых платформ смарт-контрактов, которые начали использовать Шардинг. Она применяет метод вычислительного Шардинга, распределяя работу по верификации транзакций между различными шардом. Однако, поскольку каждый узел по-прежнему получает все транзакции и обновляет все состояния счетов, пропускная способность сети и операции хранения остаются узким местом.
) Статическое состояние Шардинга
Более универсальный метод Шардинга заключается в разделении пространства адресов аккаунтов на фрагменты фиксированного размера и распределении узлов по разным фрагментам. Такие платформы, как Near, Elrond и Harmony, используют этот метод.
! [Шардеум: еще одна возможность шардинга]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-4227a2e49f76cd01b23d7b5398e51a3c.webp###
(# Концепция шардинга данных Ethereum
Ethereum планирует внедрить шардинг данных для увеличения доступности. Один из вариантов основан на "доступности данных", используя "выборку доступности данных" для подтверждения доступности всех данных. Другой вариант заключается в добавлении дополнительных функций для каждого шарда, чтобы он больше походил на текущую основную сеть Ethereum.
)# Гармония
Harmony использует стандартный метод Шардинга, имея цепочку-координатор, которая координирует несколько Шардингов. Он использует механизм эффективного доказательства доли ###EPoS### и безопасную технологию случайного Шардинга, распределяя токены, заложенные крупными держателями, по нескольким Шардингам, чтобы предотвратить атаки на отдельные Шардинги.
(# Элронд
Elrond использует адаптивный Шардинг состояния, динамически регулируя количество шардов. Он использует безопасный механизм консенсуса на основе долевого участия и обеспечивает быструю детерминированность кросс-шардовых транзакций через мета-цепочку )Meta Chain###.
(# Близко
Near представил протокол Nightshade ), который моделирует систему как единую блокчейн-сеть, осуществляя шардинг на уровне блоков. Здесь нет шардинг-цепочки, вместо этого все производители блоков и валидаторы работают над созданием главной цепочки.
! [Шардеум: еще одна возможность шардинга]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-21183f66edba6389ed99a8c668bb88d6.webp(
Shardeum и динамическое состояние Шардинга
Shardeum предложила два новых решения для преодоления ограничений существующих технологий Шардинга:
) Уровень сделки консенсус
Shardeum сочетает в себе доказательство законного количества участников ( PoQ ) и доказательство доли ### PoS (, достигая согласия на уровне транзакций, а не на уровне блоков. Это позволяет обрабатывать транзакции одновременно между шардами, устраняя сложность, необходимую для обеспечения атомарной обработки.
) Линейное расширение
Shardeum использует динамическое состояние Шардинга, позволяя каждому узлу иметь разные и перекрывающиеся диапазоны адресов. Этот подход имеет более высокую сложность, но обеспечивает истинное линейное масштабирование.
Shardeum в настоящее время имеет 10 шардингов, каждый из которых содержит 128 узлов, всего 1280 узлов. В четвертом квартале 2022 года ожидается запуск основной сети. В тестовой сети Liberty 2.0 Shardeum уже продемонстрировала возможность 100 TPS.
! Шардеум: еще одна возможность шардинга
Заключение
Настоящий Шардинг и масштабируемая блокчейн-система требуют создания с нуля, так же как и сильное сообщество требует постоянных усилий. После запуска тестовой сети Shardeum она привлекла широкое внимание, хотя и столкнулась с сомнениями, но мы верим, что путь к прогрессу всегда извилист.
Как говорится в древней пословице: "В стране есть шесть должностей, сотни мастеров занимают одну из них. Кто-то сидит и рассуждает, кто-то действует". Jsquare надеется, что больше строителей присоединятся к исследованию децентрализованных технологий и Шардинга. Мы верим, что только при массовом принятии Web3 высококачественные и высокопроизводительные децентрализованные публичные блокчейны смогут выделиться. Сообщества, которые прошли через сомнения, обсуждения и многократные доказательства, смогут двигаться дальше по пути децентрализации.
! [Шардеум: еще одна возможность шардинга]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-d20b7d1dbc15c9f665151aba3a8d52de.webp(
! [Шардеум: еще одна возможность шардинга])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-93daeddd2b8a13824f6237ed7fd61163.webp(
! [Шардеум: еще одна возможность шардинга])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-d5254a1f137b64c6ce1a1f4033286822.webp(