As d'Skaléierungsdebatt an cryptocurrency weider, e puer potentiell Léisungen hunn eigentlech fir eng laang Zäit an Entwécklung ginn.
Speziell, am Fall vun Ethereum, wou e grousse Fokus op Dezentraliséierung a Sécherheet op Käschte vun der Skalierbarkeet, d'Applikatioun vum Sharding a Verbindung mat der Ëmsetzung Proof of Stake Konsens gëtt als dee vill gebrauchte Mechanismus ugesinn, duerch deen d'Netzwierk op praktesch Niveaue fir Uwendungen ka skaléieren, während se ëmmer nach seng Dezentraliséierung a Sécherheet behalen.
Sharding ass e komplext Thema, besonnesch wann et op en dezentraliséierten, peer-to-peer-Netzwierk applizéiert gëtt wéi Ethereum wou de globalen Zoustand vum Netz dauernd aktualiséiert gëtt.
Also wat genau ass Sharding a wéi kann et blockchain Netzwierker hëllefen ze skaléieren?
Sharding a verdeelt Informatik Hannergrond
Sharding ass tatsächlech vill méi al wéi Blockchain Technologie a gouf a ville Systemer vu Geschäftsdatabaseoptimiséierungen ëmgesat Google d'global Spanner Datebank.
- Wesentlech ass Sharding eng speziell Method fir d'Daten an enger Datebank horizontal ze partitionéieren.
- Méi allgemeng ass d'Datebank a kleng Stécker gebrach genannt "Shards", déi wann se aggregéiert sinn déi originell Datebank bilden.
- A verdeelt Blockchain Netzwierker besteet d'Netz aus enger Serie vun Noden, déi an engem Peer-to-Peer-Format verbonne sinn, ouni zentral Autoritéit.
- Wéi de Fall mat aktuellen Blockchain Systemer, späichert all Node all Staate vum Netz a veraarbecht all Transaktiounen.
- Wärend dëst den héijen Niveau Sécherheet duerch Dezentraliséierung bitt, besonnesch a Proof of Work Systemer wéi geschriwen an Ethereum, et féiert zu legitimen Skaléierungsproblemer.
Ethereum Sharding geet erop
Benotzt Ethereum als Beispill, eng voll Node an der Ethereum Reseau späichert de ganzen Zoustand vun der Blockchain, inklusiv Kontsalden, Lagerung a Kontraktcode.
Leider, wéi d'Netz an der Gréisst an engem exponentielle Tempo eropgeet, erhéicht de Konsens nëmmen linear. Dës Begrenzung ass wéinst der Kommunikatioun déi néideg ass tëscht den Noden déi néideg sinn fir Konsens z'erreechen.
Noden am Netz hunn keng speziell Privilegien an all Node am Netz späichert a veraarbecht all Transaktioun. Als Resultat, an engem Netz vun der Gréisst vun Ethereum, Problemer wéi héich Gas Käschten a méi Transaktioun Confirmatioun mol ginn opfälleg Problemer wann de Reseau ugespaant ass. Déi Netz ass nëmmen esou séier wéi déi eenzel Wirbelen anstatt d'Zomm vun hiren Deeler.
Sharding hëlleft dës Themen ze léisen andeems se eng interessant, awer komplex Léisung ubidden. D'Konzept involvéiert d'Gruppéiere vun Ënnersätz vun Noden a Schäerften, déi am Tour Transaktioune spezifesch fir dee Schnëtt veraarbechten. Et erlaabt de System vill Transaktiounen parallel ze veraarbecht, sou datt d'Duerchschnëtt erheblech erhéicht gëtt.
E méi einfache Wee fir et ze soen wier d'Opdeelung vun den USA a Staaten virzestellen.
Wärend all Staat (e Schnëtt an dësem Fall) Deel vun de gréissere Vereenten Staaten (Ethereum Netz) ass, hunn se hir eege spezifesch Reegelen, Grenzen an Ënnerdeeler vu Populatiounen. Wéi och ëmmer, si deelen eng universell Sprooch a Kultur als Deel vun hirem gréissere Netzwierk dat d'Land ausmécht.
Oder nach besser, an Vitalik Buterinseng eege Wierder:
"Stellt Iech vir datt Ethereum an Dausende vun Inselen opgedeelt gouf. All Insel kann seng eege Saach maachen. Jiddereng vun den Inselen huet seng eege eenzegaarteg Fonctiounen a jiddereen op dëser Insel gehéiert dh d'Konten, kann mat all aner interagéieren A si kënnen fräi an all seng Fonctiounen. Wa se aner Insele kontaktéiere wëllen, da musse se eng Zort Protokoll benotzen.
Wéi Dir gesitt, ass d'Konzept fir d'Netzwierk a méi effizient Stécker ze fragmentéieren erlaabt dem Netz als Zomm vu sengen Deeler ze funktionéieren, anstatt duerch d'Geschwindegkeet vun all eenzelen Node limitéiert ze ginn.
Wéi funktionnéiert Sharding a Blockchains?
Mir wäerte weider Ethereum als Beispill an dësem benotzen, well et ass déi bekanntst an ustrengendste Scherpversuch an der Blockchain Arena, well d'Ethereum Entwéckler implementéieren wat bekannt ass "Staat Schnëtt".
Den aktuellen Zoustand vun der Ethereum Blockchain ass bekannt als "globale Staat" an ass wat jidderee ka gesinn wann se de Blockchain an enger spezifescher Instanz kucken.
Dee komplizéierten Deel bei der Implementéierung vum Sharding an Ethereum ass datt andeems d'Noden a méi kleng Ënnersätz zerstéiert ginn, mussen dës Subsets fäeg sinn spezifesch Sätze vun Transaktiounen ze veraarbechten a gläichzäiteg den Zoustand vum Netz ze aktualiséieren, alles wärend sécherzestellen datt et valabel ass.
Sharding an Ethereum soll an enger Zwee-Phase Rollout ëmgesat ginn, méi wéi wahrscheinlech duerno Proof of Stake gëtt an der ëmgesat Netz. Phas eent wäert d'Datenschicht sinn, déi aus dem Konsens besteet vu wéi engen Daten an de Schäerft sinn. Phas zwee ass d'Staatschicht. All dëst ass ganz fléissend, sou datt e generellen Decompte vu wéi et funktionéiere kann ass hei ënnen.
Ethereum brécht d'Netzwierk a spezifesche Stécker op. All Shard gëtt eng spezifesch Grupp vun Transaktiounen zougewisen, déi bestëmmt gëtt duerch Gruppéierung vu spezifesche Konten (inklusiv Smart Kontrakter) an e Shard. All Transaktiounsgrupp huet en Header an e Kierper deen aus de folgende besteet.
- D'Shard ID vun der Transaktiounsgrupp
- Uweisung vun validators duerch zoufälleg Echantillon (iwwerpréift d'Transaktiounen am Shard)
- Staatsroot (Staat vun der Merkle Root vum Schärft virun an no Transaktiounen dobäigesat)
Body
- All Transaktiounen, déi zu der Transaktiounsgrupp gehéieren, déi Deel vum spezifesche Shard sinn.
Transaktioune si spezifesch fir all Shard a geschéien tëscht Konten gebierteg zu deem Shard.
Wann Transaktioune verifizéiert ginn, ännert den Zoustand vum Netz a Kontsalden, Späicheren, etc. Fir datt d'Transaktiounsgrupp als gëlteg verifizéiere muss, muss d'Pre-State Root vun der Transaktiounsgrupp mat der Shard root am globalen Staat passen. Wa se passen, gëtt d'Transaktiounsgrupp validéiert an de globale Staat gëtt duerch déi speziell Shard ID Staatsroot aktualiséiert.
Amplaz nëmmen eng Staatsroot ze enthalen, enthält all Block vun der Ethereum Blockchain elo souwuel eng Staatsroot an d'Transaktiounsgruppwurzel. D'Transaktiounsgruppwurzel ass d'Merkelwurzel vun all Transaktiounsgruppen aus de spezifesche Schnëtt fir dee Block vun Transaktiounen.
Prinzipiell gëtt et eng merkle Wuerzel vun all de verschiddene Schiermer déi déi aktualiséiert a verifizéiert Transaktiounsgruppen enthalen. Dës Root gëtt an der Blockchain zesumme mat der aktualiséierter Staatsroot gespäichert.
D'Beschäftegung vu Merkle Bam Konzepter an dëser Struktur ass vital fir d'Gëltegkeet vun der Blockchain ze garantéieren. Verständnis wéi eng merkle Bam a speziell eng merkle root Aarbecht, kann Iech hëllefen dës Konzepter vill méi einfach ze begräifen.
Gelies: Wat ass e Merkle Tree?
Konsens bannent engem Shard gëtt erreecht duerch e Proof of Stake Konsens vun zoufälleg ausgewielten Noden, déi op e Shard fir spezifesch Konsensronn applizéiert ginn.
Dëst bitt net nëmmen Finalitéit zum Konsens, wat néideg ass an de Schnëtt, awer bitt och eng speziell Verteidegung fir en Attack deen en Beweis vun der Aarbecht blockchain wier an dësem Fall ufälleg.
D'Hash-Kraaft, déi néideg ass fir e spezifesche Shard an engem PoW-sharded Netzwierk ze iwwerwannen ass drastesch reduzéiert an d'Fäegkeet fir e béiswëllegen Akteur e Shard duerch Rechenkraaft ze iwwerhuelen ass machbar.
Duerch dëst kann de schlechte Schauspiller aner Schiermer duerch de Kommunikatiounsprotokoll attackéieren, deen ee vun de méi komplizéierten a wichtege Feature vun der Scherparchitektur ass. Zoufälleg Sampling Selektioun vun de Validateuren an engem Shard geléngt dës Zort Attack z'erhiewen, well e schlechte Schauspiller wäert net wësse wéi eng Shard se gesat ginn ier se tatsächlech dran gesat ginn.
Weider gëtt zoufälleg Echantillon benotzt ginn d'Validatoren ze wielen déi sinn tatsächlech validéieren vun deem zoufälleg validéierende Set.
De Kommunikatiounsprotokoll ass wesentlech fir datt d'Shardingarchitektur korrekt am System funktionnéiert. Dir kënnt un de Kommunikatiounsprotokoll denken als déi universell Sprooch déi konsequent tëscht de Staaten als Deel vun de gréissere USA ass.
Wéi och ëmmer, dëse Protokoll ze designen ass héich Erausfuerderung a muss ausgefouert ginn sou datt et nëmme benotzt gëtt wann néideg. Et gëtt noutwendeg wann e spezifesche Node Informatioun erfuerdert, déi net a sengem eegene Shard gespäichert ass a muss de Shard mat der erfuerderter Informatioun fannen. Dës Kommunikatioun ass bekannt als Cross-Shard Kommunikatioun.
D'Cross-Shard Kommunikatioun gëtt erreecht duerch d'Applikatioun vum Konzept vun Transaktiounsempfänger. De Empfang fir eng Transaktioun gëtt an enger Merkle Root gespäichert déi einfach verifizéiert ka ginn awer dat ass net Deel vun der Staatsroot.
De Shard, deen eng Transaktioun vun engem aneren Shard kritt, kontrolléiert d'Mercle Root fir sécherzestellen datt d'Empfang net ausginn ass. Wesentlech sinn d'Empfangen an engem gemeinsame Gedächtnis gespäichert, deen duerch aner Shards verifizéiert ka ginn, awer net geännert ginn. Dofir, duerch eng verdeelt Späichere vu Empfangen, kënnen d'Shards matenee kommunizéieren.
Sharding Plënneren Forward
Sharding am Ethereum gëtt erwaart nom Casper ëmgesat ze ginn PoS Upgrade. Viru kuerzem, do goufen e puer Entwécklungen iwwer Ethereum 2.0 déi béid ëmsetzen Casper an Schnëtt.
Sharding ass och an e puer aner Plattformen ëmgesat ginn, virun allem Zilliqa. Wéi och ëmmer, Zilliqa implementéiert de Staat Sharding zu dësem Zäitpunkt net an konzentréiert sech amplaz op en héijen Duerchsatz Blockchain ze liwweren andeems Dir Transaktiounen a computational Sharding benotzt.
liest eisen Guide ze Zilliqa
Konklusioun
Sharding déngt fir e puer villverspriechend Léisungen fir den Elefant am Raum vu Blockchain Plattformen elo ze bidden, Skalierbarkeet.
Wärend dem Bitcoin säi Blitznetz an der Testphase ass a bis elo e puer villverspriechend Fortschrëtter gewisen huet, bréngt d'Léisung vun Ethereum e puer eenzegaarteg Erausfuerderunge mat sech wéi et als Weltcomputer gepecht ass, deen Turing komplett ass.
Sharding funktionnéiert direkt nëmmen um Protokollniveau, also fir den Endbenotzer oder Dapp Entwéckler ass et vläicht net onbedéngt relevant fir ze léieren.
Egal, dem Ethereum säi Versuch fir Staat ze zerstéieren fir e grousst, dezentraliséiert Netzwierk ass en beandrockende Beméihung a wäert en enormen Erfolleg sinn wann se erfollegräich ëmgesat ginn.
Source: https://blockonomi.com/sharding/