Что такое шардинг и как он работает в Ethereum? Для чего нужен Sharding?

Sharding - это решение, над которым разработчики работают с целью улучшения масштабируемости Ethereum. 

• Шардинг повышает масштабируемость за счет разделения блокчейна на более мелкие сегменты, что позволяет осуществлять параллельную обработку для увеличения пропускной способности и снижения перегрузки.
• Ethereum объединяет danksharding и proto-danksharding для улучшения доступности данных, снижения затрат и поддержки будущих обновлений масштабируемости.
• Безопасность и сложность по-прежнему остаются проблемами, поскольку мелкие сегменты подвергаются рискам атак, а взаимодействие между сегментами требует тщательной координации.
• Постепенные обновления, такие как Dencun и EIP-4844, обеспечивают плавное внедрение, позволяя Ethereum эффективно масштабироваться без ущерба для стабильности.

Что такое шардинг в блокчейне?

Шардинг блокчейна подразумевает разделение сети на более мелкие независимые группы, известные как шарды. Обычно блокчейны требуют, чтобы каждый узел проверял каждый новый блок транзакций, что делает процесс медленным и неэффективным.

В отличие от этого, по сути, создаётся несколько небольших сетей узлов внутри одного блокчейна, каждый из которых обрабатывает свой сегмент транзакций, периодически синхронизируясь с основной цепочкой.

Поскольку каждый шард обрабатывает лишь часть транзакций и хранит лишь часть общих данных, шардинг повышает пропускную способность транзакций, одновременно сокращая задержки.

Разработчики стремятся к шардингу криптовалют, поскольку он обещает возможность масштабирования сети без перегрузки каждого участника.

На практике сеть, использующая шардинг, становится эффективнее по мере роста. Например, нешардированный блокчейн может испытывать замедление в периоды пиковой нагрузки.

И наоборот, шардированная сеть может справиться с возросшим спросом, распределяя транзакции по разным шардам. Шардинг направлен на повышение производительности изнутри, сохраняя при этом безопасность и целостность сети.

Целью шардинга является фрагментация данных и разбиение сети. Разделение блокчейна Ethereum позволит каждому узлу хранить только часть всей сети, и узлы смогут проверять сеть с помощью математических расчетов и взаимной связи.

Как работает шардинг?

Шардинг разбивает блокчейн на сегменты, каждый из которых функционирует как мини-блокчейн.

Сеть назначает каждому шарду определённые транзакции и данные.

Узлы затем сосредотачиваются на активности своего шарда, а не на проверке каждой транзакции в сети. В результате обработка данных происходит параллельно, что повышает общую эффективность.

Что такое «Шард»?

Шард, по сути, является подмножеством всего блокчейна. Каждый шард содержит собственный набор данных и управляет собственными транзакциями.

Шарды можно представить как отдельные районы в пределах большого города. Каждый район занимается своими повседневными делами; периодическая координация действий происходит при возникновении крупных событий в масштабах города.

В шардинге блокчейна такое разделение означает, что если один шард обрабатывает набор транзакций, другие шарды могут работать над другими наборами одновременно. Такая модель снижает нагрузку на любой отдельный узел и ускоряет обработку информации. Более того, система часто использует центральный механизм для координации между шардами, обеспечивая синхронизацию всей сети.

Сетевые решения устраняют узкие места благодаря использованию шардированной криптографии. Узлы обрабатывают данные для одного шарда за раз, поэтому общая производительность системы повышается даже при росте объёмов транзакций.

Этот параллельный подход критически важен для поддержки ресурсоёмких приложений и повышения пропускной способности без ущерба для безопасности.

Данкшардинг на Ethereum: Danksharding 

Ethereum давно стремится к улучшениям, повышающим производительность и снижающим затраты. Переход от Proof of Work к Proof of Stake проложил путь к шардингу Ethereum. Этот переход позволяет сети реализовать шардинг Dank - новый подход, который меняет структуру предоставления данных решениям второго уровня.

Шардинг Ethereum фокусируется на более равномерном распределении данных по сети. Danksharding совершенствует эту идею, внедряя структуру, которая более эффективно обрабатывает блоки данных.

Цель - увеличить объём транзакций и общую пропускную способность. В обновлении Dencun Ethereum сделал значительные шаги на пути к масштабируемому будущему. 

Кроме того, шардинг Ethereum включает  EIP -4844. Это предложение вводит новый формат транзакций, обрабатывающий блоки данных. EIP-4844 подготавливает сеть к будущим обновлениям и поддерживает переход к Danksharding.

Короче говоря, шардинг Ethereum и Данкшардинг работают вместе, обеспечивая более эффективную систему. 

Прото-данкшардинг (Proto-Danksharding)

Proto-danksharding, по всей видимости, является важной вехой в процессе обновления Ethereum. Обновление вводит новый формат данных для транзакций, называемый блобами.

Эти блобы содержат большие объёмы данных, не создавая дополнительной нагрузки на сеть. Разработчики разрабатывают proto-danksharding для улучшения обработки данных в роллапах и других решениях по масштабированию. На практике обновление снижает транзакционные издержки, делая данные более доступными для протоколов уровня 2.

Прото-данкшардинг подготавливает почву для полноценного данкшардинга, тестируя доступность данных и повышение эффективности сети.

Это обновление знаменует собой значительный технический прогресс, позволяя узлам обрабатывать блоки данных отдельно от обычных транзакций.

Таким образом, Ethereum готовится к будущему, в котором транзакции могут выполняться с более высокой скоростью и меньшими затратами.

Прото-данкшардинг также служит испытательным полигоном для мер безопасности. Разработчики внимательно следят за обновлением, чтобы гарантировать, что улучшения масштабируемости не нарушат целостность сети.

Более того, прото-данкшардинг играет важную роль во взаимодействии различных протоколов. Например, интеграция EIP-4844 соответствует этому подходу, оптимизируя передачу данных по сети. Благодаря этим изменениям Ethereum продолжает свою миссию по эффективному и безопасному масштабированию.

Данкшардинг против Шардинга

Данкшардинг и традиционный шардинг направлены на решение одной и той же задачи: масштабирование сетей блокчейнов. Однако они различаются по архитектуре и реализации.

В таблице ниже представлены некоторые ключевые различия:

Проблемы с Ethereum

Sharding является одним из возможных решений, которые улучшат масштабируемость второй по влечение криптовалюты - Эфира.

Прежде всего, важно понимать, что масштабируемость - это термин, объединяющий ряд проблем. Он относится к совокупности вопросов, которые необходимо решить, чтобы сделать Эфир полезным и применимым в глобальном масштабе.

Если более детально, то это направлено на увеличение пропускной способности транзакций. В настоящее время Ethereum может обрабатывать до 20/30 транзакций в секунду - этого недостаточно для глобального использования всей системы. Для сравнения, VISA обрабатывает 1700 транзакций в секунду.

В настоящее время основным ограничением, как признал сам Виталик Бутерин, является тот факт, что каждая транзакция, будь то платеж или распространение нового смарт-контракта, проверяется каждым узлом в сети блокчейна.

Это ключевая функция для работы блокчейна, которая необходима для обеспечения функционирования концепции распределенной и ненадежной сети. В результате пропускная способность сети не может быть больше, чем может выдержать каждый отдельный узел.

Бутерин считает, что нужно переходить в сеть, где каждый компьютер проверяет в среднем несколько транзакций, небольшую часть от общей суммы. Это принесет в жертву часть общей безопасности сети, но сократит расходы в 100 раз.