Шардинг в блокчейне призван решать массу проблем, связанных с низкой пропускной способностью, медленными транзакциями и высокими комиссиями. Они связаны с бурным ростом числа пользователей и необходимостью масштабировать технологии. К шардингу прибегает, например, блокчейн Ethereum – одна из известнейших криптовалютных систем. В этой статье мы расскажем о принципах и тонкостях шардинга, а также его разновидностях и значимости.
Принципы шардинга
Шардинг представляет собой механизм, благодаря которому блокчейн делится на небольшие сегменты – они именуются шардами. Эти сегменты функционируют и обрабатывают транзакции в сети параллельно. Работать они могут как синхронно, так и асинхронно.
Применяется шардинг для вертикального или горизонтального масштабирования блокчейна. Среди ярких примеров его использования – Ethereum, Toncoin, а также Zilliqa и другие. Сама концепция шардинга разработана еще в 90-х годах 20 века, в связи с ростом размера создаваемых баз данных. Чтобы технические мощности выдерживали увеличивающуюся нагрузку, последняя распределялась, например, сразу на несколько серверов.
Почему шардинг так важен для блокчейнов?
За счет шардинга снижается общая нагрузка на сеть, а также повышаются транзакционная скорость и количество возможных операций в единицу времени. Вместе с тем снижаются комиссии за переводы, что делает тот или иной блокчейн привлекательнее для пользователей. Однако шардинг обладает и рядом недостатков, которые тоже важно учитывать.
Преимущества:
Среди плюсов шардинга:
- потенциал для масштабирования: криптовалютные транзакции параллельно обрабатываются сразу на нескольких шардах, благодаря чему повышается общая пропускная способность сети;
- эффективность узлов: нагрузка на каждый отдельно взятый узел снижается за счет того, что операции распределяются между множеством сегментов;
- повышение скорости транзакций: равномерное распределение нагрузки способствует более быстрой обработке каждой отдельно взятой операции.
За счет перечисленных выше преимуществ шардинг активно используется во множестве блокчейн-систем.
Недостатки:
Несмотря на обилие плюсов, у шардинга есть и некоторые минусы:
- децентрализация: если доступ к какому-либо из шардов теряется из-за того, что ноды в блокчейне переходят в автономный режим, возникают проблемы с доступом к данным и нарушается работоспособность всей сети. Также возникает риск централизации контроля в отдельно взятых шардах;
- безопасность данных: контроль каждого отдельно взятого шарда требует значительно меньше вычислительных мощностей, чем целой системы. Ввиду этого они более уязвимы к хакерским атакам, так как злоумышленники даже с относительно небольшими техническими ресурсами могут захватить контроль над целым шардом;
- сложность реализации: внедрение шардинга – трудный и ресурсоемкий процесс. Также проблемы могут возникать при синхронизации нод, которая приводит к задержкам ввиду необходимости постоянного обмена информацией и обновления ее различными сегментами.
К техническим трудностям относится и распределение нагрузки между различными шардами: если оно неравномерное, возникает дисбаланс, который негативно сказывается на общей работоспособности системы.
Какие существуют виды шардинга?
Выделяется несколько разновидностей шардинга, которые варьируются методами сегментирования блокчейна.
Транзакционный шардинг
Суть подхода в том, чтобы распределить транзакции по разным шардам, чтобы ускорить их обработку. Как пример – система Polkadot, в которой транзакционный шардинг применяется для параллельного контроля сразу нескольких проектов и обработки до 10 тысяч транзакций в секунду.
Сетевой шардинг
В рамках такого шардинга сеть сегментируется на множество мелких кластеров, в каждом из которых управляется определенная часть от всего блокчейна. За счет этого уменьшается нагрузка на отдельно взятые узлы, что в общем ускоряет работу блокчейна. В среднем сетевой шардинг снижает нагрузку узлов как минимум на 70%.
State Sharding
Специфика этого подхода подразумевает разделение функций по хранению информации между множеством шардов, каждый из которого контролирует лишь некоторую часть от общего состояния сети. В результате снижается нагрузка на хранилища и повышается общая работоспособность блокчейн-платформ. Метод State Sharding применяется в NEAR Protocol, обеспечивая снижение расходов на хранение примерно на 40%.
Примеры применения шардинга в известных блокчейнах
Принципы шардинга применяются во множестве известных блокчейн-сетей, повышая эффективность их работы.
Ethereum 2.0:
Блокчейн Ethereum по величине уступает только Биткоину и находится в стадии масштабного обновления до стадии Ethereum 2.0. В рамках этой процедуры планируется увеличить скорость, работоспособность и масштабируемость всей сети. Достигнуть этих целей планируется, в том числе, и за счет шардинга.
Обновление сети до Ethereum 2.0 происходит в несколько этапов. Реализация шардинга планируется в завершающей фазе. Разработчики платформы рассчитывают на то, что шардинг значительно увеличит общую пропускную способность сети и уменьшит комиссии за транзакции в ней.
Однако при переходе сохраняется и ряд проблем, включая обеспечение достаточного уровня конфиденциальности данных и децентрализации блокчейна. Ввиду этого разработчики уделяют особое внимание тестированию обновления в процессе перехода к нему.
Влияние шардинга на криптовалюты и их использование
Шардинг обеспечивает масштабируемость и улучшение производительности блокчейна. Так как операции становятся быстрее, а транзакционные комиссии снижаются, повышаются гибкость и адаптивность сети. Все это делает блокчейн-систему более привлекательной для людей. Пример успешного внедрения шардинга в блокчейн – система TON, который выделяется на фоне большинства аналогов.
Основные проблемы при реализации шардинга
Среди основных проблем, с которыми сталкиваются разработчики при внедрении шардинга:
- риски для децентрализации ввиду того, что контроль может консолидироваться в отдельно взятых шардах;
- технические сложности при реализации, включая проблемы синхронизации и совместимости шардов;
- lуязвимость к хакерскому воздействию на кросс-шардовые транзакции, для предотвращения которого необходимы меры по равномерному распределению нагрузки между узлами и защиты от атак.
Итоги и рекомендации
Выше мы разобрали основную информацию о шардинге – что это в криптовалюте и в чем его суть. Он важен для будущего развития децентрализованных сетей, так как позволяет им справляться с наплывом широкой аудитории, осуществляющей множество транзакций.
Ввиду преимуществ технологии осваивать ее рекомендуется всем блокчейн-разработчикам, также осведомленность о шардинге полезна для криптоинвесторов. Поделиться своим мнением по теме статьи вы можете в комментариях под статьей.