Что такое динамическое разделение состояний в 𝗦𝗵𝗮𝗿𝗱𝗲𝘂𝗺?

in #shardeum8 months ago

Согласно недавнему отчету сайта crypto.com, общее число владельцев криптовалют в мире может вырасти в 3 раза в 2022 году. Мы действительно ожидаем появления более миллиарда пользователей раньше, чем мы думаем. Однако, если мы посмотрим на существующие сети и их возможности, мы увидим, что всем им крайне не хватает массового внедрения. Нынешние блокчейны первого уровня (L1) просто еще не предназначены для обслуживания в таких больших масштабах. Тем не менее, в недавнем прошлом не было недостатка в блокчейнах L1, пытающихся расширить сеть. Даже те, кто преуспевает в этом сегодня, в конечном итоге ставят под угрозу децентрализацию и принципы безопасности технологий с открытым исходным кодом. Другие меры, такие как увеличение размеров блоков или использование решений второго уровня (L2), сопряжены со своими проблемами.

Мы также понимаем, что вертикального масштабирования с увеличением аппаратных ресурсов недостаточно для массового внедрения базовых технологий. Можно с уверенностью сказать, что не требующий разрешений блокчейн сделал закон Мура более или менее непредсказуемым в мире распределенных вычислительных сетей. Это закладывает основу для нашего следующего вопроса. Как шардинг может стать панацеей от сложной проблемы «трилеммы масштабируемости»?

Что такое динамическое разделение состояний?

Шардинг динамического состояния или динамическое шардинг — это один из типов шардинга, который создан гибким и легко адаптируемым к изменениям в общей экосистеме блокчейна. Динамическое сегментирование состояния — это наиболее продвинутый и сложный способ сегментирования состояния сети, поскольку он сегментирует состояние, сеть и транзакции, причем слишком динамично, а не заранее определенным образом. Шардинг также выполняется на основе глобального состояния сети, включая анализ истории и тенденций прошлых транзакций. В соответствии со своим названием, динамическое сегментирование состояния позволяет легко интегрировать обновления, не мешая рабочему процессу экосистемы.

Динамическое сегментирование дает возможность добавлять или удалять сегменты блокчейна по мере необходимости новых обновлений, а также может допускать изменения в методе хранения данных внутри сегментов блокчейна. Таким образом, основным преимуществом динамического сегментирования состояния является эффективная масштабируемость сети блокчейна без остановки общего потока операций или производительности.

Что такое шардинг?

Прежде чем мы углубимся в детали сегментирования динамического состояния с помощью Shardeum, давайте ответим на основной вопрос: что такое сегментирование?

Шардинг означает разделение для распределения вычислительной нагрузки и нагрузки на хранилище в сети. Таким образом, каждый оператор узла может снять с себя общую транзакционную нагрузку в сети. Кроме того, шардинг разбивает работу по проверке и подтверждению транзакций на небольшие, управляемые части. Каждый узел хранит информацию, связанную с транзакциями, которые он обрабатывает. Затем транзакции обрабатываются внутри раздела или сегмента, в котором они находятся, путем достижения консенсуса.

Шардинг от Zilliqa и Polkadot

Shardeum — не первый блокчейн, пытающийся использовать шардинг. Одним из ярких примеров сегментированных цепочек является Polkadot, который действует как решение нулевого слоя (L0). Здесь несколько гетерогенных цепочек (парачейнов) присоединяются к базовому уровню Polkadot и выполняют различные транзакции. Polkadot утверждает, что обеспечивает безопасность и связь между парачейнами. Другим примером является Zilliqa, которая утверждает, что является первым в мире блокчейном L1, использующим метод шардирования на уровне сети. Тогда возникает вопрос: что делает Шардеум новаторским?

Шардированные блокчейны, такие как Zilliqa, группируют транзакции в блоки и стремятся к консенсусу на уровне блоков. Теоретически они могут достичь более высокой эффективности, но это не самый эффективный способ использования шардинга. Поскольку консенсус и обязательства происходят на уровне блоков, окончательность транзакций требует больше времени и ресурсов. С другой стороны, Шардеум достигает консенсуса по каждой транзакции. Транзакция в этом случае не должна ждать, пока будет достигнут консенсус между несколькими сегментами для обработки. Это позволяет сети реализовать нижеперечисленные функции, которые в сочетании друг с другом позволяют Shardeum быть по-настоящему масштабируемым, причем линейно и горизонтально.

Динамическое разделение состояний от Shardeum
Обратите внимание: следующее содержание представляет собой выдержку из недавно опубликованного блога, в котором подробно объясняется, как Shardeum в конечном итоге решит трилемму блокчейна. Начнём с того, что в сети не будет статической группы узлов в виде фиксированных шардов. Узлы в Шардеуме могут свободно перемещаться и размещать больше данных в виде динамических осколков. Динамическое сегментирование состояния будет работать рука об руку с функцией автоматического масштабирования Shardeum, позволяющей сети автоматически регулировать количество и размер сегментов в зависимости от текущей рабочей нагрузки. Это позволяет системе оптимизировать производительность и поддерживать высокий уровень масштабируемости по мере ее роста и развития.

Шардинг статического состояния позволяет сети блокчейна иметь только статическую/предопределенную группу шардов, а транзакции могут осуществляться только обрабатываться последовательно после того, как к сети присоединяется минимальное количество узлов для создания нового сегмента. Здесь есть две проблемы. Во-первых, это не позволяет динамично расти пропорционально спросу в сети. Во-вторых, последовательная обработка замедляет работу сети из-за высокой задержки, возникающей из-за времени, необходимого для синхронизации новых узлов с последним состоянием шардов, в которых они участвуют.

Динамическое сегментирование состояния позволяет узлам валидатора в Shardeum назначать динамические диапазоны адресов в нескольких сегментах. В отличие от сегментирования статического состояния, когда все узлы в сегменте охватывают один и тот же диапазон адресов учетной записи, сегментирование динамического состояния требует, чтобы каждый узел содержал другой диапазон адресов, но существует значительное перекрытие между адресами, охватываемыми узлами в соответствующих сегментах. Поскольку консенсус достигается на уровне транзакции, транзакция, затрагивающая несколько сегментов, будет обрабатываться этими сегментами одновременно, а не последовательно, как при консенсусе на уровне блоков. Это не только сокращает время обработки транзакции, даже если она затрагивает несколько сегментов, но также обеспечивает атомарную обработку. Shardeum также обеспечит возможность компоновки перекрестных шардов.

Динамическое сегментирование состояния против адаптивного сегментирования состояния

Адаптивное сегментирование состояния используется такими сетями, как MultiversX (ранее Elrond). Это более продвинутый тип сегментирования по сравнению с сегментированием статического состояния, при котором сегменты адаптируются к текущему состоянию сети. Это делается путем изменения количества сегментов или размера сегментов в зависимости от таких факторов, как количество узлов в сети и объем обрабатываемых данных. Например, если происходит внезапное увеличение количества транзакций, сеть, развертывающая адаптивное сегментирование состояния, может автоматически создать больше сегментов, чтобы справиться с возросшей нагрузкой. Это помогает гарантировать быструю и эффективную обработку транзакций даже в периоды высокого трафика при параллельном выполнении транзакций. По сути, этот тип шардинга призван объединить преимущества сегментирования состояния, сети и транзакций. При этом адаптивное сегментирование состояния обеспечивает балансировку нагрузки на реактивной основе (а не на упреждающей основе, как динамическое сегментирование состояния), поскольку распределение нагрузки происходит на основе текущего состояния сети, а не на глобальном состоянии сети.

Динамическое сегментирование состояния выводит адаптивное сегментирование состояния на новый уровень, помогая сети более эффективно и активно распределять нагрузку. Он равномерно распределяет состояние, сеть и транзакции на основе не только текущего состояния сети, но и глобального состояния блокчейна (которое включает в себя последнее состояние, историю транзакций и каждое историческое состояние сети). Например, алгоритм сегментирования динамического состояния может отслеживать среднее количество транзакций, обработанных каждым сегментом с течением времени. Эту информацию затем можно использовать для прогнозирования того, какие шарды могут оказаться перегруженными в будущем. Затем алгоритм может предпринять шаги для упреждающего балансирования нагрузки между сегментами. Другой пример: алгоритм может заметить, что определенные типы транзакций обычно обрабатываются определенными сегментами. Эта информация затем может быть использована для активной маршрутизации новых транзакций в соответствующие сегменты.

Атомная обработка и возможность кросс шардинга

Межшардовая связь позволяет транзакциям получать доступ к данным и состоянию из разных шардов и использовать их, что позволяет выполнять сложные транзакции и смарт-контракты в сегментированной среде. Атомная компоновка также важна, поскольку она гарантирует, что транзакции выполняются атомарно, то есть либо все части транзакции выполняются успешно, либо ни одна из них. Без атомарной компоновки транзакции потенциально могут потерпеть неудачу или оставить блокчейн в несогласованном состоянии, что приведет к рискам безопасности и снижению надежности. Shardeum обеспечит эффективное выполнение сложных транзакций и смарт-контрактов в сегментированной среде, сохраняя при этом целостность и согласованность блокчейна.

Шардеум масштабируется линейно

Благодаря динамическому сегментированию состояния каждый узел, добавленный в сеть, мгновенно увеличит пропускную способность транзакций. Таким образом, просто добавляя больше узлов из «резервного» пула валидаторов сети во время пиковой нагрузки, TPS будет пропорционально увеличиваться, что делает Shardeum первой сетью Web3, которая масштабируется линейно. И это главный X-фактор, который благоприятно влияет на все остальные результаты в сети блокчейн, включая пропускную способность, децентрализацию, безопасность и постоянные комиссии за транзакции независимо от спроса в сети.

Именно так базовый протокол Shardeum, Shardus, смог продемонстрировать 500 TPS со 100 узлами за последние 3 года. Shardeum стремится обеспечить до 1 TPS или более на узел, что станет огромным прорывом для экосистемы Web3. Даже при наличии 2 тысяч активных узлов в существующих сетях блокчейнов мы можем видеть только их процесс.

Шардеум навсегда сохранит низкие тарифы на газ

И почему линейное масштабирование имеет значение? Короче говоря, одним из ключевых преимуществ Shardeum является то, что консенсус и обработка выполняются на уровне транзакций, а не на уровне блоков. А благодаря динамическому сегментированию состояния сеть будет сегментировать свое состояние, равномерно и динамически распределяя вычислительную нагрузку, хранилище и пропускную способность между всеми узлами. Это не только обеспечивает параллельную обработку транзакций, но и очень низкие накладные расходы для узлов валидатора, поскольку они будут хранить только данные о состоянии транзакций, в которых они участвуют.

Таким образом Shardeum сможет постоянно поддерживать низкие комиссии за транзакции для разработчиков и конечных пользователей . Для ясности: сегментирование динамического состояния — это самая продвинутая версия статического, транзакционного, сетевого и адаптивного сегментирования, используемая в более поздних сегментированных цепочках, которая сталкивается как с взаимосвязанными, так и с отдельными проблемами, такими как высокая задержка, вертикальное масштабирование (в отличие от линейное масштабирование), атака Сивиллы, слабая завершенность и отсутствие возможности компоновки перекрестных осколков. Тем не менее, динамическое сегментирование состояния также является наиболее сложным способом сегментирования состояния сети.

Shardeum: уникальный блокчейн будущего

Shardeum является пионером нового подхода к шардингу. Благодаря динамическому сегментированию состояния в дополнение к совместимости с EVM , Shardeum действительно сможет обрабатывать множество децентрализованных приложений и решений уровня 2 для разных отраслей и потребителей с оптимальной производительностью. Сеть действительно будет маневрировать на неизведанных территориях мира блокчейнов, поскольку она стремится улучшить даже сети Web2 с точки зрения пропускной способности, сохраняя при этом высокий уровень безопасности и децентрализации, которыми известны сети Web3. Для мира Web3 нас ждут действительно захватывающие времена. Так что будем следить за обновлениями

Заключение

Мы надеемся, что этот пост помог вам понять, «что такое шардинг?», а также концепции сегментирования динамического состояния и то, как Shardeum использует эту концепцию для решения проблем масштабируемости, с которыми сталкиваются современные блокчейны. Поскольку сегментирование динамического состояния сочетается с функцией автоматического масштабирования, Shardeum стремится, наконец, решить трилемму блокчейна раз и навсегда и сделать Web3 массовым явлением!

Original text — https://shardeum.org/blog/dynamic-state-sharding-shardeum/

Coin Marketplace

STEEM 0.20
TRX 0.12
JST 0.028
BTC 64467.84
ETH 3492.64
USDT 1.00
SBD 2.54