Whale Research Institute丨 วิเคราะห์เทคโนโลยี Sharding

ผู้เขียน

ผู้เขียน

สถาบันวิจัยวาฬ: Chen Hongyi และ Wang Fan

ศูนย์วิจัยฐาน: Ma Xuying, Cai Chenxi, Lang Hanwei

Hash Academy: อัลเฟรด แอล.เจ

สื่อสนับสนุน (ไม่เรียงลำดับ)

ชื่อระดับแรก

01. ชาร์ดดิ้งคืออะไร

1.1 การแยกส่วนช่วยแก้ปัญหาการขยายตัวของ blockchain

รูปแบบการขยาย blockchain ในปัจจุบันแบ่งออกเป็นสามชั้นหลัก Sharding และ DAG (Directed Acyclic Graph) เป็นของ Layer 1 ที่เปลี่ยนสถาปัตยกรรมของ blockchain เอง ปัจจุบัน Sharding กำลังได้รับความสนใจเป็นอย่างมาก เชนสาธารณะที่เน้นเทคโนโลยี sharding เป็นที่ชื่นชอบของสถาบันการลงทุน นอกจากนี้ Sharding ยังรวมอยู่ในแผนการขยายอย่างเป็นทางการของ Ethereum พร้อมกับ side chains, sub-chains และ state channel ของ Layer 2

1.2 หลักการของการแบ่งส่วน

Sharding เป็นเทคนิคฐานข้อมูลแบบดั้งเดิมที่แบ่งฐานข้อมูลขนาดใหญ่ออกเป็นส่วนย่อยที่เล็กกว่า เร็วกว่า และสามารถจัดการได้มากกว่าที่เรียกว่า data shards ในห่วงโซ่สาธารณะ จะใช้อุปกรณ์เครือข่ายหลายตัวเพื่อรับฟังก์ชันการประมวลผลแบบขนานของการถ่ายโอน ซึ่งจะเป็นการกระจายอำนาจภาระงานของการตรวจสอบการถ่ายโอนเหล่านั้น วิธีนี้จะแบ่งเครือข่ายออกเป็นส่วนย่อยๆ โดยอัตโนมัติ หรือการประมวลผลแบบ "ชาร์ด" เพื่อให้เครือข่ายขนาดเล็กแต่ละเครือข่ายต้องการเรียกใช้โปรโตคอลที่สอดคล้องกันในระดับที่เล็กลงเท่านั้น ธุรกรรมบนเครือข่ายจะถูกแบ่งออกเป็นส่วนต่าง ๆ ซึ่งประกอบด้วยโหนดต่าง ๆ บนเครือข่าย ดังนั้น แต่ละโหนดจำเป็นต้องประมวลผลธุรกรรมที่เข้ามาเพียงเล็กน้อยเท่านั้น และงานตรวจสอบจำนวนมากสามารถทำได้โดยการประมวลผลแบบขนานกับโหนดอื่นๆ บนเครือข่าย การแยกเครือข่ายออกเป็นเศษจะทำให้สามารถประมวลผลและตรวจสอบธุรกรรมได้มากขึ้นในเวลาเดียวกัน ดังนั้นเทคโนโลยี Sharding จึงใช้วิธีการประมวลผลแบบขนาน ยิ่งมี Node เข้าร่วมมาก ความเร็วในการอนุมัติในเครือข่ายก็จะยิ่งเร็วขึ้นเท่านั้น พูดง่ายๆ ก็คือ การแบ่งส่วนข้อมูลคือการแบ่งงานขนาดใหญ่ออกเป็นงานเล็กๆ หลายงานที่สามารถประมวลผลพร้อมกันเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพ

ในรูป เราแบ่งเครือข่าย Ethereum ออกเป็นสองส่วน ส่วนซ้าย L1 คือเชนหลักของ Ethereum ที่มีอยู่ และส่วนขวา L2 คือแต่ละส่วน ซึ่งแต่ละส่วนเป็นพื้นที่บัญชีอิสระ แต่ละ Shard ได้รับการดูแลโดยโหนดเฉพาะซึ่งเทียบเท่ากับ Blockchain อิสระ แต่ละ Shard จะสรุปบันทึกของตนเองและส่งไปยัง Main Chain ห่วงโซ่หลักรวบรวมสรุปของแต่ละส่วนย่อย จากนั้นสร้างบล็อกของห่วงโซ่หลัก (N+1) แต่ห่วงโซ่หลักจะรวบรวมบทสรุปมากกว่ารายละเอียดธุรกรรมเฉพาะ

ชื่อระดับแรก

02. เทคโนโลยีบล็อกเชนและชาร์ดดิ้ง

2.1 ชั้นของเทคโนโลยีการแบ่งส่วน

เทคโนโลยี Sharding กระแสหลักในปัจจุบันแบ่งออกเป็นสามระดับ: Network Sharding, Transaction Sharding และ State Sharding และความยากทางเทคนิคของเทคโนโลยีก็เพิ่มขึ้นตามลำดับ แกนหลักคือโหนดในชาร์ดต้องมีความสอดคล้องกันและป้องกันไม่ให้ถูกควบคุมโดยผู้โจมตีที่เป็นอันตราย และจำเป็นต้องมีกลไกการส่งข้อมูลระหว่างชาร์ดเพื่อให้แน่ใจว่าสถานะของธุรกรรมและสัญญาอัจฉริยะมีความสอดคล้องกันระหว่างชาร์ดต่างๆ

1. การกระจายตัวของเครือข่าย

เมื่อใช้การสุ่ม เครือข่ายสามารถใช้วิธีการ VRF เพื่อสุ่มเลือกโหนดเพื่อสร้างชาร์ดเพื่อป้องกันโหนดที่เป็นอันตรายจากการครอบครองชาร์ดหนึ่งๆ ฉันทามติระหว่างโหนดภายในชาร์ดสามารถทำได้ผ่านกลไกฉันทามติเช่น pBFT

2. การแลกเปลี่ยนธุรกรรม

1) การแบ่งบัญชีแยกประเภท: ในระบบที่ใช้ UTXO ระบบสามารถกำหนดส่วนแบ่งตามที่อยู่ของผู้ส่ง สิ่งนี้ทำให้มั่นใจได้ว่าธุรกรรมที่มีการใช้จ่ายซ้ำสองรายการจะได้รับการตรวจสอบในชาร์ดเดียวกัน ดังนั้นระบบจึงสามารถตรวจจับธุรกรรมที่มีการใช้จ่ายซ้ำซ้อนได้อย่างง่ายดายโดยไม่ต้องมีการสื่อสารข้ามชาร์ด

2) การแบ่งกลุ่มบัญชีแยกประเภท: ในระบบที่ไม่ใช่ UTXO เพื่อป้องกันการใช้จ่ายซ้ำซ้อน เศษจะต้องสื่อสารระหว่างกันในระหว่างกระบวนการตรวจสอบ ในความเป็นจริง เนื่องจากธุรกรรมที่มีการใช้จ่ายซ้ำซ้อนสามารถเกิดขึ้นได้ในชาร์ดใดๆ ก็ตาม ธุรกรรมที่ได้รับจากชาร์ดหนึ่งๆ จะต้องสื่อสารกับชาร์ดอื่นๆ ทั้งหมด ต้นทุนการสื่อสารที่สูงระหว่างกันนี้อาจทำลายวัตถุประสงค์ดั้งเดิมของการแบ่งส่วนย่อยของธุรกรรม

3. การแบ่งสถานะ

กุญแจสำคัญของเทคโนโลยีนี้คือการแยกพื้นที่จัดเก็บทั้งหมด เพื่อให้ชาร์ดต่างๆ เก็บส่วนต่างๆ แต่ละโหนดมีหน้าที่รับผิดชอบในการโฮสต์ข้อมูลชาร์ดของตัวเองเท่านั้น แทนที่จะจัดเก็บสถานะบล็อกเชนทั้งหมด เมื่อมีการเสนอ State Sharding ก็จะมาพร้อมกับความท้าทาย

ใน blockchain ที่แบ่งส่วนสถานะ จะมีเพียงส่วนหนึ่งของสถานะเท่านั้นที่ถูกเก็บไว้ในส่วนย่อยเฉพาะ สมมติว่าหนึ่งในบัญชีสร้างธุรกรรมที่จ่ายเงินให้อีกบัญชีหนึ่ง ธุรกรรมจะได้รับการประมวลผลโดยชาร์ดแรก และเมื่อธุรกรรมได้รับการยืนยันแล้ว จะต้องแชร์ข้อมูลเกี่ยวกับยอดคงเหลือใหม่ของบัญชีแรกกับชาร์ดที่อยู่ ซึ่งอาจต้องมีการสื่อสารข้ามชาร์ดและการแลกเปลี่ยนสถานะบ่อยครั้ง หากทั้งสองบัญชีได้รับการจัดการโดยชาร์ดที่แตกต่างกัน การทำให้แน่ใจว่าการสื่อสารข้ามชาร์ดไม่เกินดุลประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นของการแบ่งสถานะยังคงเป็นคำถามการวิจัยแบบเปิด

ความท้าทายประการที่สองของการแบ่งสถานะคือความพร้อมใช้งานของข้อมูล ตัวอย่างเช่น ด้วยเหตุผลบางประการ ชาร์ดบางอย่างถูกโจมตีและทำให้ออฟไลน์ เนื่องจากชาร์ดไม่จำลองสถานะทั้งหมดของระบบ เครือข่ายจึงไม่สามารถตรวจสอบความถูกต้องของธุรกรรมที่ขึ้นอยู่กับชาร์ดออฟไลน์ได้อีกต่อไป ดังนั้น blockchain จึงไม่สามารถใช้งานได้ในสถานการณ์เช่นนี้ วิธีแก้ไขปัญหานี้คือการรักษาไฟล์เก็บถาวรหรือทำการสำรองข้อมูลโหนด ซึ่งสามารถช่วยให้ระบบกู้คืนจากความล้มเหลวและกู้คืนข้อมูลที่ไม่พร้อมใช้งาน อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ทำให้โหนดต้องเก็บสถานะทั้งหมดของระบบ ดังนั้นสิ่งนี้อาจก่อให้เกิดความเสี่ยงในการรวมศูนย์

กลไกการแบ่งส่วนใด ๆ จำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าชิ้นส่วนนั้นทนทานต่อการโจมตีและความล้มเหลว เครือข่ายต้องยอมรับโหนดใหม่และกำหนดสิ่งเหล่านี้ให้กับชิ้นส่วนต่าง ๆ ในลักษณะสุ่ม อย่างไรก็ตาม ในกรณีของ state sharding การกำหนดโหนดใหม่นั้นทำได้ยาก ในระหว่างการปรับแต่งเครือข่ายใหม่ อาจเกิดปัญหาที่ทำให้ปิดใช้งานระบบทั้งหมดก่อนที่การซิงโครไนซ์จะเสร็จสมบูรณ์ เพื่อป้องกันระบบหยุดทำงาน เราต้องค่อยๆ ปรับเครือข่ายเพื่อให้แน่ใจว่าแต่ละชาร์ดยังคงมีโหนดเก่าเพียงพอ ก่อนที่โหนดทั้งหมดจะถูกล้าง ในทำนองเดียวกัน เมื่อโหนดใหม่เข้าร่วมชาร์ด ระบบต้องแน่ใจว่าโหนดมีเวลาเพียงพอในการซิงโครไนซ์กับสถานะชาร์ด

ชื่อระดับแรก

03. การวิเคราะห์โครงการแยกส่วน

3.1 รายชื่อโครงการ Sharding

ชื่อระดับแรก

04. ตรรกะการลงทุนของโครงการชาร์ดดิ้ง

4.1 ความเป็นไปได้ของการรับรู้ทางเทคนิค

ความยากทางเทคนิคของการชาร์ดดิ้งนั้นสูงมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งการชาร์ดดิ้งในสถานะที่ยังไม่ได้รับการแก้ไขอย่างดีในทฤษฎีวิทยาการคอมพิวเตอร์ ดังนั้นมีเพียงทีมเทคนิคชั้นนำของโลกเท่านั้นที่สามารถหวังว่าจะสร้างความก้าวหน้าได้

4.2 การผสมผสานกับเทคโนโลยีการขยายอื่น ๆ

การกระจายตัวสามารถเสริม DAG, ช่องทางสถานะ ฯลฯ และแต่ละส่วนก็มีข้อได้เปรียบของตัวเองเพื่อให้บรรลุการขยายระบบโดยรวม

4.3 คุณภาพการบริการสามารถไปถึงระดับเชิงพาณิชย์ได้หรือไม่

ความสามารถในการขยายขนาดได้รับการปรับปรุงหรือไม่นั้นจะต้องได้รับการทดสอบจากตลาดในท้ายที่สุด ในปัจจุบัน โครงการ Sharding และแอปพลิเคชันส่วนใหญ่ยังห่างไกลจากความพร้อมใช้งานเชิงพาณิชย์ วิธีแก้ไข การเชื่อมต่อโครงข่ายระหว่างบล็อกต่างๆ ระหว่างโครงการ Sharding และวิธีกำหนดสัญญาอัจฉริยะที่สมเหตุสมผล หากสามารถออกแบบโซลูชันที่ดีกว่าในด้านเหล่านี้ได้ ก็อาจกลายเป็นโครงการที่มีการแข่งขันสูงในอุตสาหกรรมนี้

4.4 นวัตกรรมและความเข้มงวดของโครงการ

ชื่อระดับแรก

05. อนาคตของเทคโนโลยีการแบ่งส่วน

5.1 ข้อได้เปรียบทางเทคนิค

การแยกส่วนนั้นแตกต่างโดยพื้นฐานจากกลไกฉันทามติแบบดั้งเดิมที่แสดงโดย Bitcoin และ Ethereum สำหรับเทคโนโลยี Sharding ในขณะที่ได้รับฉันทามติจากหลายฝ่าย จะช่วยแก้ปัญหาความแออัดของเครือข่ายที่เกิดจากการเพิ่มขึ้นของโหนด ตัวอย่างเช่น การทดสอบล่าสุดของ zillqa แสดงให้เห็นว่ามีเพียง 3,600 โหนดและ 6 shards สามารถทำธุรกรรมได้ถึง 2,000 ธุรกรรมต่อวินาที หากผู้ขุด Ethereum ที่มีอยู่ถูกย้ายไปยัง Zilliqa ดังนั้น Zilliqa ประสิทธิภาพจะสามารถเข้าถึงได้มากกว่า 1,000 เท่าของ Ethereum ดูเหมือนจะเป็นการข้ามจากซีรีส์ไปสู่คู่ขนานแบบง่ายๆ แต่ให้พื้นที่มากขึ้นสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพสำหรับการพัฒนาเทคโนโลยีบล็อกเชน

5.2 อุปสรรคในการพัฒนา

เนื่องจากข้อได้เปรียบของเทคโนโลยีการแบ่งส่วน ผู้ปฏิบัติงานจำนวนมากขึ้นจึงเริ่มให้ความสนใจและสนับสนุนเทคโนโลยีการแบ่งส่วน ลักษณะนี้ส่งเสริมการเพิ่มประสิทธิภาพของเทคโนโลยีการแบ่งส่วนและยังนำมาซึ่งปัญหาบางอย่าง

ในแง่หนึ่ง เทคโนโลยีการแบ่งชิ้นส่วนมุ่งเน้นไปที่การแก้ปัญหาด้านประสิทธิภาพ ในขณะที่ผู้เข้าร่วมบางคนหมกมุ่นอยู่กับการแข่งขัน TPS มากเกินไป แต่ไม่สนใจการรับประกันความปลอดภัย

ในทางกลับกัน เนื่องจากความนิยมของเทคโนโลยีการชาร์ดดิ้ง ผู้คนจำนวนมากสุ่มสี่สุ่มห้าเข้าร่วมในการเป็นผู้ประกอบการของเทคโนโลยีการชาร์ดดิ้ง แต่หลายคนไม่เข้าใจความสมดุลระหว่างการกำกับดูแลและการแบ่งการชาร์ดดิ้ง และคิดง่ายๆ ว่าตรรกะของการชาร์ดดิ้งคือ ข้อสังเกต การขาดความเข้มงวดนี้จะไม่เพียงขัดขวางการพัฒนาเทคโนโลยี แต่ยังทำลายความเชื่อมั่นของตลาดในเทคโนโลยี และยังส่งผลร้ายแรงกว่านั้นอีกด้วย

ชื่อระดับแรก

การอ่านอ้างอิง:

การอ่านอ้างอิง:

20160527 Rootstock เปิดตัวเครือข่ายทดสอบ Bitcoin นำสัญญาอัจฉริยะ

20170528 ระบบ ASCH เวอร์ชันอัปเกรดของ Ethereum

20170708 รายงานทางเทคนิคแบบ Cross-chain จัดทำโดย Vitalik ถึง R3

20180109 การวิเคราะห์เชิงลึก: เทคโนโลยี blockchain cross-chain

20180304 โครงการ "RSK" ยอดนิยมในปี 2561 จะเปิดตัวในไม่ช้าพร้อมความนิยมสูงสุดและอัตราผลตอบแทนที่น่าทึ่ง!

3. ห้ามพิมพ์ซ้ำเชิงพาณิชย์และแก้ไขรองและพิมพ์ซ้ำ

Vitalik Buterin 《Sharding doc》

Vitalik Buterin  《Chain Interoperaability》

บรรณาธิการ: เฉินเหวินหยาง

【ประกาศการพิมพ์ซ้ำ】

1. รายงานนี้เป็นผลงานต้นฉบับขององค์กรวิจัยและวิเคราะห์ข้อมูลระดับมืออาชีพของ Jingdata [Jing Zhun Research Institute] ซึ่งได้รับการคุ้มครองโดย "กฎหมายลิขสิทธิ์" และมีสิทธิ์ในการรวบรวมและอธิบายประกอบตามกฎหมาย

2. โปรดฝากข้อความไว้เบื้องหลังเพื่อพิมพ์ซ้ำ และคุณสามารถพิมพ์ซ้ำได้หลังจากได้รับอนุญาต

3. ห้ามพิมพ์ซ้ำเชิงพาณิชย์และแก้ไขรองและพิมพ์ซ้ำ