На раннем этапе развития вопрос масштабируемости находился на вторых ролях.
Дело в том, что в те времена никто не мог быть уверенным, что инновация вообще приживется. Однако интерес к криптоиндустрии рос. В конце концов, стало очевидно, что сетям не обойтись без масштабирования и снижения комиссионной нагрузки, если блокчейн нацелен на глобальное распространение.
- В своем материале мы приведем понятные примеры функционирования шардинга, который на сегодняшний день является одним из ключевых механизмов блокчейн-расширения.
Что такое шардинг?
Методика разделения сети на несколько независящих друг от друга участков получила название шардинга. Каждой из полученных частей поручается обработка некоторого количества транзакций материнской платформы. В переводе с английского термин означает «осколок» или «фрагмент».
После разбития блокчейна на независимые сегменты происходит закрепление за каждым компонентом конкретной группы узлов. Благодаря этому подходу решение поставленных перед сетью задач существенно упрощается. Отпадает необходимость в контроле над всей цепочкой. Каждая нода несет ответственность только за личную рабочую зону. В результате мы получаем снижение нагрузки, а экосистема в целом начинает работать с большей эффективностью.
Зарождение концепции разделения обработки вводных происходило еще на заре эры вычислительной техники. Поэтому саму по себе эту идею сложно назвать новинкой. Шардинг находил широкое применение в традиционных базах данных еще до того, как мир познакомился с Вселенной блокчейнов. При помощи этого метода распределялась нагрузка между серверами.
Принципы работы шардинга
Представьте себе сеть, которую обслуживают 300 валидаторов. Ее можно разбить на две ветви по 150 контроллеров в каждой. Одна группа – это один шард. Они независимы друг от друга. Транзакции в них будут обрабатываться параллельными курсами. Таким образом, способность блокчейна справляться с задачами повышается в два раз. Причем увеличение показателя быстродействия никак не отражается на децентрализации и уровне безопасности.
Обоими ответвлениями создаются собственные блоки, которые записываются в собственные отдельные цепочки. Чтобы связываться с остальными компонентами базовой инфраструктуры, задействуются специальные инструменты синхронизации.
Проведем аналогию с экзаменами. Это поможет проще разобраться с работой шардинга.
Обычный блокчейн
Скажем, на сотню преподавателей приходится 10 тысяч абитуриентов. Для приема экзамена у 100 студентов случайным образом из всего количества педагогов выбирается 10 человек. Потом для новой группы соискателей, так же рандомно, назначается другая десятка экзаменаторов. Процесс будет продолжаться до тех пор, пока все поступающие не пройдут проверку на годность.
Шардированный блокчейн
Данная модель предполагает, что все преподаватели делятся на команды по 10 участников в каждой. Приемка вступительных испытаний сформированными группами педагогов осуществляется параллельно. На каждый учительский состав приходится по тысяче абитуриентов, а экзамены сдаются в разных аудиториях. Кому из будущих студентов, какой экзаменатор попадется, определяет случай.
Мы получаем десятикратное ускорение процесса сдачи. Причем сохраняется стопроцентная объективность. Проверка по-прежнему ведется коллективно, а система продолжает оставаться надежной, никак не вредя своей децентрализации.
Разница между статическим и динамическим шардингом
Статистический
Количество групп, обрабатывающих транзакции, в статической модели определяется заранее. Оно не меняется, подстраиваясь под текущую сетевую загруженность.
Представьте себе, что в каждой из экзаменационных аудиторий, сидит 10 преподавателей. Через них может пройти тысяча, 10 тысяч, 100 тысяч поступающих. Нагрузка растет. Но, несмотря на это, система не увеличивает число кабинетов.
Каждая приемная комиссия трудится все так же коллективно и независимо, однако время на проверку всей группы абитуриентов увеличивается прямо пропорционально разрастанию числа экзаменуемых.
Динамический
В данном случае система отличается гибкой адаптацией под нагрузку. То есть, если, например, число студентов вырастает до миллиона, педагоги, с целью поддержания высокой скорости обработки, делятся на необходимое количество комиссий. Однако возникает проблема, поскольку может создаться ситуация, когда преподавателю придется оценивать поток в одиночку – индивидуально. Вследствие этого усугубляется риск злоупотреблений, так как уровень независимости снижается.
Избежать подобных осложнений в блокчейне можно путем одновременного увеличения и штата валидаторов. В противном случае под угрозой оказывается не только качество децентрализации, но и сетевая безопасность.
Взаимодействие шардов
Усложним нашу экзаменационную аналогию. Это повысит наглядность нашего объяснения другой важной шардинговой особенности – взаимодействие сегментов между собой.
Представьте себе ситуацию, когда для сдачи над дипломной работой трудились два учащихся. Однако, несмотря на то, что проект готовился совместно, защищают они его в разное время и в разных классах. При этом им необходимо, чтобы результат экзамена был общим, то есть, оценка на тандем – одна.
- Если система централизованная, в ней все преподаватели пользуются единой ведомостью. Она легко проверяется – можно без проблем установить и факт защиты диплома, и выставленные отметки.
- Шардинговая модель подразумевает наличие нескольких изолированных ведомостей, поскольку преподаватели работают в независимых друг от друга командах. У них нет в реальном времени доступа к данным, получаемым другими группами.
Мы сталкиваемся с серьезной технической задачей, заключающейся в обеспечении быстрой и надежной передачи информации от одного сегмента сети другому. Если не наладить эффективного взаимодействия, ошибки будут неизбежными. Данные могут дублироваться. Система может получать противоречивые результаты. Без сложных механизмов коммуникации между шардами решить эту проблему невозможно.
Зачем нужен шардинг?
Внедрение данной технологии дает следующие преимущества:
- Производительность повышается. Транзакции распределяются между разными комплексами узлов. За каждой группой закрепляется обязанность по обработке только конкретной части вводных. Выполнение операций ускоряется. Нагрузка на сеть значительно снижается.
- Комиссии снижаются. Поскольку поднимается показатель продуктивности транзакционного обслуживания, блокчейну удается сократить издержки. Сеть, требующая минимальных отчислений, становится более привлекательной в глазах рядового пользователя.
- Система приобретает устойчивость. Шардирование обеспечивает распределенную инфраструктуру. Она способствует повышению устойчивости блокчейна к техническим сбоям и атакам извне. Сеть укрепляет свою безопасность в работе, становясь более стабильной.
- Обеспечивается масштабируемость и гарантируется гибкость. Эти изменения особенно заметны в динамических экосистемах. В зависимости от текущей нагрузки автоматически меняется количество шардов. Если объемы транзакционного трафика увеличиваются, сеть дробит свою архитектуру, разветвляясь. Если количество операций сокращается, система объединяется. Это способствует эффективному распределению ресурсов и сохранению высокоскоростной обработки вне зависимости от степени пользовательской активности.