Шардінг

Що таке шардинг?

Шардинг — це технологія масштабування блокчейна, яка розділяє мережу на кілька паралельних партицій. Це дозволяє вузлам обробляти й зберігати лише частину даних і транзакцій, що підвищує пропускну здатність блокчейна.

У цьому контексті вузол — це сервер або комп’ютер, який працює в мережі та спільно підтримує реєстр. Шардинг дає вузлам змогу розподіляти обов’язки: не кожен вузол обробляє всі транзакції, що забезпечує швидшу й економічнішу роботу мережі. Для підтримки безпеки й узгодженості шардинг потребує зв’язку між партиціями та глобальної координації консенсусу.

Чому шардинг важливий для блокчейнів?

Шардинг вирішує обмеження одноланцюгових архітектур, де кожен вузол обробляє всі транзакції. Під час пікових навантажень це створює вузькі місця, що призводить до затримок підтвердження та зростання комісій.

Наприклад, при перевантаженні Ethereum пропускна здатність базового рівня обмежена, а комісії за транзакції помітно зростають. Розподіляючи обробку й зберігання даних між паралельними партиціями, шардинг збільшує пропускну здатність мережі, прискорює підтвердження та стабілізує комісії. Розробники отримують більший обсяг даних для складних застосунків — оновлення ігрового стану на блокчейні чи зберігання великої кількості повідомлень у соціальних мережах.

Як працює шардинг?

Основний механізм шардингу — це партиціювання, комітети та консенсус у межах мережі. Кожна партиція працює як легка субланцюгова система з власними процесами створення та валідації блоків, залишаючись частиною головної мережі.

Валідатори — це вузли, які створюють і перевіряють блоки, розміщуючи активи для права участі. Мережа випадково формує групи валідаторів у комітети, які контролюють створення й валідацію блоків у партиціях протягом певних інтервалів. Випадковий вибір знижує ризик змови.

Доступність даних означає, що дані справді зберігаються мережею та доступні для всіх — як резервна копія публічного реєстру. Шардинг забезпечує доступність даних через їх публікацію та підтвердження багатьма вузлами, що дозволяє здійснювати перевірку й відновлення в майбутньому.

Для остаточної узгодженості блоки партицій підтверджуються через консенсус головної мережі. Це дає змогу обробляти партиції паралельно, але забезпечує єдність і безпеку реєстру блокчейна.

Як обробляються транзакції між партиціями?

Транзакції між партиціями використовують модель асинхронного обміну повідомленнями: транзакція в джерельній партиції створює повідомлення або квитанцію, яку виконують у цільовій партиції після підтвердження.

Крок 1: Ініціюйте транзакцію в джерельній партиції, створюючи перевіряється повідомлення, що фіксує передачу активу чи операцію.

Крок 2: Повідомлення фіксується через консенсус у межах мережі; інші партиції бачать його існування. Цільова партиція очікує достатньої кількості підтверджень — фінальність означає, що запис не можна відкликати.

Крок 3: Цільова партиція отримує й виконує повідомлення, оновлює баланси або стан, фіксуючи це у власному блоці.

Такий дизайн жертвує синхронною атомарністю (виконання всіх етапів одночасно) задля масштабованості та безпеки. Для користувачів дії між партиціями можуть бути трохи повільнішими, ніж у межах однієї партиції, але після фінальності зберігається безпека й відстежуваність.

Який поточний стан шардингу в Ethereum?

Дорожня карта шардингу Ethereum змістилася з шардингу рівня виконання на шардинг даних, а масштабування координується разом із Rollups. Станом на березень 2024 року оновлення Dencun запровадило EIP-4844 (Proto-Danksharding), що додало канал даних Blob для значного зниження вартості публікації даних Rollup (Ethereum Foundation, березень 2024 року).

Після EIP-4844 прості перекази в мережах Layer 2 подешевшали до кількох центів (L2Fees, березень–червень 2024 року). Станом на жовтень 2024 року Danksharding, що розширює шардинг даних і семплінг, ще розробляється, мета — збільшення пропускної здатності для стабільної роботи застосунків.

EIP-4844 — це номер оновлення протоколу Ethereum; Blob — спеціалізований канал для великих даних, який використовують Rollups для дешевої публікації доказів і пакетних транзакцій у головній мережі.

Як співвідносяться шардинг і Rollup?

Шардинг і Rollups працюють разом: шардинг збільшує пропускну здатність головної мережі й гарантує доступність даних, а Rollups виконують транзакції на Layer 2 і публікують ключові дані й докази у головній мережі.

Rollups агрегують транзакції й передають основні записи у головну мережу. Шардинг забезпечує достатній простір для зберігання цих записів, робить їх доступними для завантаження й перевірки. Така співпраця підтримує високу безпеку при значному зменшенні витрат.

Які основні сфери застосування шардингу?

Для користувачів шардинг забезпечує стабільні підтвердження й низькі комісії, особливо в екосистемах на основі Rollup. Типові сценарії — перекази, оновлення ігрового стану, докази повідомлень у соціальних платформах і масове створення NFT.

Розробники отримують більшу пропускну здатність для щільних журналів подій, пакетних книг заявок і аналітики на блокчейні. Rollups дають змогу виконувати обчислення поза мережею, а ключові дані публікувати через канали шардингу у головній мережі.

Щоб скористатися перевагами шардингу щодо вартості й швидкості:

Крок 1: Оберіть мережу Layer 2 (Arbitrum, Optimism, Base), яка публікує дані через канал Blob в Ethereum.

Крок 2: На сторінці депозиту або виведення ETH у Gate оберіть потрібну мережу. Звертайте увагу на підказки та зміни комісій — уникайте транзакцій у періоди високого навантаження.

Крок 3: Використовуйте сумісні гаманці та застосунки для переказу коштів, торгівлі чи ігор; контролюйте підтвердження й деталі комісій.

Чим шардинг у блокчейні відрізняється від традиційного шардингу баз даних?

Традиційний шардинг баз даних масштабує централізовані системи, які керує одна команда. Транзакції між партиціями використовують протоколи сильної узгодженості або двофазні коміти для атомарності.

Шардинг у блокчейні має забезпечити безпеку у відкритому й конкурентному середовищі. Він використовує випадкові комітети й криптографічні докази, щоб запобігти контролю партицій зловмисниками. Асинхронні повідомлення передають результати між партиціями, оскільки немає довіреного центрального координатора. Шардинг на блокчейні надає перевагу фінальності й доступності даних над глобальними атомарними комітами в реальному часі.

Які ризики слід враховувати при використанні шардингу?

Ризики шардингу — це затримки та складність зв’язку між партиціями, особливі випадки в розробці смарт-контрактів і рідкісні збої доступності даних.

Для безпеки активів транзакції між партиціями або ланцюгами містять проміжні стани, що очікують підтвердження; слід остерігатися неправдивих повідомлень чи записів, які ще не фіналізовані. Використовуйте зрілі протоколи, переглядайте аудиторські звіти й диверсифікуйте ризики.

Користувачі повинні перевіряти підтримку шардингу в гаманцях і застосунках, стежити за оновленнями мережі та контролювати зміни комісій; розробники мають уважно реалізовувати асинхронну логіку, не покладаючись на сувору атомарність у шардингу, і впроваджувати стратегії повтору й відкоту.

Основні висновки про шардинг

Шардинг — це ключове рішення для масштабування публічних блокчейнів. Паралельна обробка й зберігання даних суттєво збільшує потужність мережі. Провідний підхід — це шардинг даних у поєднанні з виконанням через Rollup. EIP-4844 в Ethereum уже суттєво знизив комісії; повний Danksharding ще більше розширить пропускну здатність даних. У короткостроковій перспективі користувачі можуть отримати переваги шардингу через мережі Layer 2; довгострокові оновлення протоколу забезпечать надійну роботу складних застосунків у шардинговій екосистемі. Однак слід бути обережними щодо зв’язку між партиціями та безпеки активів.

FAQ

Яка роль ключа шардингу?

Ключ шардингу — це критичне поле, що визначає розподіл даних між партиціями. Як тег класифікації, система хешує цей ключ для автоматичного маршрутування транзакцій чи даних у відповідні партиції. Вибір правильного ключа шардингу забезпечує збалансований розподіл і запобігає перевантаженню партицій.

Чи знижує шардинг безпеку транзакцій?

Шардинг сам по собі не зменшує рівень безпеки, але створює нові ризики, які потрібно враховувати. Оскільки кожна партиція має лише частину валідаторів, атакуючі можуть легше націлитися на окрему партицію («shard attack» — спроба атаки на одну партицію). Сучасні рішення динамічно розподіляють валідаторів через beacon chain для централізованої координації, підтримуючи високий рівень безпеки в мережі.

Чи потрібно користувачам Gate турбуватися про шардинг під час транзакцій?

Ні. Шардинг — це внутрішня оптимізація блокчейна, прозора для користувачів. Під час транзакцій або торгівлі на Gate система сама розподіляє дані між партиціями та координує зв’язок. Шардинг корисний розробникам швидких Dapp і підвищує пропускну здатність мережі.

Чому не всі блокчейни використовують шардинг?

Хоча шардинг суттєво підвищує пропускну здатність, він значно ускладнює мережу. Потрібні надійні протоколи зв’язку між партиціями, узгоджене опрацювання даних і захист від атак на рівні партицій. Багато проектів обирають простіші рішення масштабування, наприклад, Rollups; Ethereum поступово впроваджує шардинг для максимальної сумісності й безпеки.

Як блокчейни забезпечують порядок і узгодженість транзакцій між партиціями?

Транзакції між партиціями використовують двофазний коміт або асинхронний обмін повідомленнями для забезпечення узгодженості. Результати з партиції А фіксуються, а інші партиції (наприклад, партиція B) отримують ці результати через beacon chain перед виконанням залежних транзакцій. Це створює незначні затримки, але гарантує фінальну узгодженість у мережі.