The post Understanding Blockchain Networks and Nodes appeared first on Coinpedia Fintech News

Úvod

Technologie blockchain přinesla velkou digitální revoluci, která změnila náš pohled na transakce, bezpečnost, decentralizaci a transparentnost. Tento článek se zaměřuje na komplexní pochopení blockchainových sítí a uzlů. Nody a sítě jsou pilíři architektury a funkčnosti blockchainů. Vývojáři musí ovládat tyto koncepty pro efektivní vývoj blockchainu a mít na paměti rozsáhlou doménu aplikací v různých odvětvích, jako jsou finance a řízení dodavatelského řetězce.

Co je to blockchainová síť?

Blockchain síť je v podstatě distribuovaná účetní kniha nebo systém záznamů, kde více zařízení transparentně sdílí a ověřuje informace o transakcích.

Klíčové součásti sítě Blockchain jsou:

  • Uzly: Počítače nebo zařízení, které se účastní sítě

  • Ledger: Databáze nebo digitální záznam všech transakcí

  • Inteligentní smlouvy: Inteligentní smlouvy jsou označovány jako programy na vysoké úrovni, které se kompilují do byte-kódu EVM a také předstupeň pro nasazení na blockchainu Ethereum. Umožňuje nám provádět spolehlivé transakce, které jsou bezpečné bez jakéhokoli zásahu třetích stran, sledovatelné a nevratné

  • Mechanismus konsenzu: Sada protokolů, které musí uzly v síti sledovat o stavu blockchainu.

Typy blockchainových sítí:

  • Veřejnost: Jak název napovídá, je otevřena pro každého. Veřejnou síť nekontroluje žádná entita. Tyto sítě jsou decentralizované a transparentní. Příklady jsou bitcoiny a ethereum a obecné případy použití jsou dApps.

  • Soukromé: Soukromé sítě jsou omezeny pouze na ty, kteří jsou oprávněni. Jsou řízeny jedinou organizací. Příklady jsou Hyperldger  Fabric a Corda a obecné případy použití jsou řízení dodavatelského řetězce a podniková řešení.

  • Konsorcium: Síť konsorcia je směsí veřejných i soukromých sítí, které kontroluje a spravuje skupina organizací. Je částečně decentralizovaný a nabízí transparentnost do určité úrovně. Příklady jsou Quorum a Energy Webchain. Obvykle se používá v průmyslových kooperacích a aplikacích založených na konsorciích.

  • Hybridní: Jedná se o kombinaci atributů veřejné a privátní sítě. Přístup k hybridní síti je přizpůsobitelný, přičemž některá data jsou veřejná a některá omezená. Příklad Dragion chain používaný v přizpůsobitelných podnikových řešeních

Uzly v Blockchainu

Uzly lze označit jako jednotlivá zařízení nebo počítače, které jsou součástí blockchainové sítě a řídí se protokoly. Uzly jsou nevyhnutelnou součástí Blockchainu, protože udržují kopii veřejné knihy a účastní se mechanismů konsenzu.

Typy uzlů:

  • Úplné uzly: Úplné uzly jsou zařízení, která udržují kompletní kopii blockchainu. Tyto uzly hrají klíčovou roli při ověřování transakčních bloků a zajišťování integrity bezpečnosti blockchainu. Ty jsou považovány za bezpečné a důvěryhodné uzly.

  • Lehké uzly: Lehké uzly pouze ukládají záhlaví bloku, který je podmnožinou dat blockchainu. Lehké uzly závisí na úplných uzlech pro ověřování a validaci transakcí.

  • Těžební uzly: Tyto uzly se účastní sítě řešením kryptografických hádanek alias těžby. Těžební uzly poskytují zabezpečení sítě ověřováním transakcí a také pomáhají udržovat zabezpečení prostřednictvím Proof of work (PoW).

  • Hlavní uzly: Hlavní uzly provádějí speciální úkoly, jako je ověřování okamžitých transakcí nebo účast na správě. Zlepšuje funkčnost a zvyšuje stabilitu blockchainu. Vzhledem k výpočetní funkčnosti potřebuje obrovské zdroje energie.

Nastavení a konfigurace uzlů

 Průvodce nastavením různých typů uzlů:

  • Úplný uzel: 

  1.  Nainstalujte klientský software Blockchain, jako je Bitcoin Core nebo Geth.

  2. Stáhněte si data řetězce a synchronizujte se sítí

  3. Nakonfigurujte nastavení, jako je úložiště a šířka pásma. atd

  • Světelný uzel 

  1. Nainstalujte klientský software, jako je Electrum pro bitcoiny nebo MetaMask pro Ethereum.

  2. Synchronizujte je s úplnými uzly a ověřte transakce

  3. Nakonfigurujte pro optimální výkon

  • Těžební uzel

  1. Nainstalujte software jako CGminer nebo Ethminer

  2. Připojte se k těžařské skupině pro společné úsilí a odměny

  3. Nakonfigurujte pro dosažení optimálních výsledků

  • Hlavní uzel

  1. Před nastavením zkontrolujte požadavky na zajištění

  2. Nainstalujte konkrétní software týkající se blockchainu

  3. Nakonfigurujte pro lepší výkon a efektivitu

Doporučené postupy konfigurace.

  • Pravidelně aktualizujte software

  • Postarejte se o bezpečnostní opatření implementací firewallů a antivirů

  • Zajistěte odpovídající alokaci zdrojů

Bezpečnostní aspekty uzlů.

  • Pro přenos dat použijte šifrování

  • Zajistěte ochranu před útoky DDos Distributed Denial of Service

  • Pravidelně kontrolujte bezpečnostní parametry

Síťové topologie

Topologie sítě je uspořádání propojení mezi uzly v síti. Topologie nastiňuje a vysvětluje, jak zařízení komunikují, přenášejí, šíří transakce a dosahují konsensu. Pro efektivitu, škálovatelnost a bezpečnost sítě je nezbytná vhodná volba topologie.

Běžné topologie používané v blockchainových sítích.

  • Topologie Peer-to-Peer (P2P): V této topologii je každý uzel přímo propojen, takže všechny uzly jsou rovnocennými účastníky. Tato topologie vytváří decentralizovanou síť, kde všechny uzly mohou iniciovat a ověřovat transakce. Bitcoin využívá topologii P2P sítě.

Klady: 

  • Decentralizované

  • Pružný

  • Zajistit

           Nevýhody:

  • Zpoždění šíření je přímo úměrné růstu sítě

  • Vícenásobné připojení vede k vysoké režii šířky pásma.               

  • Federovaná topologie: Federovaná topologie umožňuje účast na konsensu pouze oprávněným a ostatní se mohou k této topologii připojit, ale nemohou ji ověřit. Toto je také známé jako síť konsorcia. Populárně se používá v Ripple

Klady: 

  • Efektivní a rychlé díky menším uzlům v procesu

  • Je škálovatelný díky vyšší propustnosti

  • Řízený přístup zvyšuje bezpečnost

           Nevýhody:

  • Více centralizované tedy vytváří problémy s důvěrou

  • Potřebuje robustní mechanismy řízení.    

  • Hybridní topologie

Jak název napovídá, jedná se o kombinaci P2P a federované topologie. Podporuje více vrstev a oprávnění ke skupinám zařízení a udržuje decentralizaci. Dragonchain používá hybridní topologii.

Klady: 

  • Efektivní a rychlé, protože jde o kombinaci P2P a federované topologie.

  • Flexibilní a přizpůsobitelné.

           Nevýhody:

  • Komplexní návrh a realizace

  • Do určité úrovně může inklinovat k centralizaci.

Mechanismy konsensu

Mechanismy konsenzu jsou sada protokolů, které by měly uzly v síti dodržovat, aby se dohodly na stavu účetní knihy. Tyto mechanismy se používají pro ověřování a ověřování transakcí.

Populární konsensuální algoritmy:

  • Proof of Work (PoW): Proof of Work je také známý jako těžba. V tomto mechanismu konsensu musí uživatelé vyřešit kryptografické hádanky, které je odmění. Je to soutěž, kde první, kdo vyřeší, dostane do zadku nový blok. Tento algoritmus využívá k zabezpečení blockchainu hash. Obtížnost hádanek PoW zajišťuje, že blockchain zůstává bezpečný a řídí rychlost přidávání nových bloků.

  • Proof of Stake (PoS): Proof of Stake vybírá validátory na základě počtu mincí, které mají, a sázky jako kolaterálu. Proces výběru nezávisí pouze na sázce, ale také na faktorech, jako je stáří mince a náhodnost. Pro přidání nového bloku jsou vybráni validátoři s nejnižší hodnotou hash a nejvyšší vsazenou částkou. PoS je energeticky účinnější než PoW. Tento mechanismus je implementován v Ethereu 2.0.

  • Delegovaný doklad o sázce (DPoS): Používá delegáty a pověst pro ověření transakce. Používá se v EOS

  • Praktická byzantská odolnost proti chybám (PBFT): K ověření se používá hlasovací mechanismus uzlů. To je vysoce odolné proti podvodům a používá se v tkanině Hyperledger.

  • Proof of Authority (PoA): Tento mechanismus používá k ověření předem vybrané entity. Používá se ve VeChain.

Komunikace a synchronizace uzlů

Určitě vás zajímá, jak uzly komunikují v rámci sítě. Odpověď je podobná tomu, co dělají lidé, uzly objevují další uzly pomocí protokolů jako Gossip a poté šíří zprávy. Zajímavé že?

Proces synchronizace uzlů zahrnuje dva kroky, za prvé počáteční synchronizaci, kdy si stáhnete a ověříte synchronizaci, a Probíhající synchronizaci, kterou stačí aktualizovat novými transakcemi.

Techniky k zajištění účinné a bezpečné komunikace by měly být:

  • Použití optimalizovaných a efektivních protokolů.

  • Šifrujte data

  • Použijte Redundanci, abyste zabránili ztrátě dat.

Výzvy a řešení v komunikaci uzlů:

  • Zlepšete latenci implementací vysokorychlostních připojení a protokolů

  • Zajistěte silné šifrování a DDoS ochranu

  • Zajistěte použití škálovatelných topologií

Monitorování a údržba blockchainových sítí

Nástroje a techniky pro monitorování blockchainových sítí:

  • Prometheus

  • Grafana

  • Blokovat průzkumníka

Výkon sítě závisí na latenci, propustnosti, výkonu monitorovaného uzlu a době vytvoření bloku.

Postupy údržby uzlů.

  • Pravidelně aktualizujte software 

  • Vždy mějte pod kontrolou použitou bezpečnostní záplatu.

  • Rutinní audity

Běžné problémy řeší problémy s připojením a synchronizací.

Zajištění dostupnosti a spolehlivosti implementací redundance a používáním technik vyrovnávání zátěže.

Škálovatelnost a optimalizace výkonu

Výzvy při škálování blockchainových sítí

  • Transakční propustnost

Mnoho sítí čelí problému s nižší propustností při zpracování vyššího počtu transakcí za sekundu. Tradiční mechanismy konsenzu mohou být pomalé a náročné na zdroje.

  • Úložný prostor

Dalším velkým problémem, kterému čelíme, je úložiště, protože blockchain roste a množství dat se také zvyšuje, což ovlivňuje kapacitu úložiště a efektivitu získávání dat.

Strategie pro zlepšení škálovatelnosti sítě.

  • Řešení vrstvy 2:

Lightning Network: Bitcoin používá tuto off-chain opravu pro rychlejší levnější převody. Nastavuje platební cesty mezi uživateli. Blockchain se přihlásí, když se cesty otevřou nebo zavřou.

Plazma a Rollups: Ethereum se škáluje pomocí těchto nástrojů. Řeší obchody mimo řetězec a dávají hlavnímu řetězci stručnou rekapitulaci. To snižuje práci pro hlavní blockchain.

  • Sdílení:

Data Partitioning: Sharding rozděluje blockchain na menší, snadněji spravovatelné bity (střepy). Každý úlomek se zabývá svými obchody a chytrými obchody. To snižuje zatížení celé sítě.

Paralelní zpracování: Shards mohou řešit obchody ve stejnou dobu. To výrazně zvyšuje počet obchodů, které síť zvládne.

Techniky optimalizace výkonu pro uzly

  • Optimalizujte data a úložiště

  • Proveďte prořezávání

  • Používejte účinné konsensuální algoritmy

  • Použijte efektivní databázový systém managementmagt.

Budoucí trendy ve škálovatelnosti blockchainu

V poslední době došlo k vývoji v mechanismech konsensu. Existují nové doplňky, jako je Proof of History (PoH), které používá Solana. Existuje také adaptace souboru různých konsensů do jednoho mechanismu. Existují pokroky v řešeních vrstvy 2, jako jsou státní řetězce a postranní řetězce a integrace interoperability

Případové studie a praktické příklady

  • bitcoiny: 

Bitcoin se spoléhá na mechanismus PoW, který má problémy, jako je škálovatelnost a transakční propustnost, a proto řešením implementovaným pro tento problém byl Segregated Witness (SegWit), který snižuje velikost transakce a zvyšuje kapacitu bloku. Implementace řešení druhé vrstvy Lightning Network zvyšuje rychlost transakcí. Tato vylepšení byla cenná vzhledem k problémům, kterým čelili 

  • Ethereum 2.0 Shift: 

Scaling Hurdles: První systém PoW společnosti Ethereum měl rychlost 15 TPS podobně jako bitcoin. 

Balance Act: Ethereum se snažilo vyvážit bezpečnost, rychlý růst a škálovatelnost.

Doklad o sázce (PoS): Ethereum 2.0 vymění PoW za PoS. Tato nová metoda šetří energii a zvládne více obchodů. 

Split Chains: Ethereum 2.0 přináší rozdělené řetězce. Ty mu umožňují zvládnout mnoho obchodů najednou, což výrazně zvyšuje jeho sílu.

 Závěr

Na závěr můžeme říci, že pro efektivní síť je nezbytné porozumět topologii a síťové architektuře. Vývojáři spolu s kódovacími postupy si musí oprášit své znalosti a neustále se učit o aktualizacích v této doméně. Dobré držení těchto konceptů pomáhá vývojářům vytvářet bezpečné, efektivní a škálovatelné blockchainové aplikace a uživatelé se mohou lépe orientovat v doméně blockchainu.

Přečtěte si také: Zvládněte programovací jazyk Solidity za 5 minut: Páteř chytrých smluv Ethereum