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:
Nainstalujte klientský software Blockchain, jako je Bitcoin Core nebo Geth.
Stáhněte si data řetězce a synchronizujte se sítí
Nakonfigurujte nastavení, jako je úložiště a šířka pásma. atd
Světelný uzel
Nainstalujte klientský software, jako je Electrum pro bitcoiny nebo MetaMask pro Ethereum.
Synchronizujte je s úplnými uzly a ověřte transakce
Nakonfigurujte pro optimální výkon
Těžební uzel
Nainstalujte software jako CGminer nebo Ethminer
Připojte se k těžařské skupině pro společné úsilí a odměny
Nakonfigurujte pro dosažení optimálních výsledků
Hlavní uzel
Před nastavením zkontrolujte požadavky na zajištění
Nainstalujte konkrétní software týkající se blockchainu
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