Повідомлення про блокчейн-мережі та вузли вперше з’явилося на Coinpedia Fintech News
вступ
Технологія блокчейн принесла велику цифрову революцію, яка змінила наш погляд на транзакції, безпеку, децентралізацію та прозорість. Ця стаття присвячена всебічному розумінню блокчейн-мереж і вузлів. Вузли та мережі є основою архітектури та функціональності блокчейнів. Розробникам необхідно оволодіти цими концепціями для ефективної розробки блокчейнів і пам’ятати про широку область застосування в різних галузях, таких як фінанси та управління ланцюгами поставок.
Що таке мережа блокчейн?
Блокчейн-мережа — це в основному розподілена книга або система записів, де кілька пристроїв прозоро обмінюються та перевіряють інформацію про транзакції.
Ключовими компонентами мережі Blockchain є:
Вузли: комп’ютери або пристрої, які беруть участь у мережі
Книга: база даних або цифровий запис усіх транзакцій
Смарт-контракти: смарт-контракти називаються програмами високого рівня, які компілюються в байт-код EVM, а також є попередньою стадією для розгортання в блокчейні Ethereum. Це дозволяє нам виконувати надійні транзакції, які є безпечними без будь-якого стороннього втручання, простежуються та незворотні
Механізм консенсусу: набір протоколів, яких повинні дотримуватися вузли в мережі щодо стану блокчейну.
Типи блокчейн мереж:
Публічний: як випливає з назви, він відкритий для всіх. Жодна особа не контролює публічну мережу. Ці мережі децентралізовані та прозорі. Прикладами є Bitcoin та Ethereum, а загальні випадки використання – dApps.
Приватні: приватні мережі доступні лише авторизованим користувачам. Вони контролюються єдиною організацією. Прикладами є Hyperldger Fabric і Corda, а загальні приклади використання – управління ланцюгом поставок і корпоративні рішення.
Консорціум: мережа консорціуму – це суміш публічних і приватних мереж, якими керує та керує група організацій. Він частково децентралізований, що забезпечує прозорість до певного рівня. Прикладами є Quorum і Energy Webchain. Зазвичай використовується в галузевому співробітництві та програмах на основі консорціумів.
Гібрид: це поєднання атрибутів публічної та приватної мережі. Доступ до гібридної мережі можна налаштувати, при цьому деякі дані є загальнодоступними, а деякі – обмеженими. Приклад ланцюга Dragion, який використовується в настроюваних корпоративних рішеннях
Вузли в Blockchain
Вузли можна назвати окремими пристроями або комп’ютерами, які є частиною мережі блокчейн і дотримуються протоколів. Вузли є невід’ємною частиною Blockchain, оскільки вони зберігають копію публічної книги та беруть участь у механізмах консенсусу.
Типи вузлів:
Повні вузли: повні вузли — це пристрої, які підтримують повну копію блокчейну. Ці вузли відіграють вирішальну роль у перевірці блоків транзакцій і забезпеченні цілісності безпеки блокчейну. Вони вважаються безпечними та надійними вузлами.
Легкі вузли: легкі вузли просто зберігають заголовок блоку, який є підмножиною даних блокчейну. Легкі вузли залежать від повних вузлів для перевірки та підтвердження транзакцій.
Майнінгові вузли: ці вузли беруть участь у мережі, вирішуючи криптографічні головоломки, які називаються майнінгом. Майнінгові вузли забезпечують безпеку мережі, перевіряючи транзакції, а також допомагають підтримувати безпеку через підтвердження роботи (PoW).
Головні вузли: головні вузли виконують спеціальні завдання, такі як перевірка миттєвих транзакцій або участь в управлінні. Це покращує функціональність і підвищує стабільність блокчейну. Через обчислювальну функціональність він потребує величезних енергетичних ресурсів.
Встановлення та налаштування вузлів
Інструкція з налаштування різних типів вузлів:
Повний вузол:
Встановіть клієнтське програмне забезпечення Blockchain, наприклад Bitcoin Core або Geth.
Завантажте дані ланцюжка та синхронізуйте з мережею
Налаштуйте такі параметри, як сховище та пропускна здатність. тощо
Світловий вузол
Встановіть клієнтське програмне забезпечення, наприклад Electrum для Bitcoin або MetaMask для Ethereum.
Синхронізуйте їх із повними вузлами, щоб перевірити транзакції
Налаштувати для оптимальної продуктивності
Майнінговий вузол
Встановіть програмне забезпечення, наприклад CGminer або Ethminer
Приєднуйтесь до майнінг-пулу для колективних зусиль і винагороди
Налаштуйте для отримання оптимальних результатів
Головний вузол
Перед налаштуванням перевірте вимоги до забезпечення
Встановіть спеціальне програмне забезпечення, що стосується блокчейну
Налаштуйте для кращої продуктивності та ефективності
Рекомендації щодо налаштування.
Регулярно оновлюйте програмне забезпечення
Подбайте про заходи безпеки, встановивши брандмауери та антивірус
Забезпечте належний розподіл ресурсів
Міркування безпеки для вузлів.
Використовуйте шифрування для передачі даних
Забезпечте захист від атак DDos Distributed Denial of Service
Регулярно перевіряйте параметри безпеки
Топології мережі
Топологія мережі – це розташування взаємозв’язків між вузлами мережі. Топологія описує та пояснює, як пристрої спілкуються, передають, поширюють транзакції та досягають консенсусу. Відповідний вибір топології необхідний для ефективності, масштабованості та безпеки мережі.
Загальні топології, що використовуються в мережах блокчейн.
Однорангова топологія (P2P): у цій топології кожен вузол підключений напряму, що робить усі вузли рівними учасниками. Ця топологія створює децентралізовану мережу, де всі вузли можуть ініціювати та перевіряти транзакції. Bitcoin використовує топологію мережі P2P.
Плюси:
Децентралізована
Пружний
Безпечний
Мінуси:
Затримки поширення прямо пропорційні зростанню мережі
Кілька підключень призводять до високої накладної пропускної здатності.
Федеративна топологія: федеративна топологія дозволяє лише авторизованим особам брати участь у консенсусі, а інші можуть просто приєднатися до цієї топології, але не можуть перевірити. Це також відоме як мережа консорціуму. Популярно використовується в Ripple
Плюси:
Ефективний і швидкий завдяки меншій кількості вузлів у процесі
Він масштабований завдяки вищій пропускній здатності
Контрольований доступ підвищує безпеку
Мінуси:
Тому більша централізація створює проблеми з довірою
Для цього потрібні надійні механізми управління.
Гібридна топологія
Як випливає з назви, це поєднання топологій P2P і Federated. Він підтримує кілька рівнів і дозволи для груп пристроїв і забезпечує децентралізацію. Dragonchain використовує гібридну топологію.
Плюси:
Ефективний і швидкий, оскільки це поєднання P2P і федеративної топології.
Гнучкий і настроюваний.
Мінуси:
Комплексне проектування та реалізація
До певного рівня може схилятися до централізації.
Механізми консенсусу
Механізми консенсусу — це набір протоколів, яких повинні дотримуватися вузли в мережі, щоб узгодити стан книги. Ці механізми використовуються для перевірки та автентифікації транзакцій.
Популярні консенсусні алгоритми:
Доказ роботи (PoW): Доказ роботи також відомий як майнінг. У цьому механізмі консенсусу користувачі повинні розв’язувати криптографічні головоломки, які винагороджують їх. Це змагання, де той, хто першим розв’яже, отримує новий блок. Цей алгоритм використовує хешування для захисту блокчейну. Складність головоломок PoW забезпечує безпеку блокчейну та контролює швидкість додавання нових блоків.
Proof of Stake (PoS): Proof of Stake вибирає валідатори на основі кількості монет, які вони мають, і ставки як застави. Процес відбору залежить не лише від ставки, а й від таких факторів, як вік монети та випадковість. Для додавання нового блоку вибираються валідатори з найнижчим хеш-значенням і найвищою сумою ставки. PoS є більш енергоефективним, ніж PoW. Цей механізм реалізовано в Ethereum 2.0.
Делеговане підтвердження участі (DPoS): використовує делегатів і репутацію для підтвердження транзакції. Використовується в EOS
Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT): для перевірки використовується механізм голосування вузлів. Це дуже стійке до шахрайства та використовується в тканині Hyperledger.
Підтвердження повноважень (PoA): цей механізм використовує попередньо вибрані сутності для перевірки. Використовується у VeChain.
Вузол зв'язку та синхронізації
Вам, мабуть, цікаво, як вузли спілкуються в мережі. Відповідь схожа на те, що роблять люди: вузли виявляють інші вузли за допомогою протоколів, таких як Gossip, а потім поширюють повідомлення. Цікаво правда?
Процес синхронізації вузлів включає два кроки: спочатку початкову синхронізацію, під час якої ви завантажуєте та перевіряєте синхронізацію, і поточну синхронізацію, яку просто потрібно оновити новими транзакціями
Методи забезпечення ефективного та безпечного зв’язку мають бути такими:
Використання оптимізованих та ефективних протоколів.
Зашифруйте дані
Використовуйте резервування, щоб уникнути втрати даних.
Проблеми та рішення у зв'язку вузлів:
Зменште затримку за допомогою високошвидкісних з’єднань і протоколів
Забезпечте надійне шифрування та захист від DDoS
Забезпечте використання масштабованих топологій
Моніторинг і підтримка блокчейн-мереж
Інструменти та техніки для моніторингу блокчейн-мереж:
Прометей
Графана
Провідник блоків
Продуктивність мережі залежить від затримки, пропускної здатності, продуктивності вузла моніторингу та часу створення блоку.
Методи обслуговування вузлів.
Регулярно оновлюйте програмне забезпечення
Завжди перевіряйте використовуваний патч безпеки.
Планові аудити
Усунення поширених проблем – це проблеми з підключенням і проблеми синхронізації.
Забезпечення доступності та надійності шляхом впровадження резервування та використання методів балансування навантаження.
Масштабованість і оптимізація продуктивності
Проблеми в масштабуванні блокчейн-мереж
Пропускна здатність транзакцій
Багато мереж стикаються з проблемою нижчої пропускної здатності при обробці більшої кількості транзакцій за секунду. Традиційні механізми консенсусу можуть бути повільними та ресурсомісткими.
Зберігання
Ще однією серйозною проблемою, з якою стикаються, є зберігання, оскільки блокчейн зростає, кількість даних також збільшується, що впливає на ємність зберігання та ефективність пошуку даних.
Стратегії покращення масштабованості мережі.
Рішення рівня 2:
Lightning Network: біткойн використовує це виправлення поза мережею для швидших і дешевших переказів. Він налаштовує платіжні шляхи між користувачами. Блокчейн реєструє, коли шляхи відкриваються або закриваються.
Plasma та Rollups: Ethereum масштабується за допомогою цих інструментів. Вони обробляють угоди поза ланцюгом і дають короткий підсумок основного ланцюга. Це скорочує роботу основного блокчейну.
Шардинг:
Розбиття даних: шардинг розбиває блокчейн на менші частини (шарди), якими легше керувати. Кожен шард має справу зі своїми угодами та розумними угодами. Це зменшує навантаження на всю мережу.
Паралельна обробка: Shards можуть обробляти угоди одночасно. Це значно збільшує кількість угод, які мережа може обробляти.
Методи оптимізації продуктивності для вузлів
Оптимізуйте дані та зберігання
Виконати обрізку
Використовуйте ефективні алгоритми консенсусу
Використовуйте ефективну систему керування базами даних.
Майбутні тенденції масштабованості блокчейна
Останнім часом відбулися розробки щодо механізмів консенсусу. Є нові доповнення, наприклад Proof of History (PoH), які використовує Солана. Також відбувається адаптація ансамблю різних консенсусів в один механізм. Є прогрес у рішеннях рівня 2, таких як ланцюги станів і бічні ланцюги та інтеграція сумісності
Тематичні дослідження та практичні приклади
Bitcoin:
Біткойн покладається на механізм PoW, який має такі проблеми, як масштабованість і пропускна здатність транзакцій, отже, рішенням цієї проблеми було реалізоване Segregated Witness (SegWit), яке зменшує розмір транзакції та збільшує пропускну здатність блоку. Впровадження рішення другого рівня Lightning Network збільшує швидкість транзакцій. Ці вдосконалення були цінними для вирішення проблем, з якими зіткнулися
Зміна Ethereum 2.0:
Перешкоди масштабування: перша система PoW Ethereum мала швидкість 15 TPS, подібно до Bitcoin.
Закон про баланс: Ethereum намагався збалансувати безпеку, швидке зростання та масштабованість.
Доказ частки (PoS): Ethereum 2.0 замінює PoW на PoS. Цей новий метод економить енергію та обробляє більше угод.
Спліт-ланцюги: Ethereum 2.0 дає змогу розділити ланцюги. Це дозволяє йому обробляти багато угод одночасно, значно підвищуючи його потужність.
Висновок
Ми можемо зробити висновок, сказавши, що для ефективної мережі розуміння топології та архітектури мережі має важливе значення. Розробники разом із практиками кодування повинні вдосконалювати свої знання та постійно дізнаватися про оновлення в цій області. Добре володіння цими концепціями допомагає розробникам створювати безпечні, ефективні та масштабовані блокчейн-програми, а користувачі можуть краще орієнтуватися в області блокчейну.
Читайте також: Опануйте мову програмування Solidity за 5 хвилин: основа смарт-контрактів Ethereum
