Консенсус Shardeum на рівні транзакцій, динамічне шардування стану та лінійна масштабованість забезпечать мережу досягнення не лише паралельного, але й атомарного та крос-шардового виконання транзакцій.
Що таке можливість компонування в блокчейні?
Примітка: у нас є окремий блог, присвячений обговоренню того, що таке можливість компонування, особливо з точки зору блокчейну. Однак давайте узагальнимо це тут, щоб вам було простіше зрозуміти та зв’язати різні моменти обговорення, які ми розглянемо в цьому блозі про важливість комбінування атомарних і крос-шардів у публічних блокчейн-мережах.
Можливість компонування — потужна концепція в блокчейні, яка дозволяє розробникам поєднувати та інтегрувати смарт-контракти, децентралізовані програми (dapps) і розрізнені мережі для створення інноваційних і складних систем. Це заохочує швидкий розвиток, оскільки існуючі будівельні блоки можна повторно використовувати, скорочуючи час і зусилля.
Джерело: Як працює компонування?
Хоча ця пропозиція здається благом для платформ смарт-контрактів, її успіх значною мірою залежить від надійності рівня базового протоколу платформи з точки зору безпеки, масштабованості, зв’язку, зберігання та DX. У той час як компонування розглядає, як система працює зсередини та як її частини можуть бути переставлені для створення нових функцій, її успіх також залежить від кількох зовнішніх факторів, щоб підвищити її зручність використання, таких як перевірки безпеки та ретельне тестування. Це, по суті, робить «компоновність» функцією, яка визначає успіх чи невдачу блокчейн-платформи.
Що таке атомарність у блокчейні?
Атомарність і атомарна комбінованість тісно пов’язані. Атомарність стосується неподільної природи транзакції чи операції за принципом «все або нічого». Іншими словами, це означає, що транзакція або повністю виконана, або не виконана взагалі, без будь-якого часткового або проміжного статусу. Якщо будь-яка частина транзакції не вдасться або виникне помилка, усю транзакцію буде відкочено або повернуто назад, щоб гарантувати, що система залишається в узгодженому стані. Ви побачите атомарність як частину концепції ACID (Atomicity, Consistency, Isolation, Durability) у інформатиці та науці про дані.
Джерело: erainnovator.com/acid-properties-in-dbms/
Що таке атомарна компонування в блокчейні?
Атомарна компоновуваність означає здатність комбінувати та виконувати кілька операцій або транзакцій у розподілених системах баз даних, таких як блокчейни та DAG, таким чином, що всі вони успішно або невдало виконуються разом, як правило, у межах одного шарда чи блокчейну. Це розширює концепцію атомарності до компонування операцій у контексті блокчейну.
Подібно до того, як блокчейн-мережі використовують механізми консенсусу для встановлення угод щодо дійсності та порядку транзакцій, блокчейни використовують спеціалізовані механізми, такі як протоколи обміну повідомленнями, координатори та маршрутизація, щоб підтримувати компонування в цих мережах. Це деталі технічного рівня, про які ми дізнаємося більше в наступному розділі. Однак на функціональному рівні слід підкреслити, що блокчейни можуть забезпечити атомарну комбінованість, лише якщо вони мають ідеальний дизайн/розгортання механізмів консенсусу, смарт-контрактів, масштабованості, перевірки транзакцій і механізмів відкату. Іншими словами, вони повинні мати сильні основи у вигляді протоколів і прикладних рівнів.
Джерело | Що таке атомарна комбінованість і як вона працює?
Як згадувалося раніше, атомарна компонування зазвичай досягається в межах одного розділу, кластера або блокчейну. Однак забезпечення атомарної комбінованості стає складнішим, коли маємо справу з кількома розділами та станами, наприклад у мережах сегментування.
Шардинг — це спосіб підвищити масштабованість розподілених систем, таких як блокчейн, шляхом поділу даних на менші фрагменти, якими простіше керувати, які називаються сегментами. Шардинг не обов’язково шкодить можливості комбінування, але він потенційно може обмежити здатність різних частин системи спілкуватися та взаємодіяти одна з одною. Шардинг ускладнює мережеву архітектуру та реалізацію та часто потребує механізмів міжшардового зв’язку та компонування. Шардинг також може призвести до нерівномірного розподілу даних і транзакцій між сегментами через відсутність оптимального дизайну та тестування, або іншими словами, надійного рівня протоколу. Перш ніж зрозуміти, як можна досягти крос-шардової компонування, давайте швидко подивимося, що саме означає крос-шардінг?
Компонування крос-шардів у системах блокчейн
Джерело | Що таке крос-шардова комбінованість: важливість крос-шардової комбінованості
У технології блокчейн шардинг — це спосіб розділити мережу на менші, більш керовані частини, які називаються сегментами. Кожен шард містить частку загальних даних і транзакцій мережі, що забезпечує більш ефективну обробку та вищу пропускну здатність. Поділяючи мережу таким чином, вузли повинні обробляти дані лише у призначених їм фрагментах, зменшуючи обчислювальне навантаження та покращуючи загальну продуктивність.
Компонування між сегментами означає здатність різних шардів у мережі блокчейну безперебійно взаємодіяти. Оскільки кожен шард працює незалежно, комбінування між сегментами вимагає впровадження протоколів і механізмів, таких як універсальні системи облікових записів, протоколи обміну повідомленнями або впровадження бічних ланцюжків або мостів для з’єднання різних шардів. Це дозволить переміщувати дані та активи між шардами, а також підтримувати узгоджений стан у всіх сегментах. Завдяки можливості компонування між сегментами блокчейн-мережі можуть обробляти більше транзакцій і досягати вищої пропускної здатності без шкоди для безпеки чи децентралізації.
Ключові міркування щодо досягнення композиційності крос-шардів у блокчейн-мережах
Перехресні транзакції Shard
Міжшардова транзакція — це одна транзакція, що включає кілька шардів у мережі блокчейн. Ці транзакції мають вирішальне значення для досягнення масштабованості та створення складніших розумних контрактів. Міжшардові транзакції вимагають механізмів для забезпечення атомарності, узгодженості, ізоляції та довговічності (ACID) між шардами.
Потреба в композиційності
Можливість комбінування має вирішальне значення для забезпечення комбінування між шардами та забезпечення безперебійної взаємодії між смарт-контрактами та транзакціями в різних сегментах. Без можливості компонування блокчейн-мережі будуть обмежені роботою в межах своїх шардів, що зменшить їх корисність і впровадження.
Двофазний протокол фіксації для крос-шардових транзакцій
Двофазний протокол фіксації — це механізм для забезпечення атомарності транзакцій між сегментами. Цей протокол передбачає, що координатор ініціює транзакцію та спілкується з усіма залученими сегментами, щоб переконатися, що вони готові до здійснення. Якщо всі сегменти погоджуються, транзакція зафіксована; інакше транзакцію буде скасовано.
Маршрутизація транзакцій між шардами
Маршрутизація — це механізм, який використовується для спрямування транзакцій між сегментами до відповідного шарду. Це передбачає ідентифікацію шардів, залучених до транзакції, і визначення оптимального маршруту для виконання транзакції. Це досягається за допомогою таблиць маршрутизації та протоколів обміну повідомленнями, які забезпечують взаємодію між фрагментами.
Координатор міжкомпонентної композиції
Координатор керує транзакціями між сегментами та забезпечує їх атомарність, послідовність, ізоляцію та довговічність. Вони полегшують зв’язок між шардами, залученими до транзакції, і мають вирішальне значення для досягнення міжшардової компонування. Координатор ініціює транзакції між шардами, спілкується з усіма залученими шардами, щоб переконатися, що вони готові до фіксації, і виконує двофазний протокол фіксації для забезпечення атомарності. Координатори також зберігають інформацію про статус транзакцій і спілкуються з іншими координаторами, якщо транзакції охоплюють кілька блокчейн-мереж.
Майте на увазі, що координатори також можуть запроваджувати централізацію в мережу блокчейн, знижуючи безпеку та децентралізацію. Вони також вимагають додаткових обчислювальних ресурсів і можуть викликати затримку в обробці транзакцій. Крім того, єдина точка збою може виникнути, якщо координатор виходить з ладу або скомпрометований.
Забезпечення комбінування між шардами
Щоб забезпечити або ввімкнути комбінування між шардами в мережі блокчейн, важливо створити протоколи та механізми для зв’язку та передачі активів між різними сегментами. Це передбачає впровадження механізмів маршрутизації для спрямування транзакцій до відповідних шардів і створення універсальної системи облікових записів, до якої можуть отримати доступ усі шарди.
Крім того, це вимагає використання протоколів обміну повідомленнями, таких як зв’язок між сегментами (ISC), щоб увімкнути зв’язок між сегментами. Підтримка узгодженого стану також важлива для забезпечення узгодженості між усіма залученими фрагментами.
Керування метаданими в транзакціях між фрагментами
У трансакціях між фрагментами метадані стосуються інформації, пов’язаної з транзакцією, але не включеної в корисне навантаження. Метадані можуть включати стан транзакції, інформацію про маршрутизацію та інші дані, необхідні для забезпечення атомарності, узгодженості, ізоляції та довговічності транзакцій між сегментами.
Управління метаданими передбачає розробку протоколів і механізмів для зберігання, доступу та оновлення метаданих у всіх шардах. Це включає впровадження системи зберігання метаданих, доступної для всіх залучених шардів, встановлення стандартів і форматів метаданих, а також забезпечення захисту та безпеки метаданих для запобігання несанкціонованому доступу чи маніпулюванню.
Shardeum досягає паралельного виконання транзакцій з атомарною та крос-шардовою композицією
Про Шардеум
Shardeum — це блокчейн-мережа першого рівня з платформою смарт-контрактів на основі EVM, яка лінійно масштабується для підтримки постійно низьких транзакційних витрат, а також децентралізації та високого рівня безпеки. Трансакції сортуються за часом на Shardeum (першим прийшов, першим обслужено), щоб зберегти хронологічну послідовність. Перевірка та консенсус транзакцій виконується індивідуально, тобто на рівні транзакції, а не на рівні блоку, як ви бачите в типових мережах блокчейну. Shardeum використовує унікальний/комбінований механізм консенсусу — Доказ кворуму та доказ частки.
Хоча ми знаємо, як загалом працює Proof of Stake, Proof of Quorum дозволяє Shardeum генерувати квитанцію, яка вказує на те, що більшість консенсусної групи проголосувала за певну транзакцію. Кожен вузол у консенсусній групі підписує хеш транзакції та передає його іншим вузлам у консенсусній групі. Вузли збирають ці голоси, і коли кількість голосів перевищує 50%, ці голоси утворюють квитанцію, яка може підтвердити консенсус щодо транзакції. Примітно, що алгоритм консенсусу на Shardeum також відіграє ключову роль у випадковому призначенні «ідентифікаторів вузлів» вузлам перевірки перед тим, як вони приєднаються до мережі. За допомогою ідентифікаторів вузлів мережа постійно автоматично змінюватиме валідатори та резервні вузли (вузли, які очікують своєї черги на автоматичне переміщення в мережу як активні валідатори), щоб зловмисникам було важко захопити будь-яку точку вчасно.
Таким чином, оброблені транзакції групуються разом і пересилаються до архівних вузлів у мережі, які відповідають за зберігання історичних даних (вузли валідатора зберігатимуть лише стан залучених облікових записів у шардах, що дозволяє звичайним користувачам керувати вузлами на Shardeum). А за допомогою динамічного сегментування стану Shardeum реалізує тривимірний підхід до шардингу, розділяючи стан, мережу та транзакцію на додаток до динамічного автоматичного масштабування, щоб збільшити або зменшити пропускну здатність мережі відносно трафіку в мережі.
Кожному вузлу в мережі буде призначено простір динамічного облікового запису в кількох шардах із достатнім ступенем перекриття між діапазонами адрес. Це дає змогу паралельно обробляти транзакції, зберігаючи атомарну та крос-шардову компонування. Автоматичне масштабування дозволить Shardeum ефективно використовувати ресурси та динамічно реагувати на зміни попиту, що призведе до негайної остаточності та низької затримки, зберігаючи низькі транзакційні витрати назавжди. Крім того, розробники можуть розгортати та взаємодіяти з контрактами Solidity або Vyper на Shardeum без особливих міркувань щодо шардингу, оскільки контракти розгортаються на унікальних шардах автоматично, зберігаючи атомарну компонування в усіх сегментах.
Як Shardeum досягає атомарної та крос-шардової композиції?
Хоча ми можемо досліджувати та отримувати вигоду від подальших мережевих інновацій і розвитку після того, як офіційний документ буде випущено, а протоколи з відкритим кодом з’являться до основної мережі в 3/4 кварталі 2023 року, давайте подивимося, як Shardeum може підтримувати високий рівень атомарної та крос-шардової компонування на основі про що ми говорили вище.
Shardeum замовляє та обробляє транзакції на основі часу на індивідуальній основі
Механізм консенсусу Shardeum включає безлідерні та ротовані вузли
Консенсус досягається на рівні транзакції (а не на рівні блоку)
Валідатори в мережі отримують динамічний простір облікового запису в кількох шардах. Хоча шардинг динамічного стану вимагає, щоб кожен вузол зберігав інший діапазон адрес, буде значне перекриття між адресами, охопленими вузлами з достатньою надмірністю принаймні 128 валідаторів
Оскільки транзакції обробляються окремо, транзакції, що стосуються кількох шардів, не мають ризику бути підтвердженими на одному сегменті та скасованими на іншому.
Консенсус на рівні транзакцій також дозволяє одночасно обробляти транзакції, що впливають на кілька сегментів, що не тільки скорочує час обробки транзакцій, навіть якщо вони впливають на кілька шардів, але також забезпечує атомарну обробку з дуже низькою затримкою та негайним розрахунком
Коли багатоетапна транзакція ініціюється у випадку складного смарт-контракту, вона передбачає виконання всіх цих кроків на кількох шардах одночасно. Завдяки консенсусу на рівні транзакцій Shardeum ці кроки можна згрупувати в одну атомарну транзакцію, щоб забезпечити атомарну компонування
За допомогою динамічного сегментування стану, автоматичного масштабування, оптимального механізму консенсусу, упорядкування транзакцій на основі часу Shardeum буде масштабуватися лінійно, дозволяючи середньому користувачеві запускати вузол у мережі з незначними обчислювальними вимогами.
Лінійне масштабування та автоматичне масштабування збережуть експлуатаційні витрати мережі стабільними, що, по суті, означає, що витрати на транзакції в мережі залишатимуться дуже низькими та постійними назавжди.
Низькі комісії за газ дозволяють користувачам і розробникам взаємодіяти з декількома сегментами та проводити міжшардові транзакції економічно ефективно, одночасно сприяючи більшій участі користувачів, що, у свою чергу, сприяє бездоганній міжшардовій композиції
Кожен вузол/шард, який приєднується до мережі, пропорційно збільшує пропускну здатність мережі, дозволяючи Shardeum нескінченно масштабуватися, щоб запобігти вузьким місцям і відставанням транзакцій. Це безпосередньо підвищує можливість комбінування мережі
Крім того, лінійне масштабування полегшує рівномірний розподіл навантажень між шардами. Забезпечуючи збалансований розподіл транзакцій і операцій, це запобігає тому, щоб окремий шард став вузьким місцем або відчув надмірне перевантаження, що забезпечує бездоганну композицію між шардами.
Лінійне масштабування дає змогу використовувати міжшардові протоколи зв’язку, розроблені для безпечного та надійного переміщення даних і інформації про стан між шардами, забезпечуючи безперебійну координацію для комбінування між сегментами
Оскільки Shardeum підвищує операційну ефективність завдяки лінійному та автоматичному масштабуванню, він збільшує здатність мережі обробляти складні операції та взаємодію між кількома шардами, створюючи більш взаємопов’язану та сумісну екосистему блокчейнів.
Висновок
Підсумовуючи, важливість компонування крос-шардів є величезною в системах блокчейн, що забезпечує масштабованість і розробку більш складних розумних контрактів. Це передбачає виконання транзакцій між кількома сегментами та підтримку атомарності, узгодженості, ізоляції та довговічності (ACID) у всіх залучених сегментах.
Незважаючи на те, що досягнення крос-шардової компонування вимагає впровадження різних механізмів, таких як протоколи маршрутизації, міжшардовий зв’язок, універсальні системи облікових записів і системи керування метаданими, ці механізми лише доповнюють ефективність і масштабованість базових протоколів. Shardeum має унікальні можливості для інтеграції складних dapps/розумних контрактів, одночасно сприяючи міжланцюговій взаємодії та сумісності завдяки своїй проривній технології. Слідкуйте за розвитком цього проекту на завершальній стадії виробничої готовності.
#ShardeumIsBorderless #shardeum #TrendingTopic #Write2Eam