Shardeum 实现原子和跨分片可组合性的创新方法

Shardeum 的交易级共识、动态分片和线性可扩展性将确保网络不仅实现并行，而且实现原子和跨分片的交易执行。
什么是区块链中的可组合性？注意：我们有一个单独的博客致力于讨论什么是可组合性，特别是从区块链的角度来看。然而，我们在这里总结一下，以便您更容易理解和连接我们将在本博客中讨论的有关公共区块链网络中原子和跨分片可组合性重要性的各种讨论点。
可组合性是区块链中的一个强大概念，它允许开发人员组合和整合智慧合约、去中心化应用程式 (dapp) 和不同的网络，以创建创新且复杂的系统。这鼓励快速开发，因为现有的构建块可以重复使用，从而减少时间和精力。
来源：可组合性如何发挥作用？
虽然这项主张似乎对智慧合约平台来说是一个福音，但其成功很大程度上取决于平台底层协定层在安全性、可扩展性、通讯、储存和 DX 方面的稳健性。虽然可组合性著眼于系统如何从内部工作以及如何重新排列其部件以创建新功能，但其成功也取决于几个外部因素来增强其可用性，例如安全审核和全面测试。这本质上使「可组合性」成为决定区块链平台成败的特征。
什么是区块链中的原子性？原子性和原子可组合性密切相关。原子性是指事务或操作的不可分割性或全有或全无的性质。换句话说，这意味著事务要么完全执行，要么根本不执行，没有任何部分或中间状态。如果交易的任何部分失败或遇到错误，整个交易将被回滚或回滚，以确保系统保持一致的状态。您将看到原子性是电脑和资料科学中 ACID（原子性、一致性、隔离性、持久性）概念的一部分。
资料来源：erainnovator.com/acid-properties-in-dbms/
什么是区块链中的原子可组合性？原子可组合性是指在分散式资料库系统（例如区块链和DAG）中组合和执行多个操作或事务的能力，这些操作或事务通常在单一分片或区块链的边界内一起成功或一起失败。这将原子性的概念扩展到了区块链上下文中操作的可组合性。
与区块链网路如何使用共识机制建立有关交易有效性和排序的协定类似，区块链使用讯息协定、协调器和路由等专门机制来维护这些网路中的可组合性。这是一个技术层面的细节，我们将在下一节中详细了解。但在功能层面，需要强调的是，区块链只有具备完善的共识机制、智慧合约、可扩展性、交易验证、回滚机制的设计/部署，才能确保原子可组合性。换句话说，它们必须具有协定和应用层形式的强大基础。
来源 |什么是原子可组合性，可组合性如何发挥作用？
如前所述，原子可组合性通常是在单一分区、集群或区块链中实现的。然而，在处理多个分区和状态时（例如在分片网路中），确保原子可组合性变得更加复杂。
分片是一种透过将资料划分为更小、更易于管理的区块（称为分片）来提高分散式系统（例如区块链）可扩展性的方法。分片不一定会损害可组合性，但它有可能限制系统不同部分相互沟通和互动的能力。分片为网路架构和实作带来了复杂性，并且通常需要跨分片通讯和可组合性的机制。由于缺乏最佳设计和测试，或者换句话说，缺乏可靠的协定层，分片也可能导致分片之间资料和交易的分布不均匀。在了解如何实现跨分片可组合性之前，我们先快速了解交叉分片意味著什么？
区块链系统中的跨分片可组合性
来源 |什么是跨分片可组合性：跨分片可组合性的重要性
在区块链技术中，分片是将网路划分为更小、更易于管理的部分（称为分片）的一种方法。每个分片都包含网路总数据和交易的一部分，从而实现更有效率的处理和更高的吞吐量。透过这种方式划分网络，节点只需处理其分配的分片中的数据，减少了计算负载并提高了整体效能。
跨分片可组合性是指区块链网路中不同分片无缝互动的能力。由于每个分片独立运行，跨分片可组合性需要实现协议和机制，例如通用帐户系统、讯息传递协议，或实现侧炼或桥来连接不同的分片。这将允许在分片之间移动资料和资产，并在所有分片之间保持一致的状态。透过启用跨分片可组合性，区块链网路可以处理更多交易并实现更高的吞吐量，而无需牺牲安全性或去中心化。
在区块链网路中实现跨分片可组合性的关键考量因素跨分片交易
跨分片交易是涉及区块链网路中多个分片的单一交易。这些交易对于实现可扩展性和启用更复杂的智能合约至关重要。跨分片事务需要机制来确保跨分片的原子性、一致性、隔离性和持久性（ACID）。
对可组合性的需求
可组合性对于实现跨分片可组合性并确保跨分片的智慧合约和交易之间的无缝互动至关重要。如果没有可组合性，区块链网路将仅限于在其分片内运行，从而降低其实用性和采用率。
跨分片交易的两阶段提交协议
两阶段提交协议是一种确保跨分片事务原子性的机制。该协议涉及协调器启动事务并与所有涉及的分片进行通信，以确保它们准备好提交。如果所有分片都同意，则交易被提交；否则，交易将被取消。
跨分片路由交易
路由是一种用于将跨分片交易定向到适当分片的机制。这涉及识别交易中涉及的分片并确定执行交易的最佳路线。这是透过路由表和讯息协定来实现的，这些协定支援分片之间的跨分片可组合性通讯。
跨分片可组合性协调员
协调器管理跨分片的事务并确保其原子性、一致性、隔离性和持久性。它们促进交易中涉及的分片之间的通信，对于实现跨分片可组合性至关重要。协调器发起跨分片事务，与所有涉及的分片通讯以确保它们准备好提交，并执行两阶段提交协议以确保原子性。如果交易跨越多个区块链网络，协调员还维护有关交易的状态资讯并与其他协调员进行通讯。
请记住，协调员还可以将中心化引入区块链网络，从而降低安全性和去中心化。它们还需要额外的运算资源，并且可能会为事务处理带来延迟。此外，如果协调器发生故障或受到损害，则可能会出现单点故障。
确保分片之间的可组合性
为了确保或实现区块链网路中分片之间的可组合性，必须创建用于不同分片之间的通讯和资产转移的协议和机制。这涉及实施路由机制以将交易引导到适当的分片，并建立一个可由所有分片存取的通用帐户系统。
此外，它还需要使用讯息传递协议，例如分片间通讯（ISC），以实现分片之间的通讯。保持一致的状态对于确保所有涉及的分片之间的一致性也很重要。
跨分片交易中的元资料管理
在跨分片交易中，元资料是指与交易相关但不包含在有效负载中的资讯。元资料可以包括交易状态、路由资讯以及确保跨分片交易的原子性、一致性、隔离性和持久性所需的其他资料。
元资料管理涉及设计协定和机制来储存、存取和更新所有分片的元资料。这包括实施所有涉及的分片都可以存取的元资料储存系统，建立元资料标准和格式，并确保元资料受到保护和保护，以防止未经授权的存取或操纵。
Shardeum 透过原子和跨分片可组合性实现平行事务执行
关于Shardeum
Shardeum 是一个第 1 层区块链网络，具有基于 EVM 的智慧合约平台，可线性扩展以保持永久的低交易成本，以及去中心化和高安全性。 Shardeum 上的交易按时间排序（先到先得）以保持时间顺序的一致性。交易的验证和共识是单独完成的，即它是在交易层级完成的，而不是像您在典型区块链网路中看到的那样在区块层级完成。 Shardeum 使用独特/组合的共识机制 － 法定人数证明和权益证明。
虽然我们知道权益证明一般是如何运作的，但法定人数证明允许 Shardeum 产生收据，表明大多数共识组已投票支持特定交易。共识组中的每个节点对交易的杂凑进行签名，并将其传递给共识组中的其他节点。节点收集这些选票，当得票数超过 50% 时，这些选票就形成了可以证明交易达成共识的收据。值得注意的是，Shardeum 上的共识演算法在验证者节点加入网路之前随机分配「节点 ID」方面也发挥关键作用。在节点 ID 的帮助下，网路将不断自动轮换验证器和备用节点（等待轮到自动轮换为网路作为活动验证器的节点），以使恶意行为者难以在任何给定点接管及时。
因此，处理后的交易被分组在一起并转发到网路中负责储存历史资料的存档节点（验证节点只会储存跨分片涉及的帐户的状态，允许普通使用者操作 Shardeum 上的节点）。并且，透过动态状态分片，Shardeum 透过在动态自动缩放之上拆分状态、网路和事务来实现 3 维分片方法，以相对于网路流量增加或减少网路容量。
网路中的每个节点将被分配跨多个分片的动态帐户空间，并且位址范围之间有足够程度的重叠。这使得事务的平行处理成为可能，同时保持原子和跨分片的可组合性。自动扩展将使 Shardeum 能够有效地使用资源并动态回应需求变化，从而实现立即确定和低延迟，同时永远保持较低的交易成本。此外，开发人员可以在 Shardeum 上部署 Solidity 或 Vyper 合约并与之交互，而无需特别考虑分片，因为合约会自动部署到唯一的分片，同时保持所有分片的原子可组合性。
Shardeum 如何达到原子和跨分片可组合性？
一旦白皮书发布并且开源协议在 2023 年第三季度/第四季度主网之前出现，我们就可以研究并从进一步的网络创新和发展中受益，让我们看看 Shardeum 如何基于我们上面已经讨论过。
Shardeum 单独订购和处理基于时间的交易
Shardeum 的共识机制涉及无领导者和轮替节点
共识是在交易层级完成的（而不是在区块层级）
网路上的验证者被赋予跨多个分片的动态帐户空间。虽然动态分片要求每个节点储存不同的位址范围，但具有至少 128 个验证器足够冗余的节点所覆盖的位址之间会存在显著重叠
由于交易是单独处理的，因此影响多个分片的交易不存在在一个分片上得到确认但在另一个分片上被取消的风险。
交易级共识进一步允许影响多个分片的交易由这些分片同时处理，这不仅减少了即使影响多个分片的交易处理时间，也保证了极低延迟的原子处理和立即结算
当在复杂的智能合约中启动多步骤交易时，它涉及同时跨多个分片执行所有这些步骤。透过 Shardeum 事务级共识，这些步骤可以分组为单一原子事务，以确保原子可组合性
借助动态分片、自动扩展、最优共识机制、基于时间的交易排序，Shardeum 将线性扩展，允许普通用户在网路上运行节点，而计算需求可以忽略不计
线性扩展和自动扩展将使网路营运成本保持可持续，这本质上意味著网路上的交易成本将保持非常低且永久恒定
低天然气费使用户和开发人员能够与多个分片互动并经济高效地进行跨分片交易，同时促进用户参与度的增加，从而促进无缝的跨分片可组合性
加入网路的每个节点/分片将按比例增加网路吞吐量，从而使 Shardeum 能够无限扩展，以防止瓶颈和事务积压。这直接增加了网路的可组合性
此外，线性扩展有助于在分片之间均匀分配工作负载。透过确保事务和操作的平衡分布，可以防止单一分片成为瓶颈或出现过度拥塞，从而实现无缝的跨分片可组合性
线性扩展支援开发分片间通讯协议，以促进分片之间资料和状态资讯的安全可靠移动，从而实现跨分片可组合性的无缝协调
由于 Shardeum 透过线性和自动扩展提高了营运效率，因此提高了网路处理跨多个分片的复杂操作和互动的能力，从而实现了更互联和可互通的区块链生态系统
结论总之，跨分片可组合性在区块链系统中的重要性是巨大的，它可以实现可扩展性和更复杂的智慧合约的开发。这涉及跨多个分片执行事务，并在所有涉及的分片之间维护原子性、一致性、隔离性和持久性 (ACID)。
虽然实现跨分片可组合性需要实现各种机制，例如路由协定、分片间通讯、通用帐户系统和元资料管理系统，但这些机制仅补充底层协定的效率和可扩展性。 Shardeum 具有独特的优势，能够整合复杂的 dapp/智能合约，同时凭借其突破性技术促进跨链互动和互通性。请继续关注该专案在生产准备最后阶段的进度。

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