Для чего используется шардинг?

Шардинг является методом, который позволяет разделить и обеспечить хранение определенного набора информации. Весь объем при этом формируется в многочисленные базы данных. Горизонтальное распределение позволяет упростить задачу со структуризацией. Блокчейн при этом разделяется на отдельные кластеры, каждый из которых выполняет свои главные функции и задачи.

История возникновения шардинга

Изначально термин «шард» использовали в игре Ultima Online с большим количеством игроков. Основатели начали разделять их для того, чтобы устранить большие нагрузки на сервер. В бизнесе концепция шардинга также нашла широкое применение. 

Предприниматели имеют возможность распределять базу данных своих клиентов по географическому местоположению. Отдельные группы разделяются по данной классификации. Информацию размещают на сервере, который больше не имеет аналогов и является уникальным. 

Принцип шардинга также используется в сфере криптовалюты. При помощи данной модели разделения можно создать базу данных, где будут размещаться ноды. Они формируются в индивидуальные серверы. По методике шардинга разделяются отдельные сети на отдельные индивидуальные кластеры. Для каждого предусмотрен контракт, информация о состоянии баланса. 

Нода присваивается для каждого отдельного кластера, который является индивидуальным. Она позволяет упростить набор операций и транзакций. Через серверы пользователи осуществляют финансовые переводы. Для их осуществления требуется свободное место. При больших нагрузках могут возникать сбои, поэтому для решения такой проблемы требуется использовать оптимальные решения.

Если распределить блокчейн по отдельным сегментам, система сможет работать значительно быстрее. Можно избавиться от чрезмерной загруженности и вероятных сбоев. Скорость транзакций при этом увеличится в несколько раз. Методика распределения отлично зарекомендовала себя на практике. Благодаря шардингу, в блокчейне решены проблемы с сервером. Современный блокчейн можно масштабировать, если использовать все доступные инструменты. 

Принцип работы шардинга

Разобраться в принципе работы шардинга можно на примере Ethereum. Этот блокчейн включает в себя огромное количество нод или отдельных компьютеров. Все они используют определенный процент из общего объема хешрейта, который отвечает за функциональность, позволяет проводить смарт-контракты. При помощи хешрейта также управляются приложения DApps.

В основу Ethereum включена концепция последовательного выполнения. Все ноды должны отвечать за отдельные операции и обрабатывать их. Транзакции проходят процесс верификации, который требует определенного времени. Статистика показывает, что Ethereum в каждую секунду проводит не меньше 10 транзакций. Но если взять в сравнение другие системы, как Visa, то здесь пропускная способность составляет не менее 20 тыс. операций за аналогичный период времени. 

Если добавить в сеть компьютеры, то такое решение не увеличит показатель эффективности всей системы. Реестр сохраняется на отдельных устройствах. Компьютеры только увеличат последовательность верификации. Если использовать концепцию шардинга, можно улучшить процесс проведения каждой отдельной транзакции. Концепция шардинга позволяет осуществлять финансовые операции одновременно. Общее количество их зависит от возможностей блокчейна. Представленная модель поможет обрабатывать только определенные операции в реестре, которые необходимо задать в настройках.

По своей структуре блокчейн разделен на шарды. Он включает в себя множество сегментов. Ноды будут управлять только определенными классами реестра, к которым они прикрепляются. В их задачу входит выполнение всех процессов, подтверждение транзакции. 

Какие проблемы можно решить при помощи шардинга?

Если возникла проблема с масштабированием, необходимо использовать концепцию шардинга. В процессе своего развития блокчейн приобретает популярность и востребованность среди пользователей. Они начинают пользоваться всеми доступными инструментами и совершать различные финансовые операции. В результате этого повышается уровень нагрузки. Сеть также нагружается в результате запуска приложений, если таковые имеются.

При максимально допустимой нагрузке скорость финансовых операций снижается. Блокчейн при этом невозможно будет расширить и в будущем внедрять изменения, улучшать возможности. Когда возрастает транзакционная активность, потребуется улучшить ноды, чтобы они могли верифицировать больше транзакций. При помощи шардинга можно решить проблему с масштабированием, поэтому стоит рассмотреть данный вариант для перспективы. 

Есть ли недостатки в использовании шардинга?

Помимо всех вышеперечисленных преимуществ, концепция шардинга обладает и определенными недостатками. Можно выделить следующие:

1. В процессе распределения блокчейна на отдельные кластеры, которые изолированы друг от друга, отдельные шарды становятся индивидуальной сетью. Пользователи и приложения, которые будут находиться в одном поддомене, не могут коммуницировать друг с другом. Эта проблема решаема, если использовать отдельный механизм для обеспечения взаимосвязи. Но для этого потребуются дополнительные вложения в развитие. 
2. Когда блокчейн разделяется на отдельные сегменты, также возникает еще одна проблема, которая связана с безопасностью. Хакеры смогут легко взломать один шард в результате минимального хешрейта. Он требуется для обеспечения полного контроля за индивидуальными сегментами. 
3. Если захватить сегмент, то основная сеть получит многочисленные транзакции, которые являются недействительными. В результате этого можно столкнуться с полной потерей базы данных. В последующем их будет невозможно восстановить.

Ethereum сегодня использует решение, которое позволяет решить данную проблему. В системе применяется рандомизированная выборка. Протоколы шарда выбираются случайным образом, чтобы подтвердить аутентификацию блока. 

Можно ли заменить методику шардинга?

Над данной проблемой трудились опытные разработчики, которые предложили несколько решений. Пользователи смогут увеличить уровень производительности и скорость увеличения транзакций. Можно выделить два главных решения:

1. Расширение объема блока. Благодаря этому пользователи смогут проводить больше транзакций. В результате увеличится количество операций за одну секунду. Важно понимать, что для расширения блока потребуется улучшать и вычислительную мощность. Без нее невозможно выполнить верификацию. 
2. Применение альткоинов. С их помощью можно реализовать отдельные функции и приложения в отдельных сетях, где будут созданы собственные монеты. 

Вторая модель решения отлично зарекомендовала себя на практике. После ее внедрения наблюдается резкое увеличение производительности. Блокчейн не будет перегружаться информацией. Но нужно помнить, что процент риска также увеличивается в результате распределения вычислительной мощности. 

Реальные примеры использования шардинга

Сегодня многие платформы используют принцип шардинга, чтобы снизить уровень нагрузки на сервер. В результате этого они смогли повысить интерес со стороны пользователей. Ярким примером стала платформа Zilliqa. Специалисты еще на этапе тестирования смогли добиться отличного результата. Количество транзакций они увеличили до 2800 в секунду. 

Принцип шардинга применяет и экосистема блокчейна Near. Разработчики при помощи предлагаемых инструментов могут создать и применить различные приложения. Ноды при этом могут свободно функционировать на устройствах, которые не имеют высокого уровня производительности. Разработчики получили доступ даже со своего мобильного телефона.

Ethereum также предлагает пользователям экосистему блокчейна. Они смогут внедрять DApps с использованием смарт-контрактов. Разработчики в ближайшее время планируют обновить предыдущую версию протокола.