Шардчейн

Что такое шардчейн в криптовалюте?

Шардчейн — это меньший сегмент блокчейна, предназначенный для обработки части данных, транзакций или состояния более крупной блокчейн-сети.

Вместо того чтобы одна цепочка обрабатывала каждую транзакцию всех пользователей, архитектура шардчейнов распределяет нагрузку между несколькими связанными цепочками.

Каждый шардчейн может обрабатывать назначенную ему активность, оставаясь связанным с более широкой блокчейн-системой.

Основная цель шардчейна — масштабируемость.

Когда блокчейн становится популярным, больше пользователей, кошельков, приложений и смарт-контрактов конкурируют за ограниченное пространство в блоках.

В периоды высокого спроса это может замедлять сеть и повышать стоимость операций.

Шардчейны были предложены как способ увеличить пропускную способность, позволяя многим частям сети работать параллельно.

Проще говоря, шардчейн похож на одну полосу в большой системе автомагистралей.

Каждая полоса принимает часть потока, однако всей магистрали всё равно необходимы общие правила, координация и системы безопасности.

В криптовалюте шардчейн должен быть чем-то большим, чем отдельная вспомогательная сеть.

Он должен быть связан с безопасностью основного протокола, координацией валидаторов и правилами консенсуса.

Простое определение шардчейна

Шардчейн — это одна цепочка в архитектуре блокчейна с шардингом.

Он хранит или обрабатывает определённую часть активности сети, а не всю глобальную нагрузку.

Блокчейн может использовать множество шардчейнов, чтобы увеличить пропускную способность и снизить нагрузку на каждый узел.

Это понятие тесно связано с шардингом — разделением большой системы на меньшие части, называемые шардами.

Шардчейн — цепочная реализация этой идеи.

Он предоставляет каждому шарду собственную историю блоков или путь данных, а уровень координации поддерживает согласованность всех шардчейнов.

Как работает шардчейн

Шардчейн работает, назначая часть сетевой активности меньшей цепочке.

Такая активность может включать транзакции, данные смарт-контрактов, балансы аккаунтов или задачи доступности данных.

Затем валидаторам или группам узлов поручается проверять шардчейн и подтверждать, что его данные соответствуют правилам протокола.

Во многих архитектурах валидаторы переходят между шардчейнами, чтобы снизить риск контроля одного шарда небольшой группой.

Центральный уровень координации, Beacon Chain или основная система консенсуса обычно отслеживает состояние каждого шардчейна.

Этот уровень координации помогает сети согласовать, какие блоки шардчейна являются действительными.

Он также может управлять назначением валидаторов, финализацией, случайностью и межшардовой коммуникацией.

Без общей координации шардчейны могли бы стать отдельными блокчейнами с более слабой или несогласованной безопасностью.

Цель заключается в том, чтобы шардчейны обрабатывали задачи параллельно, оставаясь частью одной крупной блокчейн-экосистемы.

Почему шардчейны важны для масштабирования блокчейна

Шардчейны стали важны, поскольку ранние блокчейн-архитектуры не были рассчитаны на неограниченное глобальное использование.

Одноцепочная сеть может быть простой и безопасной, но при одновременной отправке транзакций множеством пользователей она может испытывать перегрузку.

Каждому узлу может потребоваться загрузить, проверить и хранить одну и ту же информацию.

Это поддерживает бездоверительный характер системы, но также ограничивает пропускную способность.

Шардчейны предназначены для уменьшения этого узкого места.

Если один блокчейн можно разделить на множество шардчейнов, сеть способна обрабатывать больше общей активности, не требуя от каждого узла выполнять каждую задачу.

Это может сделать децентрализованные приложения более удобными для платежей, игр, децентрализованных финансов, систем идентификации и токенизированных активов.

Однако шардчейны также создают новые сложности.

Сеть должна координировать множество цепочек, защищать каждый шард от атак и обеспечивать безопасное взаимодействие пользователей между шардами.

Шардчейн и шардинг: в чём разница

Шардинг — это общий метод разделения нагрузки блокчейна на более мелкие части.

Шардчейн — одна из возможных структур, создаваемых при шардинге.

Шардинг может применяться к сети, транзакциям, состоянию или доступности данных.

Шардчейн обычно означает отдельный цепочкоподобный раздел, обрабатывающий одну часть системы.

Например, блокчейн может иметь множество шардчейнов, каждый из которых обрабатывает свой набор аккаунтов или смарт-контрактов.

Каждый шардчейн может создавать блоки, поддерживать локальное состояние и передавать данные на общий уровень консенсуса.

Поэтому шардчейны представляют собой более конкретное понятие, чем шардинг в широком смысле.

Шардчейн и сайдчейн: в чём разница

Шардчейн — не то же самое, что сайдчейн.

Сайдчейн обычно является отдельным блокчейном, работающим рядом с основным блокчейном и способным иметь собственный набор валидаторов, мост и модель безопасности.

Шардчейн обычно создаётся как часть того же протокола и использует безопасность более широкой сети.

Это различие важно для пользователей.

Если сайдчейн имеет более слабую защиту, переведённые в него активы могут зависеть от иных допущений о доверии.

Корректно спроектированный шардчейн должен оставаться связанным с консенсусом и системой валидаторов основной сети.

На практике каждый протокол может определять эти термины по-разному, поэтому пользователям следует всегда проверять, как конкретная цепочка фактически защищает средства и данные.

Шардчейн и Layer 2: в чём разница

Шардчейн также отличается от сети Layer 2.

Система Layer 2 обрабатывает транзакции вне базового уровня, а затем публикует доказательства, данные или результаты в базовом блокчейне.

Шардчейн обычно считается частью собственной структуры масштабирования базового протокола.

Системы Layer 2 и шардчейны могут повышать масштабируемость, однако используют разные методы.

Масштабирование Layer 2 переносит исполнение за пределы базового уровня.

Шардчейны распределяют работу базового уровня между несколькими связанными цепочками.

Современное масштабирование Ethereum теперь больше сосредоточено на роллапах и доступности данных, чем на традиционных шардчейнах.

Официальная документация Ethereum по масштабированию объясняет, что шардинг долгое время был частью дорожной карты Ethereum, однако развитие масштабирования Layer 2 изменило её приоритеты.

Ethereum и история шардчейнов

Ethereum — наиболее распространённый контекст, в котором пользователи криптовалют встречают термин «шардчейн».

В ранних планах Ethereum шардчейны должны были помочь масштабировать Ethereum путём разделения сети на множество параллельных цепочек.

Эти шардчейны увеличили бы объём данных и транзакций, которые могла бы обрабатывать сеть.

Beacon Chain был внедрён как уровень координации Proof of Stake, способный поддерживать будущие обновления масштабирования.

Официальная документация Ethereum Beacon Chain поясняет, что для безопасного внедрения шардинга в экосистему требовался консенсус Proof of Stake.

После завершения The Merge дорожная карта Ethereum продолжила развиваться.

Роллапы стали основным направлением масштабирования, и Ethereum отказался от традиционных шардчейнов.

Официальная дорожная карта Ethereum Danksharding указывает, что шардчейны больше не входят в дорожную карту.

Это одно из наиболее важных обновлений для современного понимания термина.

Остаются ли шардчейны в дорожной карте Ethereum?

Традиционные шардчейны больше не входят в текущую дорожную карту Ethereum.

Направление масштабирования Ethereum теперь сосредоточено на роллапах, blob-данных, Proto-Danksharding, Danksharding и выборке доступности данных.

Это не означает, что слово «шардинг» исчезло.

Это означает, что Ethereum перешёл от шардчейнов исполнения к шардингу, ориентированному на данные.

Вместо создания множества отдельных шардчейнов для исполнения транзакций Ethereum увеличивает объём данных, которые роллапы могут публиковать на базовом уровне.

Это помогает системам Layer 2 обрабатывать больше транзакций, в то время как Ethereum продолжает обеспечивать расчёты, консенсус и доступность данных.

Таким образом, современная дорожная карта Ethereum ориентирована на роллапы, а не на шардчейны.

Для нынешних пользователей это означает, что шардчейн чаще является историческим термином Ethereum, а не функцией, которой они непосредственно пользуются сегодня.

Что заменило шардчейны Ethereum?

Шардчейны Ethereum были заменены дорожной картой масштабирования данных, основанной на Danksharding.

Danksharding предназначен для повышения масштабируемости Ethereum за счёт расширения доступности данных для роллапов.

Роллапам необходимо пространство для данных, поскольку они обрабатывают транзакции вне базового уровня, но должны публиковать достаточно информации, чтобы пользователи и проверяющие могли проверять активность.

Первым крупным шагом Ethereum к этой модели стал Proto-Danksharding.

Proto-Danksharding был представлен через EIP-4844 и добавил транзакции с blob-данными.

Официальная спецификация EIP-4844 описывает транзакции с blob-данными как формат, содержащий большие объёмы данных, обязательство по которым доступно Ethereum Virtual Machine.

Blobs — это временные объекты данных, разработанные для более эффективной публикации данных роллапами.

Обновление Dencun активировало Proto-Danksharding в Ethereum Mainnet 13 марта 2024 года.

Официальный FAQ по Ethereum Dencun поясняет, что Dencun внедрил временные blobs данных для более дешёвого хранения данных роллапов.

Шардчейны и доступность данных

Доступность данных — одна из ключевых технических проблем, связанных с шардчейнами.

Доступность данных означает, что необходимые для проверки активности блокчейна данные действительно доступны сети.

Шардчейн может обрабатывать собственные данные, но более широкой сети всё равно необходимо быть уверенной, что эти данные доступны и действительны.

Если данные шардчейна скрыты, пользователи могут не иметь возможности проверить балансы, транзакции или результаты работы смарт-контрактов.

Это может создавать серьёзные риски безопасности.

Современные исследования масштабирования уделяют доступности данных большое внимание, поскольку одной быстрой генерации блоков недостаточно.

Блокчейн также должен позволять честным участникам проверять произошедшие события.

Официальная документация Ethereum по доступности данных объясняет, почему роллапам и лёгким клиентам необходим надёжный доступ к данным для проверки.

Именно поэтому выборка доступности данных важна в современных обсуждениях шардинга.

Она позволяет узлам проверять небольшие случайные фрагменты данных вместо прямой загрузки всех данных.

Шардчейны и валидаторы

Валидаторы отвечают за безопасность систем шардчейнов.

В блокчейне Proof of Stake валидаторы блокируют активы в стейкинге и помогают сети достигать согласия о действительных блоках.

Архитектура шардчейнов может назначать разных валидаторов разным шардчейнам.

Эти валидаторы проверяют транзакции, голосуют за действительность блоков и помогают финализировать состояние шарда.

Случайное назначение часто используется, чтобы атакующим было сложнее нацелиться на один шард.

Ротация валидаторов также может снизить риск долгосрочного контроля над одним шардчейном.

Официальная документация Ethereum по Proof of Stake объясняет, как валидаторы предлагают и подтверждают блоки в системе консенсуса Ethereum.

Хотя Ethereum больше не планирует традиционные шардчейны, координация валидаторов остаётся центральной частью его дорожной карты масштабирования и безопасности.

Межшардовая коммуникация

Межшардовая коммуникация означает передачу информации или стоимости между шардчейнами.

Это одна из наиболее сложных частей проектирования шардчейнов.

Если два пользователя находятся в одном шардчейне, их транзакция может быть простой.

Если транзакция должна взаимодействовать с другим шардчейном, сети необходим безопасный способ передавать сообщения между шардами.

Смарт-контракты могут дополнительно усложнять задачу, поскольку одному контракту могут потребоваться данные другого контракта, расположенного в другом шарде.

Слабая система межшардовой коммуникации может приводить к задержкам, неисполненным транзакциям или уязвимостям безопасности.

Надёжная система должна предотвращать двойную трату, атаки повторного воспроизведения, несогласованные обновления состояния и проблемы порядка сообщений.

Это одна из причин, по которой многие дорожные карты блокчейнов осторожно подходили к исследованию шардчейнов.

Преимущества шардчейнов

Главное преимущество шардчейнов — повышенная масштабируемость.

Несколько шардчейнов могут обрабатывать активность параллельно, что способно увеличить общую пропускную способность блокчейн-сети.

Шардчейны также могут снизить нагрузку на каждого валидатора или узел.

Вместо обработки каждой транзакции каждым узлом, узлу может потребоваться выполнять только назначенные задачи шардчейна.

Это может поддерживать более разумные требования к оборудованию.

Меньшая нагрузка на оборудование может способствовать децентрализации, поскольку больше людей смогут участвовать в сети.

Шардчейны также могут предоставить разработчикам больше возможностей для создания приложений, которым требуются частые транзакции или большие объёмы данных.

При безопасной реализации они могут улучшить пользовательский опыт, уменьшая перегрузку и снижая расходы.

Риски шардчейнов

Шардчейны также создают серьёзные риски.

Один из рисков — более слабая безопасность на уровне шарда.

Если атакующий получает контроль над достаточным числом валидаторов, назначенных одному шардчейну, этот шард может стать уязвимым.

Другой риск — сложность межшардового взаимодействия.

Транзакции между шардчейнами требуют тщательно реализованной передачи сообщений, правил финализации и синхронизации состояния.

Шардчейны также могут усложнять разработку и сопровождение блокчейн-программного обеспечения.

Большая сложность может повышать вероятность ошибок, сбоев клиентов и непредвиденного поведения сети.

Доступность данных — ещё один значительный риск.

Если пользователи не могут получить доступ к данным, лежащим в основе блока шардчейна, они могут не иметь возможности проверить действительность цепочки.

Эти риски объясняют, почему архитектуры шардчейнов требуют глубоких исследований, аудитов, тестнетов и постепенного внедрения.

Шардчейн в современном использовании криптовалют

Сегодня термин «шардчейн» часто используется в двух значениях.

Во-первых, он может описывать общую архитектуру блокчейна, в которой множество меньших цепочек используют одну модель безопасности.

Во-вторых, он может относиться к старому плану масштабирования Ethereum, который теперь заменён масштабированием, ориентированным на данные.

Это различие важно, поскольку многие старые статьи по-прежнему описывают шардчейны Ethereum как будущую функцию.

Такое объяснение устарело.

Текущая дорожная карта Ethereum сосредоточена на роллапах и шардинге данных, а не на традиционных шардчейнах.

В других блокчейн-экосистемах могут по-прежнему существовать шардоподобные архитектуры, но точная структура зависит от протокола.

Например, некоторые сети используют шарды, chunks или разделённое состояние для увеличения пропускной способности.

Пользователям всегда следует изучать актуальную техническую документацию конкретного блокчейна.

Шардчейны и модульные блокчейны

Шардчейны также связаны с концепцией модульных блокчейнов.

Модульный блокчейн разделяет ключевые функции, такие как исполнение, расчёты, консенсус и доступность данных.

Архитектуру шардчейнов можно рассматривать как один из способов распределения работы блокчейна между разными компонентами.

Однако современные модульные архитектуры чаще опираются на роллапы и специализированные уровни доступности данных, чем на классические шардчейны исполнения.

Этот сдвиг отражает более широкий тренд криптоинфраструктуры.

Вместо того чтобы одна цепочка выполняла все функции, протоколы всё чаще разделяют обязанности между разными уровнянями.

Это может повысить масштабируемость, сохраняя фокус базового уровня на безопасности и проверке.

Пример шардчейна

Представьте блокчейн с четырьмя шардчейнами.

Шардчейн A обрабатывает одну группу аккаунтов.

Шардчейн B обрабатывает другую группу аккаунтов.

Шардчейн C обслуживает отдельную группу смарт-контрактов.

Шардчейн D обрабатывает ещё один сегмент сетевой активности.

Каждый шардчейн создаёт блоки для назначенной ему области.

Центральный уровень консенсуса фиксирует сводки или обязательства всех шардчейнов.

Если пользователю в Шардчейне A необходимо взаимодействовать с контрактом в Шардчейне C, сеть использует межшардовую коммуникацию для завершения действия.

Такая конфигурация может повысить пропускную способность, но также требует тщательной координации.

Распространённые заблуждения о шардчейнах

Шардчейн не становится автоматически быстрее в любой ситуации.

Скорость зависит от архитектуры протокола, производительности валидаторов, пропускной способности сети и межшардовой коммуникации.

Шардчейн не обязательно будет дешевле для пользователей.

Комиссии по-прежнему зависят от спроса, стоимости данных, стоимости исполнения и активности приложений.

Шардчейн — не то же самое, что отдельный блокчейн с независимым мостом.

Настоящий шардчейн должен быть частью общей модели протокола и безопасности.

Шардчейн также не является текущим планом масштабирования Ethereum.

Ethereum теперь использует дорожную карту, ориентированную на роллапы, с обновлениями доступности данных вместо традиционных шардчейнов.

Почему шардчейны важны для пользователей

Шардчейны важны, поскольку объясняют один из основных способов, которыми блокчейны пытались решить проблему масштабируемости.

Даже если пользователи никогда не взаимодействуют с шардчейном напрямую, эта концепция влияет на комиссии, скорость транзакций, дизайн приложений и безопасность сети.

Понимание шардчейнов также помогает пользователям избегать устаревшей информации.

Многие старые объяснения криптовалют по-прежнему представляют шардчейны как будущее масштабирования Ethereum.

Это уже не соответствует текущей дорожной карте Ethereum.

Пользователям следует понимать, что современное масштабирование всё больше зависит от роллапов, blobs, выборки доступности данных и модульной архитектуры.

Эти знания помогают принимать более взвешенные решения при оценке сетей, кошельков, приложений и заявлений об инфраструктуре.

Почему шардчейны важны для разработчиков

Шардчейны важны для разработчиков, поскольку меняют способы хранения данных приложениями и их коммуникации в сети.

Одноцепочное приложение часто может исходить из того, что все смарт-контракты используют одну среду исполнения.

Приложению на шардчейнах может потребоваться обрабатывать асинхронную коммуникацию между шардами.

Это может влиять на пользовательский опыт, проектирование контрактов, порядок транзакций и обработку ошибок.

Разработчикам также необходимо понимать допущения о безопасности каждой модели масштабирования.

Разработка для системы, ориентированной на роллапы, отличается от разработки для традиционной системы шардчейнов.

В современной разработке Ethereum разработчики скорее будут думать об исполнении на Layer 2 и доступности данных на основе blobs, чем о прямом развёртывании шардчейнов.

FAQ

Что означает шардчейн?

Шардчейн — это меньшая цепочка в блокчейн-системе с шардингом, которая обрабатывает часть данных, транзакций или состояния сети.

Какова цель шардчейна?

Цель шардчейна — повысить масштабируемость, позволяя разным частям блокчейн-сети обрабатывать задачи параллельно.

Шардчейн — это то же самое, что шардинг?

Нет. Шардинг — общий метод масштабирования, тогда как шардчейн — один цепочный раздел, созданный архитектурой шардинга.

Шардчейн — это то же самое, что сайдчейн?

Нет. Шардчейн обычно является частью того же протокола и общей модели безопасности, тогда как сайдчейн обычно имеет отдельную модель безопасности.

Планирует ли Ethereum по-прежнему использовать шардчейны?

Нет. Текущая дорожная карта Ethereum больше не включает традиционные шардчейны и вместо этого сосредоточена на роллапах, blobs, Proto-Danksharding, Danksharding и выборке доступности данных.

Что заменило шардчейны в Ethereum?

Ethereum заменил традиционную дорожную карту шардчейнов масштабированием данных через Proto-Danksharding, Danksharding, blobs и доступность данных роллапов.

Почему шардчейны сложно создавать?

Шардчейны сложно создавать, поскольку они требуют безопасного назначения валидаторов, межшардовой коммуникации, доступности данных и координации множества сегментов цепочки.

Могут ли шардчейны снизить комиссии за транзакции?

Шардчейны могут помочь снизить комиссии, увеличивая пропускную способность, однако комиссии всё равно зависят от спроса в сети, стоимости данных, стоимости исполнения и архитектуры протокола.

Безопасны ли шардчейны?

Шардчейны могут быть безопасными, если используют надёжный консенсус, случайное назначение валидаторов, общую безопасность, надёжную доступность данных и безопасную межшардовую передачу сообщений.

Почему пользователям криптовалют стоит изучать шардчейны?

Пользователям криптовалют стоит изучать шардчейны, поскольку эта концепция объясняет масштабируемость блокчейна и помогает отличать устаревшие заявления о масштабировании от текущих дорожных карт протоколов.

Заключение

Шардчейн — это цепочный раздел в архитектуре блокчейна с шардингом.

Его цель — повысить масштабируемость, позволяя сети распределять задачи между несколькими связанными цепочками.

При корректном проектировании шардчейны могут увеличить пропускную способность, снизить нагрузку на узлы и поддержать большее число пользователей.

Они также создают сложности, связанные с безопасностью валидаторов, межшардовой коммуникацией, доступностью данных и сложностью протокола.

Ethereum сделал шардчейны известными в ранних обсуждениях масштабирования, однако его текущая дорожная карта больше не использует традиционные шардчейны.

Современный подход Ethereum сосредоточен на роллапах, blobs, Proto-Danksharding, Danksharding и выборке доступности данных.

Для современных пользователей криптовалют наиболее точное понимание шардчейнов — как важной концепции масштабирования и исторической части дорожной карты Ethereum.

Более широкий вывод остаётся важным: блокчейнам нужны способы масштабирования без ущерба для децентрализации, безопасности и публичной проверяемости.