Qu'est-ce que la rupture dans le contexte de l'évolutivité de la blockchain?

Comprendre le concept de rupture dans la blockchain

Sharding est une technique de partitionnement de la base de données adaptée aux réseaux de blockchain afin d'améliorer l'évolutivité et le débit de transaction. Dans les architectures de blockchain traditionnelles comme Bitcoin ou Ethereum précoce, chaque nœud traite et stocke l'ensemble de l'état du réseau. Cela crée un goulot d'étranglement à mesure que le réseau se développe, car chaque transaction doit être validée par tous les participants. Sharding aborde cela en divisant le réseau de blockchain en segments plus petits et plus gérables appelés éclats. Chaque fragment fonctionne indépendamment, en maintenant son propre sous-ensemble de l'état mondial et en traitant ses propres transactions. Cette parallélisation permet au réseau de gérer plus de transactions simultanément, augmentant considérablement le débit.

Un avantage clé de la rupture est qu'il réduit la charge sur les nœuds individuels. Au lieu d'exiger que chaque nœud valide chaque transaction, les nœuds sont attribués à des fragments spécifiques et doivent seulement traiter les données pertinentes pour leur éclat. Cela signifie que les nœuds n'ont plus besoin de stocker toute l'historique de la blockchain , ce qui réduit les exigences matérielles et permet à plus de participants d'exécuter des nœuds, en soutenant la décentralisation.

Comment le sharding améliore l'évolutivité de la blockchain

L'évolutivité de la blockchain fait référence à la capacité du réseau à gérer l'augmentation des volumes de transaction sans sacrifier les performances ou la sécurité. Sans pépins, les blockchains sont confrontés à un trilemme: équilibrer la décentralisation, la sécurité et l'évolutivité . Sharding cible directement l'aspect d'évolutivité en activant la mise à l'échelle horizontale - ajoutant plus de fragments pour traiter les transactions en parallèle.

Chaque fragment fonctionne comme un mini-blocage avec son propre historique de transaction et son état. Par exemple, si une blockchain a 64 éclats, il peut théoriquement traiter 64 fois plus de transactions qu'un système à chaîne unique. Cette capacité de traitement parallèle améliore considérablement la vitesse de transaction et réduit la congestion. La mise en œuvre prévue par Ethereum de Sharding vise à augmenter le débit d'environ 15 à 30 transactions par seconde à potentiellement dizaines de milliers par seconde lorsqu'elles sont entièrement déployées.

La rupture réduit également la latence. Étant donné que les transactions sont traitées dans des éclats individuels et ne sont pas diffusés à l'ensemble du réseau, les temps de confirmation peuvent être beaucoup plus rapides. Cependant, cela introduit la complexité dans le maintien de la cohérence à travers les fragments, qui est abordé par des mécanismes de coordination comme la chaîne de balises.

Le rôle de la chaîne de balises dans les réseaux Sharded

Dans la conception du fragment d'Ethereum, la chaîne de balises sert de coordinateur central. Il gère l'allocation des fragments, les affectations de validateurs et la communication croisée. Les validateurs - les nodes qui participent au consensus - sont assignés au hasard à différents éclats pour empêcher les prises de contrôle malveillantes. La chaîne de balises garantit que les états de fragment sont périodiquement synchronisés et que le réseau reste sécurisé et cohérent.

Les validateurs sont mélangés entre des éclats à intervalles réguliers grâce à un processus appelé rotation du comité . Cet hasard empêche les attaquants de concentrer le pouvoir en un seul éclat. La chaîne de balises collecte et finalise également les attestations de blocs de fragment, garantissant que tous les éclats adhèrent aux règles de consensus du réseau.

La réticulation est une autre fonction critique. La chaîne de balise enregistre les engagements cryptographiques (hachages) de l'état de chaque fragment à intervalles réguliers. Ces liaisons croisées servent de points de contrôle, ancrant les données de fragment à la chaîne principale et permettant aux clients légers de vérifier les données de fragment sans télécharger l'historique de la fragment.

Types de rupture dans la blockchain

Il existe plusieurs approches pour la mise en œuvre du fragment, chacune avec des compromis différents:

• État Sharding : divise l'état de la blockchain (soldes de compte, données de contrat intelligentes) à travers les fragments. Chaque fragment stocke et met à jour uniquement sa partie de l'état mondial.
• Sharding des transactions : divise le traitement des transactions afin que différents éclats gèrent différentes transactions. Cela améliore le débit mais nécessite des mécanismes de gestion des transactions qui affectent plusieurs fragments.
• Network Sharding : Partitiones Le réseau entre pairs afin que les nœuds ne communiquent qu'avec les autres dans le même fragment. Cela réduit l'utilisation de la bande passante mais nécessite des protocoles de découverte et de routage robustes.

Certains systèmes implémentent également l'exécution , où les contrats intelligents sont affectés à des fragments spécifiques. Cela permet une exécution parallèle de contrats non conflictuels mais introduit des défis lorsque les contrats doivent interagir à travers les fragments.

Transactions et atomicité croisées

L'un des aspects les plus complexes de la rupture consiste à gérer les transactions qui impliquent plusieurs éclats, appelés transactions croisées . Par exemple, le transfert de jetons d'un compte dans le fragment A à un dans le fragment B nécessite une coordination entre les deux fragments.

Pour maintenir l'atomicité, l'informatique qu'une transaction réussit entièrement ou échoue - les Blockchains utilisent des protocoles comme une communication à deux phases ou une communication basée sur la réception . Dans le modèle de réception, lorsqu'une transaction dans Shard A envoie des fonds à Shard B, Shard A génère un reçu. Shard B crée ensuite une transaction correspondante pour finaliser le transfert lors de la vérification de la validité du reçu.

Ce processus nécessite une compréhension partagée du temps et de l'ordre , souvent gérés par la chaîne de balises ou une horloge mondiale. Les validateurs doivent confirmer que les reçus sont légitimes et n'ont pas été doubles. Bien que efficace, la communication cross-shard introduit la latence et la complexité, ce qui en fait un domaine clé de la recherche en cours.

Considérations de sécurité dans les blockchains francs

Sharding introduit de nouveaux vecteurs d'attaque, le plus notable étant l' attaque de prise de contrôle unique . Si un attaquant prend le contrôle d'une majorité de validateurs dans un éclat, il pourrait manipuler les transactions dans ce fragment. Pour atténuer cela, les réseaux Sharde utilisent une affectation aléatoire de validateur et un remaniement fréquent.

Une autre préoccupation est la disponibilité des données . Les nœuds dans un fragment doivent s'assurer que toutes les données de transaction sont publiées et accessibles, afin que d'autres nœuds puissent les vérifier. Certains systèmes utilisent le codage d'effacement et l'échantillonnage de la disponibilité des données, où les clients légers vérifient au hasard des parties des données de fragment pour confirmer qu'elle est disponible sans tout télécharger.

La sécurité cryptoéconomique est également cruciale. Le coût de l'attaque d'un seul éclat devrait être prohibitif. Ceci est réalisé en nécessitant des dépôts d'allumage substantiels et en mettant en œuvre des conditions de frappe qui pénalisent un comportement malveillant.

Questions fréquemment posées

Quelle est la différence entre le fragment et les échelons? Le fragment est une solution de mise à l'échelle sur chaîne où les éclats sont étroitement intégrés à la chaîne principale et sécurisés collectivement. Les échelons sont des blockchains indépendants qui sont parallèles à la chaîne principale et peuvent utiliser différents mécanismes consensus. Les éclats reposent sur la sécurité du réseau principal, tandis que les échecs sont les leurs.

Le rupture peut-il être implémenté dans Bitcoin? Actuellement, Bitcoin ne prend pas en charge la rupture en raison de sa philosophie de conception mettant l'accent sur la simplicité et la sécurité. La mise en œuvre de la rupture nécessiterait des changements importants au consensus et à la structure de données de Bitcoin, que la communauté n'a pas poursuivi.

Comment les ruptures affectent-elles les interactions des contrats intelligents? Les contrats intelligents déployés sur un éclat spécifique ne peuvent qu'interagir directement avec d'autres contrats sur le même fragment. Pour les interactions cross-shard, des messages ou reçus asynchrones sont utilisés, ce qui peut augmenter la complexité et la latence par rapport aux appels intra-shard.

Tous les nœuds sont-ils nécessaires pour valider tous les éclats dans un réseau franc? Non. Dans un système franc, les nœuds valident uniquement l'éclat auquel ils sont affectés , ainsi que la chaîne de balises. Cela réduit la charge de calcul et de stockage, permettant une plus grande participation et évolutivité.