Qu’est-ce que le partage ? (Partitionnement du réseau)

Définition et concept de base

1. Le partitionnement est une technique de partitionnement horizontal qui divise un seul ensemble de données logiques en plusieurs sous-ensembles plus petits et indépendants appelés fragments.

2. Chaque fragment contient une partie distincte des données globales et fonctionne sur son propre nœud d'infrastructure dédié.

3. La distribution suit une logique de routage déterministe, généralement basée sur une clé de partition, garantissant un placement cohérent des enregistrements entre les partitions.

4. Contrairement au partitionnement vertical, le partitionnement ne sépare pas les colonnes ; il sépare les lignes tout en préservant un schéma identique sur toutes les partitions.

5. Il incarne une architecture sans partage : les fragments ne partagent pas de mémoire, de disque ou de ressources CPU, et ne maintiennent pas non plus de synchronisation directe de l'état entre les fragments.

Application dans les systèmes Blockchain

1. Dans les réseaux blockchain, le sharding divise l’ensemble du réseau en sous-réseaux parallèles, chacun étant responsable du traitement d’un sous-ensemble de transactions et du maintien d’une partie de l’état global.

2. Zilliqa a été le pionnier de la mise en œuvre pratique en déployant six fragments de réseau aux côtés d'un fragment de service d'annuaire, permettant un consensus simultané via pBFT au sein de chaque fragment.

3. La mise à niveau de partitionnement prévue par Ethereum vise l'évolutivité en répartissant les ensembles de validateurs et le stockage d'état sur 64 partitions, réduisant ainsi la charge de stockage par nœud et augmentant le débit.

4. La communication entre fragments reste étroitement limitée : les transactions affectant plusieurs fragments nécessitent des preuves de finalité asynchrones et des mécanismes de vérification basés sur les reçus.

5. Le partitionnement d'état introduit de la complexité dans le suivi du solde des comptes et l'exécution des contrats intelligents, car le code du contrat peut résider dans une partition tandis que son appelant réside dans une autre.

Couches de mise en œuvre technique

1. Le partitionnement du réseau isole les groupes de validateurs en sous-ensembles disjoints, en les attribuant à des fragments spécifiques via un caractère aléatoire cryptographique pour atténuer les risques de collusion.

2. Le partitionnement des transactions achemine les opérations entrantes vers les fragments appropriés en fonction des hachages d'adresse de l'expéditeur ou du destinataire, garantissant ainsi un traitement tenant compte de la localité.

3. Le partitionnement d'état divise les états de compte et le stockage sous contrat entre les fragments, nécessitant des racines d'état merkleisées par fragment et des engagements d'état entre fragments.

4. L'échantillonnage de la disponibilité des données permet aux clients légers de vérifier de manière probabiliste que des blocs de partitions complets sont publiés sans télécharger des charges utiles entières.

5. Les protocoles de reconfiguration des fragments gèrent le roulement des nœuds et le rééquilibrage de la charge, en utilisant souvent une rotation basée sur l'époque et une coordination de la chaîne de balises.

Implications et compromis en matière de sécurité

1. Une majorité malveillante au sein d’un seul fragment peut corrompre l’État local, rendant essentielle la tolérance aux pannes byzantine au niveau du fragment.

2. Les modèles d’adversaire adaptatifs supposent que les attaquants peuvent cibler des fragments sous-défensés, ce qui nécessite un échantillonnage dynamique pondéré en fonction des enjeux et des conditions de réduction.

3. Les délais de finalité augmentent pour les transferts entre fragments en raison des chemins de confirmation en plusieurs étapes impliquant à la fois les fragments source et de destination.

4. La résistance à la réorganisation s'affaiblit au niveau des fragments par rapport aux chaînes monolithiques, exigeant des limites plus strictes sur les règles et les attestations de choix des forks.

5. Le tri cryptographique remplace l'entrée basée sur PoW dans de nombreuses conceptions fragmentées, en utilisant des fonctions aléatoires vérifiables pour attribuer des nœuds aux fragments en toute sécurité.

Foire aux questions

Q1 : Le partitionnement élimine-t-il le besoin de nœuds complets ? Non. Des nœuds complets existent toujours par fragment, mais leur portée est limitée à la vérification uniquement des transitions d'état et de l'historique de consensus de ce fragment.

Q2 : Un contrat intelligent peut-il interagir avec les données stockées dans un autre fragment ? Oui, mais de telles interactions sont asynchrones et nécessitent la transmission explicite de messages entre fragments avec des garanties d'exécution retardée.

Q3 : Comment les doubles dépenses sont-elles évitées entre les fragments ? En appliquant un ancrage strict entre l'expéditeur et le fragment : chaque transaction doit provenir du fragment où réside le compte de l'expéditeur, évitant ainsi les dépenses parallèles conflictuelles.

Q4 : Le partage de base de données est-il directement transférable au partage de blockchain ? Le partage de bases de données suppose une infrastructure fiable et une coordination centralisée, tandis que le partage de chaînes de blocs doit garantir une cohérence et une vivacité sans confiance dans des conditions contradictoires.