ブロックチェーンにおけるシャーディングとは何ですか?

ブロックチェーンテクノロジーにおけるシャーディングを理解する

1. シャーディングは、ネットワーク全体を「シャード」と呼ばれる、より小さく管理しやすい部分に分割することにより、ブロックチェーン ネットワークのスケーラビリティを高めるために使用される方法です。各シャードは独自のトランザクションとスマート コントラクトを個別に処理できるため、単一ノードの負担が軽減されます。

2. Bitcoin や初期バージョンのイーサリアムなどの従来のブロックチェーンでは、すべてのノードがすべてのトランザクションを処理し、保存する必要があります。この設計により、セキュリティと分散化が確保されますが、ネットワークが成長するにつれてスループットが制限され、トランザクション処理が遅くなります。

3. シャーディングを実装することにより、ブロックチェーンでは、さまざまなノードがアクティビティ全体のサブセットのみを処理できるようになります。この並列処理機能により、トランザクション速度と全体的なネットワーク効率が大幅に向上します。

4. 各シャードは、トランザクションの確認を担当する独自のバリデーターのセットを備えた独自のブロックチェーンを維持します。資産またはデータがシャード間を移動するときに一貫性を確保するには、シャード間通信プロトコルが必要です。

5. ブロックチェーン全体の状態はシャード全体に分散されるため、単一のノードが完全なデータセットを保持する必要はありません。これにより、参加のためのハードウェア要件が軽減され、分散化が促進されます。

シャード化されたブロックチェーンのセキュリティへの影響

1. シャーディングに関する主な懸念事項の 1 つは、シャードごとのセキュリティが弱まる可能性があることです。各シャードのバリデーターの数が少ないため、悪意のある攻撃者が単一シャード内の過半数を制御する 1% 攻撃などの攻撃に対してより脆弱になる可能性があります。

2. これに対抗するために、高度なシャーディング モデルでは、ノードが一定の間隔で異なるシャードにランダムに再割り当てされるランダム バリデータ割り当てなどの手法が使用されます。これにより、攻撃者が特定のシャードをターゲットにすることが非常に困難になります。

3. 不正証明や有効性証明 (zk-SNARK など) などの暗号証明を使用して、侵害されたシャード内で生成された無効なブロックをネットワークの他の部分が検出して拒否できるようにすることができます。

4. メイン チェーンまたはビーコン チェーンは調整の役割を果たし、個々のトランザクションをすべて処理することなくシャードのアクティビティを監視し、グローバルな合意を確保します。

5. これらの安全対策にもかかわらず、完全に複製されたブロックチェーンと同じレベルのセキュリティを達成することは依然として課題であり、慎重な設計と継続的な監視が必要です。

実装の課題と実際の例

1. イーサリアムのイーサリアム 2.0 への移行には、最初に 64 個のシャードを含む包括的なシャーディング プランが含まれており、プルーフ オブ ステーク ビーコン チェーンによって調整されます。これは、堅牢なセキュリティを維持しながら拡張性を強化することを目的としています。

2. 効率的なクロスシャードトランザクションメカニズムの設計は複雑です。複数のシャードにまたがるトランザクションには追加の調整が必要であり、これによりレイテンシーが発生し、ファイナリティ保証が複雑になる可能性があります。

3. データの可用性ももう 1 つの重要な問題です。あるシャード内のノードは、たとえ自分自身にデータを保存していなくても、必要なときに他のシャードのデータにアクセスできるという確信を持つ必要があります。

4. Zilliqa のようなプロジェクトはすでにトランザクション処理にシャーディングを実装しており、イーサリアムの目標と比較するとより限定的な規模ではあるものの、スループットの目に見える向上を示しています。

5. 断片化された環境でのシャード間の負荷のバランス、集中傾向の防止、およびネットワークのアップグレードの管理には、継続的なエンジニアリングのハードルが存在します。

ブロックチェーンシャーディングに関するよくある質問

シャーディングはブロックチェーンのどのような問題を解決しますか?シャーディングは、すべてのノードがネットワーク全体のアクティビティを検証する必要がなく、ブロックチェーンがより多くのトランザクションを同時に処理できるようにすることで、スケーラビリティのトリレンマに対処します。これにより、分散型ネットワークのパフォーマンスを維持しながら容量を増やすことができます。

シャードはどのように相互に通信するのでしょうか?シャードは、シャード間のトランザクションを管理する事前定義されたプロトコルを通じて通信します。これらには通常、ソース シャードでアセットをロックし、宛先シャードでそれらをミントし、ビーコン チェーンまたは同様のコーディネーターを介してルーティングされる確認が含まれます。

シャーディングはスマートコントラクトと互換性がありますか?はい、ただし実行はより複雑になります。あるシャードに存在するスマート コントラクトは、メッセージ パッシングやリレー システムを使用しない限り、別のシャードのスマート コントラクトと直接対話することはできません。一部の設計では、スマート コントラクトの実行専用の特殊なシャードの作成を提案しています。

シャーディングは分散化を低下させますか?必ずしもそうとは限りません。ネットワークの分割が断片化につながるのではないかと懸念する人もいますが、ランダム サンプリングを使用した適切な実装とシャード ノードのハードウェア要件の低さにより、実際には参加が容易になり、広範な分散化がサポートされます。