ブロックチェーンのシャーディングとは何ですか? (スケーラビリティ ソリューション)

シャーディングの基礎を理解する

1. シャーディングは、トランザクション スループットを向上させ、ノード ストレージの負担を軽減するためにブロックチェーン ネットワークに適応されたデータベース パーティショニング技術です。

2. ネットワーク状態全体 (アカウント、残高、スマート コントラクト、トランザクション履歴) を、シャードと呼ばれる小さな管理可能な部分に分割します。

3. 各シャードは独自のトランザクションを処理し、独自のデータを維持し、他のシャードと順次ではなく並行して動作します。

4. バリデーターは特定のシャードに割り当てられます。つまり、バリデーターは、割り当てられたパーティションに関連するデータを検証して保存するだけで済みます。

5. クロスシャード通信プロトコルにより、セキュリティと一貫性の制約を維持しながらシャード間の対話が可能になります。

イーサリアムがシャーディングを実装する方法

1. イーサリアムのシャーディング ロードマップは、「イーサリアム 2.0」のような初期の提案から、ロールアップとデータ可用性レイヤーを統合したモジュラー アーキテクチャに進化しました。

2. イーサリアムは、モノリシックな実行シャードの代わりに、データ シャード、つまりロールアップ検証用のコールデータの大きなブロックを提供する 16 個の初期シャードに焦点を当てています。

3. ビーコン チェーンは、シャード間でのバリデーターの割り当てを調整し、プルーフ オブ ステークを介してコンセンサスを強制します。

4. シャード チェーンは EVM ロジックを直接実行しません。代わりに、レイヤー 2 システムの高スループット データ可用性レイヤーとして機能します。

5. Danksharding は、プロポーザーとビルダーの分離と BLOB を運ぶトランザクションを導入し、スケーラビリティの重視を計算からデータ帯域幅に移します。

シャードベースのシステムにおけるセキュリティのトレードオフ

1. 単一シャードの侵害によってチェーン全体が自動的に危険にさらされることはありませんが、1 つのシャード内のバリデーターの 1/3 を超える悪意のある制御により、ローカル状態が破損する可能性があります。

2. 適応型バリデーターの再シャッフルにより、シャード間で参加者を一定の間隔でローテーションすることで、長期的な共謀を軽減します。

3. 不正証明と有効性証明は異なる方法で使用されます。不正証明は正直な少数派の仮定に依存しますが、有効性証明 (ZK-SNARK など) は信頼の仮定を必要としません。

4. データ可用性サンプリングにより、ライト クライアントは、すべてのシャード ブロック データが完全にダウンロードされずに公開されていることを確率的に検証できます。

5.バリデーターの参加が不十分なシャードは、検閲やファイナリティの遅延に対して脆弱になり、ユーザーのトランザクションの包含保証に直接影響します。

シャーディングと代替スケーリングのアプローチ

1. ステート チャネルはオフチェーンの二国間協定に依存しており、双方がオンラインに留まることを必要としますが、シャーディングはプロトコル層内で継続的に動作します。

2. プラズマチェーンは、定期的なコミットメントを通じてセキュリティを親チェーンに委任していますが、離脱の遅れや複雑な詐欺の問題に悩まされています。シャーディングでは統一されたコンセンサスが維持されます。

3. ロールアップはオフチェーンでトランザクションをバンドルしますが、圧縮データまたはプルーフをオンチェーンにポストします。シャーディングにより、そのデータを効率的に吸収するベース レイヤーの能力が強化されます。

4. サイドチェーンは独立したコンセンサス メカニズムとブリッジを使用し、ネイティブ シャーディング設計には存在しない信頼の前提を導入します。

5.シャーディングは、リソース要求を増大させるモノリシック スケーリングとは異なり、ローカル状態のサイズを縮小することでノード オペレーターのハードウェア アクセシビリティを向上させます。

よくある質問

Q: シャーディングによりレイヤー 2 ソリューションは不要になりますか? A: いいえ。シャーディングはベースレイヤーのデータ容量を拡張することでレイヤー 2 を補完し、より安価で高速なロールアップ バッチ送信を可能にします。

Q: スマート コントラクトはシャード間で遅延なく対話できますか? A: クロスシャード呼び出しでは、非同期ファイナリティによりレイテンシーが発生し、明示的な処理が必要になります。コントラクトは、シャードローカルの実行境界を念頭に置いて設計する必要があります。

Q: ウォレットは異なるシャードにあるアカウントをどのように処理しますか? A: ウォレットは標準化されたアドレス形式を通じてシャードの場所を抽象化し、ネットワークレベルのルーティングに依存します。ユーザーは転送中に手動でシャードを指定しません。

Q: 既存の ERC-20 トークンは自動的にシャーディングされますか? A: いいえ。トークン コントラクトは、ネットワークの相互運用性標準に準拠したシャード間トークン ブリッジを使用して再デプロイまたは移行しない限り、特定のシャードに存在します。