블록 체인 확장 성의 맥락에서 샤딩은 무엇입니까?

블록 체인의 샤딩 개념을 이해합니다

Sharding은 확장 성 및 트랜잭션 처리량을 향상시키기 위해 블록 체인 네트워크에 적합한 데이터베이스 파티셔닝 기술 입니다. Bitcoin 또는 초기 이더 리움과 같은 전통적인 블록 체인 아키텍처에서 모든 노드는 네트워크의 전체 상태를 저장하고 저장합니다. 모든 거래는 모든 참가자가 검증해야하므로 네트워크가 커지면 병목 현상을 만듭니다. Sharding은 블록 체인 네트워크를 Shards라는 더 작고 관리하기 쉬운 세그먼트로 나누어 이를 해결합니다. 각 샤드는 독립적으로 작동하여 글로벌 상태의 자체 하위 집합을 유지하고 자체 거래를 처리합니다. 이 병렬화를 통해 네트워크는 더 많은 트랜잭션을 동시에 처리하여 처리량을 크게 증가시킬 수 있습니다.

샤딩의 주요 장점은 개별 노드의 부하를 줄이는 것입니다. 모든 노드가 모든 트랜잭션을 검증하도록 요구하는 대신 노드는 특정 파편에 할당되며 샤드와 관련된 데이터 만 처리하면됩니다. 즉, 노드는 더 이상 전체 블록 체인 기록을 저장할 필요가 없으므로 하드웨어 요구 사항을 낮추고 더 많은 참가자가 노드를 실행하여 분산을 지원할 수 있습니다.

샤드가 블록 체인 확장 성을 향상시키는 방법

블록 체인의 확장 성은 성능이나 보안을 희생하지 않고 거래량 증가를 처리하는 네트워크의 능력을 나타냅니다. 샤드가 없으면 블록 체인은 분권화, 보안 및 확장 성 균형을 잡습니다. 샤드는 수평 스케일링을 가능하게하여 확장 성 측면을 직접 타겟팅하여 더 많은 파편을 병렬로 처리 할 수 있습니다.

각 샤드는 자체 거래 기록 및 상태를 가진 미니 블록 체인과 같은 기능을합니다. 예를 들어, 블록 체인에 64 개의 파편이있는 경우 단일 체인 시스템보다 이론적으로 64 배 더 많은 트랜잭션을 처리 할 수 있습니다. 이 병렬 처리 기능은 트랜잭션 속도를 크게 향상시키고 혼잡을 줄입니다. 이더 리움의 계획된 샤드 구현은 초당 약 15 ~ 30 초의 거래에서 완전히 배치 될 때 초당 수만대로 처리량을 늘리는 것을 목표로합니다.

샤딩은 또한 대기 시간을 줄입니다. 트랜잭션은 개별 파편 내에서 처리되고 전체 네트워크로 방송되지 않으므로 확인 시간이 훨씬 빠를 수 있습니다. 그러나 이것은 비콘 체인과 같은 조정 메커니즘을 통해 해결되는 파편에 걸쳐 일관성을 유지하는 데있어 복잡성을 도입합니다.

샤드 네트워크에서 비콘 체인의 역할

이더 리움의 샤드 디자인에서 비콘 체인은 중앙 코디네이터 역할을합니다. 샤드 할당, 유효성 검사기 할당 및 크로스 샤드 커뮤니케이션을 관리합니다. 합의에 참여하는 유효성 검사기는 악의적 인 인수를 방지하기 위해 다른 파편에 무작위로 배정됩니다. 비콘 체인은 샤드 상태가 주기적으로 동기화 되고 네트워크가 안전하고 응집력이 유지되도록합니다.

유효성 검사기는 위원회 회전 이라는 프로세스를 통해 정기적으로 파편 사이에 섞여 있습니다. 이 무작위성은 공격자가 단일 샤드에서 전력을 집중시키는 것을 방해합니다. 비콘 체인은 또한 샤드 블록 증명을 수집하고 마무리하여 모든 샤드가 네트워크의 합의 규칙을 준수하도록합니다.

가교는 또 다른 중요한 기능입니다. 비콘 체인은 각 샤드 상태의 암호화 약속 (해시)을 정기적으로 기록합니다. 이러한 가교 링크는 체크 포인트 역할을하며, 메인 체인에 샤드 데이터를 고정시키고 가벼운 클라이언트가 전체 샤드 이력을 다운로드하지 않고 샤드 데이터를 확인할 수 있도록합니다.

블록 체인의 샤드 유형

샤딩 구현에 대한 몇 가지 접근 방식이 있으며 각각 다른 트레이드 오프가 있습니다.

• 주 샤딩 : 파편에 걸쳐 블록 체인의 상태 (계정 잔액, 스마트 계약 데이터)를 나눕니다. 각 샤드는 글로벌 상태의 일부만 저장하고 업데이트합니다.
• 거래 샤딩 : 다른 파편이 다른 트랜잭션을 처리하도록 거래 처리를 분할합니다. 이를 위해서는 처리량이 향상되지만 여러 파편에 영향을 미치는 거래를 처리하기위한 메커니즘이 필요합니다.
• 네트워크 샤딩 : 노드가 같은 샤드에서 다른 사람들과 만 통신 할 수 있도록 피어 투 피어 네트워크를 파티션합니다. 이로 인해 대역폭 사용이 줄어들지 만 강력한 발견 및 라우팅 프로토콜이 필요합니다.

일부 시스템은 또한 스마트 계약이 특정 파편에 할당되는 실행 샤딩을 구현합니다. 이를 통해 비 분화 계약의 병렬 실행을 허용하지만 계약이 파편에서 상호 작용해야 할 때 문제가 발생합니다.

크로스 샤드 거래 및 원자력

샤딩의 가장 복잡한 측면 중 하나는 크로스 샤드 트랜잭션 으로 알려진 여러 파편을 포함하는 거래를 처리하는 것입니다. 예를 들어, 샤드 A의 계정에서 토큰을 샤드 B에 1 개로 옮기려면 두 파편 사이의 조정이 필요합니다.

Blockchains는 거래가 완전히 성공하거나 실패한다고 확보하기 위해 원자력을 유지하기 위해 2 단계 커밋 또는 수령 기반 통신 과 같은 프로토콜을 사용합니다. 영수증 모델에서 샤드 A의 거래가 샤드 B로 자금을 보내면 Shard A가 영수증을 생성합니다. 그런 다음 Shard B는 해당 트랜잭션을 생성하여 영수증의 유효성을 확인할 때 전송을 마무리합니다.

이 프로세스에는 시간과 질서에 대한 공유 이해가 필요하며 종종 비콘 체인이나 글로벌 시계를 통해 관리됩니다. 유효성 검사기는 영수증이 합법적이며 이중 스펜트가 아니 었음을 확인해야합니다. 효과적인 커뮤니케이션은 효과적이지만 대기 시간과 복잡성을 도입하여 진행중인 연구의 핵심 영역이됩니다.

샤드 블록 체인의 보안 고려 사항

Sharding은 새로운 공격 벡터를 소개합니다. 가장 주목할만한 것은 단일 셰드 인수 공격 입니다. 공격자가 하나의 샤드에서 대다수의 유효성 검사기를 제어하면 해당 샤드 내에서 거래를 조작 할 수 있습니다. 이를 완화하기 위해 샤드 네트워크는 임의의 유효성 검사기 할당 과 빈번한 개편을 사용합니다.

또 다른 관심사는 데이터 가용성 입니다. 샤드의 노드는 모든 트랜잭션 데이터가 게시되어 액세스 할 수 있도록해야하므로 다른 노드는이를 확인할 수 있습니다. 일부 시스템은 Erasure Coding 및 데이터 가용성 샘플링을 사용합니다. 여기서 가벼운 클라이언트는 Shard Data의 일부를 무작위로 확인하여 모든 것을 다운로드하지 않고 사용할 수 있는지 확인합니다.

암호 경제 보안도 중요합니다. 단일 샤드를 공격하는 비용은 엄청나게 높아야합니다. 이것은 상당한 스테이 킹 퇴적물을 요구하고 악의적 인 행동에 처해있는 슬래 싱 조건을 구현함으로써 달성됩니다.

자주 묻는 질문

샤딩과 사이드 체인의 차이점은 무엇입니까? Sharding은 파편이 메인 체인과 밀접하게 통합되어 총체적으로 고정되는 온쇄 스케일링 솔루션 입니다. 사이드 체인은 메인 체인과 평행하게 작동하는 독립적 인 블록 체인 이며 다른 합의 메커니즘을 사용할 수 있습니다. 파편은 메인 네트워크의 보안에 의존하는 반면 사이드 체인에는 자체가 있습니다.

Bitcoin에서 샤딩을 구현할 수 있습니까? 현재 Bitcoin는 단순성과 보안을 강조하는 설계 철학으로 인해 샤딩을 지원하지 않습니다 . 샤딩을 구현하려면 커뮤니티가 추구하지 않은 Bitcoin의 합의 및 데이터 구조에 중대한 변화가 필요합니다.

샤드는 스마트 계약 상호 작용에 어떤 영향을 미칩니 까? 특정 샤드에 배치 된 스마트 계약은 동일한 샤드의 다른 계약과 직접 상호 작용할 수 있습니다. 크로스 샤드 상호 작용의 경우 비동기 메시징 또는 영수증이 사용되며, 이는 샤드 내 통화에 비해 복잡성과 대기 시간을 증가시킬 수 있습니다.

모든 노드는 샤드 네트워크의 모든 파편을 검증하는 데 필요한가? 아니요. 샤드 시스템에서 노드는 비콘 체인과 함께 할당 된 샤드 만 검증합니다 . 이를 통해 계산 및 저장 부담이 줄어들어 참여와 확장 성이 향상됩니다.