샤딩이란 무엇이며 어떻게 블록체인 트랜잭션 속도를 향상시킬 수 있습니까?

블록체인 기술의 샤딩 이해

1. 샤딩은 확장성과 성능을 향상시키기 위해 블록체인 네트워크에 적합한 데이터베이스 분할 기술입니다. 샤딩은 모든 노드가 전체 체인의 거래 내역을 처리하고 저장하도록 요구하는 대신 네트워크를 '샤드'라고 하는 더 작은 세그먼트로 나눕니다. 각 샤드는 고유한 트랜잭션 하위 집합을 처리하고 계정 잔액 및 스마트 계약을 포함한 자체 상태를 유지합니다.

2. 이러한 아키텍처 변화를 통해 여러 샤드가 트랜잭션을 동시에 처리할 수 있어 처리량이 대폭 증가합니다. Bitcoin 또는 초기 이더리움과 같은 기존 블록체인에서는 모든 노드가 모든 트랜잭션을 검증하므로 네트워크 사용량이 증가함에 따라 병목 현상이 발생합니다. 샤딩을 사용하면 계산 부하가 분산되어 독립적인 샤드 전체에서 병렬 처리가 가능합니다.

3. 각 샤드는 자체 검증인 세트로 작동하여 개별 노드의 부담을 줄입니다. 노드는 할당된 샤드 내의 트랜잭션만 확인하면 됩니다. 이는 하드웨어 요구 사항을 낮추고 더 많은 참가자가 고급 인프라 없이 노드를 실행할 수 있도록 하여 더 큰 분산화를 지원합니다.

4. 샤드 간 통신은 샤드 간 트랜잭션을 감독하고 네트워크 전체의 일관성을 보장하는 중앙 비콘 체인 또는 코디네이터 체인을 통해 관리됩니다. 이 조정 계층은 전반적인 보안과 무결성을 유지하면서 여러 샤드에 걸친 작업의 유효성을 확인합니다.

5. 샤딩은 샤드 간 통신 및 데이터 가용성 측면에서 복잡성을 야기합니다. 한 샤드가 다른 샤드의 상태를 신뢰할 수 있도록 하려면 강력한 암호화 증명과 합의 메커니즘이 필요합니다. 사기 증명, 유효성 증명(예: zk-SNARK) 및 데이터 가용성 샘플링과 같은 기술은 노드가 모든 샤드를 처리하지 않는 경우에도 보안을 유지하는 데 도움이 됩니다.

병렬 처리를 통한 거래 속도 향상

1. 네트워크를 여러 개의 샤드로 분할함으로써 블록체인 시스템은 순차적이 아닌 동시에 수천 건의 트랜잭션을 실행할 수 있습니다. 예를 들어, 네트워크에 64개의 샤드가 있는 경우 이론적으로 샤드당 동일한 용량을 가정할 때 단일 체인 설계보다 초당 64배 더 많은 트랜잭션을 처리할 수 있습니다.

2. 이 병렬성은 제한된 블록 공간으로 인해 거래 수수료가 급증하는 비샤딩 체인의 최대 사용 기간 동안 발생하는 혼잡 문제를 직접적으로 해결합니다. 샤딩을 사용하면 수요가 샤드 전체에 분산되어 지연 시간이 낮아지고 비용이 예측 가능해집니다.

3. 분산형 교환, 게임 플랫폼, 소액 결제 서비스와 같은 애플리케이션은 샤딩 아키텍처를 통해 확인 시간이 단축되는 이점을 얻습니다. 사용자는 전체 네트워크에서 글로벌 합의를 기다리지 않고 거의 즉각적인 결제를 경험합니다.

4. 노드당 작업 부하가 감소한다는 것은 경량 클라이언트가 검증에 의미 있게 참여하여 액세스를 확대하고 리소스 집약적인 전체 노드로 인한 중앙 집중화 압력에 대한 탄력성을 향상시킬 수 있음을 의미합니다.

5. 이더리움의 샤딩 구현은 추가 데이터 가용성을 제공하여 롤업을 보완하고 메인 체인을 오프체인 실행 환경을 위한 확장 가능한 데이터 계층으로 효과적으로 전환하는 것을 목표로 합니다.

샤딩된 블록체인의 보안 고려 사항

1. 샤딩과 관련된 주요 관심사 중 하나는 악의적인 행위자가 단일 샤드에 대한 제어권을 얻는 것과 같은 샤드 수준 공격의 위험입니다. 각 샤드에는 검증인 수가 적기 때문에 전체 네트워크에 비해 손상되기 쉬울 수 있습니다.

2. 이에 대응하기 위해 많은 샤딩 설계에서는 정기적인 간격으로 샤드 간에 노드를 회전시키는 무작위 유효성 검사기 할당을 사용합니다. 이로 인해 공격자가 제어되는 노드가 어느 샤드에 할당될지 예측할 수 없기 때문에 표적화된 인수가 비실용적입니다.

3. 암호경제학적 인센티브는 모든 샤드를 공격하는 것이 전체 네트워크를 공격하는 것과 동일한 비용과 위험을 수반하도록 조정됩니다. 슬래싱 조건 등 부정행위에 대한 페널티는 샤드 소속 여부와 상관없이 동일하게 적용됩니다.

4. 데이터 가용성 검사는 샤드가 잘못된 블록을 생성하더라도 샤드 외부의 정직한 노드가 누락되거나 손상된 데이터를 감지할 수 있도록 보장합니다. 이러한 메커니즘은 자동 오류를 방지하고 시스템의 전역 신뢰를 유지합니다.

5. 샤딩은 확장성을 향상시키지만 새로운 공격 벡터의 도입을 방지하려면 엄격한 프로토콜 설계가 필요합니다. 진행 중인 연구는 다중 샤드 생태계의 분산화, 보안 및 성능 간의 균형을 최적화하는 데 중점을 두고 있습니다.

자주 묻는 질문

블록체인에서 샤드란 무엇인가요? 샤드는 전체 트랜잭션 로드의 일부를 처리하고 저장하는 역할을 담당하는 블록체인 네트워크의 하위 집합입니다. 중앙 체인을 통해 다른 샤드와 조정하면서 자체 상태와 거래 내역을 유지하면서 반독립적으로 기능합니다.

샤딩은 어떻게 거래 수수료를 줄이나요? 샤딩은 전체 네트워크 용량을 늘려 수수료를 절감합니다. 여러 샤드에서 트랜잭션이 병렬로 처리되면 혼잡이 줄어듭니다. 제한된 블록 공간에 대한 수요가 낮아지면 사용자 간의 경쟁이 줄어들어 가스 가격이 낮아집니다.

스마트 계약이 여러 샤드에서 상호 작용할 수 있나요? 예, 하지만 크로스 샤드 통신에는 특별한 프로토콜이 필요합니다. 여러 샤드와 관련된 거래는 비콘 체인이나 유사한 인프라를 통해 조정되어야 합니다. 여기에는 종종 한 샤드에 자산을 잠그고 다른 샤드에 생성하거나 확인 지연이 있는 비동기 메시징을 사용하는 것이 포함됩니다.

샤딩이 이미 주요 블록체인에 적용되어 있나요? 현재 대부분의 주요 블록체인에서는 전체 샤딩이 아직 활성화되지 않았습니다. 이더리움은 비콘 체인의 0단계를 배포했으며 점차적으로 샤딩 기능을 출시하고 있으며, 처음에는 전체 실행 샤딩보다는 롤업을 위한 데이터 가용성에 중점을 두고 있습니다.