샤딩이란 무엇입니까? (네트워크 파티셔닝)

정의 및 핵심 개념

1. 샤딩은 단일 논리적 데이터 세트를 샤드라고 하는 여러 개의 더 작고 독립적인 하위 집합으로 분할하는 수평 분할 기술입니다.

2. 각 샤드는 전체 데이터의 고유한 부분을 포함하며 자체 전용 인프라 노드에서 작동합니다.

3. 배포는 일반적으로 샤드 키를 기반으로 하는 결정론적 라우팅 논리를 따르므로 샤드 전반에 걸쳐 레코드의 일관된 배치를 보장합니다.

4. 수직 분할과 달리 샤딩은 열을 분리하지 않습니다. 모든 샤드에서 동일한 스키마를 유지하면서 행을 분리합니다.

5. 비공유 아키텍처를 구현합니다. 샤드는 메모리, 디스크 또는 CPU 리소스를 공유하지 않으며 샤드 간 상태 동기화를 직접 유지하지도 않습니다.

블록체인 시스템에 적용

1. 블록체인 네트워크에서 샤딩은 전체 네트워크를 병렬 하위 네트워크로 나누며, 각 하위 네트워크는 트랜잭션의 하위 집합을 처리하고 전역 상태의 일부를 유지 관리합니다.

2. Zilliqa는 디렉터리 서비스 샤드와 함께 6개의 네트워크 샤드를 배포하여 각 샤드 내에서 pBFT를 통해 동시 합의를 가능하게 함으로써 실용적인 구현을 개척했습니다.

3. Ethereum의 계획된 샤딩 업그레이드는 유효성 검사기 세트와 상태 저장소를 64개 샤드로 분할하여 노드당 저장소 부담을 줄이고 처리량을 늘려 확장성을 목표로 합니다.

4. 샤드 간 통신은 여전히 ​​엄격하게 제한되어 있습니다. 여러 샤드에 영향을 미치는 트랜잭션에는 비동기 최종성 증명 및 영수증 기반 검증 메커니즘이 필요합니다.

5. 상태 샤딩은 계정 잔액 추적 및 스마트 계약 실행에 복잡성을 가져옵니다. 계약 코드는 한 샤드에 있고 호출자는 다른 샤드에 있을 수 있기 때문입니다.

기술 구현 계층

1. 네트워크 샤딩은 검증인 그룹을 분리된 하위 집합으로 분리하고 암호화 무작위성을 통해 특정 샤드에 할당하여 공모 위험을 완화합니다.

2. 트랜잭션 샤딩은 수신 작업을 발신자 또는 수신자 주소 해시를 기반으로 적절한 샤드로 라우팅하여 위치 인식 처리를 보장합니다.

3. 상태 샤딩은 샤드 전체에 걸쳐 계정 상태와 계약 스토리지를 분할하므로 샤드당 Merkleized 상태 루트와 샤드 간 상태 약속이 필요합니다.

4. 데이터 가용성 샘플링을 통해 라이트 클라이언트는 전체 페이로드를 다운로드하지 않고도 전체 샤드 블록이 게시되었는지 확률적으로 확인할 수 있습니다.

5. 샤드 재구성 프로토콜은 종종 시대 기반 회전 및 비콘 체인 조정을 사용하여 노드 이탈 및 로드 재분배를 처리합니다.

보안에 미치는 영향 및 장단점

1. 단일 샤드 내의 악의적인 다수는 로컬 상태를 손상시킬 수 있으므로 샤드 수준의 비잔틴 내결함성이 필수적입니다.

2. 적응형 공격 모델은 공격자가 방어가 부족한 샤드를 표적으로 삼을 수 있다고 가정하므로 동적 스테이크 가중치 샘플링 및 슬래싱 조건이 필요합니다.

3. 소스 샤드와 대상 샤드 모두를 포함하는 다단계 확인 경로로 인해 샤드 간 전송의 최종성 지연이 증가합니다.

4. Reorg 저항은 모놀리식 체인에 비해 샤드 수준에서 약해지며 포크 선택 규칙 및 증명에 대한 더 엄격한 경계가 요구됩니다.

5. 암호화 정렬은 검증 가능한 무작위 기능을 사용하여 노드를 샤드에 안전하게 할당함으로써 많은 샤딩 설계에서 PoW 기반 항목을 대체합니다.

자주 묻는 질문

Q1: 샤딩을 사용하면 전체 노드가 필요하지 않습니까? 아니요. 전체 노드는 여전히 샤드별로 존재하지만 그 범위는 해당 샤드의 상태 전환 및 합의 내역만 확인하는 것으로 제한됩니다.

Q2: 스마트 계약이 다른 샤드에 저장된 데이터와 상호 작용할 수 있습니까? 예, 하지만 이러한 상호 작용은 비동기식이며 지연된 실행을 보장하는 명시적인 교차 샤드 메시지 전달이 필요합니다.

Q3: 샤드 전반에 걸쳐 이중 지출을 어떻게 방지합니까? 엄격한 발신자-샤드 고정을 시행함으로써 각 거래는 발신자의 계정이 있는 샤드에서 시작되어야 하며 병렬 충돌 지출을 방지합니다.

Q4: 데이터베이스 샤딩을 블록체인 샤딩으로 직접 이전할 수 있나요? 아니요. 데이터베이스 샤딩은 신뢰할 수 있는 인프라와 중앙 집중식 조정을 가정하는 반면, 블록체인 샤딩은 적대적인 조건에서 무신뢰 일관성과 활성성을 강화해야 합니다.