Автор статьи Subbu / 12 июня 2023 г.
Использование консенсуса на уровне транзакций, динамического разделения состояний и линейной масштабируемости Shardeum, обеспечит сети не только параллельное выполнение транзакций, но и Atomic и Cross Shard…
Что представляет собой компонуемость (Composability) в блокчейне?
Примечание: У нас есть отдельный блог, посвященный обсуждению того, что такое Composability, в частности, с точки зрения блокчейна. Однако давайте подытожим это здесь, чтобы вам было легче понять и связать различные моменты, которые мы будем обсуждать в этом блоге.
Composability — это мощная концепция в блокчейне, которая позволяет разработчикам объединять и интегрировать смарт-контракты, децентрализованные приложения (dapps) и различные сети для создания инновационных и сложных систем. Эта концепция способствует быстрой разработке, поскольку существующие элементы могут быть использованы повторно, позволяя сократить время и усилия.
Хоть это утверждение и кажется настоящей отдушиной для платформ смарт-контрактов, его успех во многом зависит от надежности базового протокольного уровня платформы (с точки зрения безопасности, масштабируемости, связи, хранения и DX). В то время как composability рассматривает, как система работает изнутри и как ее части могут быть перестроены для создания новых функций, ее успех также зависит от нескольких внешних факторов, усиливающих ее эффективность, таких как проверка безопасности и тщательное тестирование. Это, по сути, делает “компонуемость” ключевой характеристикой для блокчейн-платформ.
Что такое атомарность (Atomicity) в блокчейне?
Атомарность и атомарная компонуемость тесно связаны между собой. Атомарность подразумевает свойство транзакции или операции быть неделимой либо в состоянии “все или ничего”. Другими словами, это означает, что транзакция либо выполняется полностью, либо не выполняется вообще, без каких-либо частичных или промежуточных состояний. Если какая-либо часть транзакции не выполняется или сталкивается с ошибкой, вся транзакция откатывается или прерывается, обеспечивая постоянство состояния системы. Атомарность является частью концепции ACID (Atomicity, Consistency, Isolation, Durability) в компьютерной науке и науке о данных.
Что такое атомарная компонуемость в блокчейне?
Атомарная компонуемость (Atomic composability) — это способность объединять и выполнять несколько операций или транзакций в распределенных системах баз данных (таких как блокчейн и DAG) таким образом, что все они либо успешно завершаются, либо терпят неудачу. Как правило, это происходит в границах одного шарда или блокчейна. Это расширяет концепцию атомарности до возможности компоновки операций в контексте блокчейна.
Блокчейн использует специальные механизмы, такие как протоколы обмена сообщениями, координаторы и протоколы маршрутизации, для поддержания совместимости внутри этих сетей. Это схоже с тем, как в сетях блокчейна используется механизм консенсуса для установления соглашения о достоверности и порядке транзакций. Речь идет о более технических деталях, которые мы рассмотрим в следующих разделах. Однако на функциональном уровне следует подчеркнуть, что блокчейн может обеспечить атомарную компонуемость только в том случае, если он идеально спроектирован/развернут в механизме консенсуса, смарт-контрактах, масштабируемости, верификации транзакций и механизме отката. Другими словами, блокчейн должен иметь прочные основы в виде протокола и прикладного уровня.
Как уже говорилось, атомарная компонуемость обычно достигается в рамках одного раздела, кластера или блокчейна. Однако её обеспечение усложняется, когда речь идет о нескольких разделах и состояниях, например, в шардированной сети.
Шардинг (Sharding ) — это способ улучшить масштабируемость распределенных систем, таких как блокчейн, путем разделения данных на более мелкие и удобные для управления части, которые называются шардами. Шардинг может потенциально ограничить способность различных частей системы взаимодействовать друг с другом. Он усложняет архитектуру и реализацию сети и часто требует наличия механизмов для кросс-шардовой связи и компонуемости. Шардинг также может привести к неравномерному распределению данных и транзакций между шардами, из-за отсутствия оптимального проектирования и тестирования. Другими словами, из-за отсутствия надежного протокольного слоя. Прежде чем понять, каким образом можно достичь совместимости между шардами, давайте вкратце рассмотрим, что означает кросс-шардинг вообще?
Кросс-шард совместимость в системах блокчейн
В технологии блокчейн, шардинг представляет собой способ разделения сети на более мелкие и удобные для управления части, называемые шардами. Каждый шард содержит подмножество всех данных и транзакций сети, что обеспечивает более эффективную обработку и высокую пропускную способность. Благодаря такому разделению сети нодам нужно обрабатывать только те данные, которые находятся в назначенном им шарде, что снижает вычислительную нагрузку и повышает общую производительность.
Кросс-шардовая компонуемость — это способность различных шардов в сети блокчейн беспрепятственно взаимодействовать друг с другом. Поскольку каждый шард работает независимо, для обеспечения кросс-шардовой совместимости требуется внедрение протоколов и механизмов (таких как Universal Account System, протоколы обмена сообщений), а также реализация сайдчейнов или мостов для соединения разных шардов. Это позволит передавать данные и активы между шардами, а также поддерживать постоянное состояние всех шардов. Обеспечивая совместимость между шардами, блокчейн-сети смогут обработать больше транзакций и достичь более высокую пропускную способность без ущерба для безопасности и децентрализации.
Основные соображения для достижения кросс-шардовой совместимости в сетях блокчейн
Межшардовые транзакции
Межшардовые транзакции подразумевают выполнение одной транзакции, в которой участвуют несколько шардов в сети блокчейн. Они необходимы для достижения масштабируемости и создания более сложных смарт-контрактов. Межшардовые транзакции требуют механизмов для обеспечения атомарности, согласованности, изоляции и долговечности (ACID) на всех шардах.
Необходимость совместимости
Композитность имеет решающее значение для обеспечения кросс-шаринга и беспрепятственного взаимодействия смарт-контрактов и транзакций на разных шарах. Без композитности блокчейн-сети будут ограничены работой внутри своих шардов, что снизит их полезность и распространенность.
Протокол двухфазной фиксации для кросс-шаровых транзакций
Протокол Two-Phase Commit — это механизм, обеспечивающий атомарность в кросс-шардовых транзакциях. В нем участвует координатор, который инициирует транзакцию и связывается со всеми участвующими шардами, чтобы убедиться, что они готовы к фиксации. Если все шарды согласны, транзакция фиксируется; в противном случае она прерывается.
Маршрутизация транзакций между шардами
Маршрутизация — это механизм, используемый для направления кросс-шардовых транзакций на соответствующие шарды. Она включает в себя идентификацию шардов, участвующих в транзакции, и определение оптимального маршрута для выполнения транзакции. Это достигается с помощью таблиц маршрутизации и протоколов передачи сообщений, обеспечивающих межосколочное взаимодействие между осколками.
Координаторы в кросс-осколочной совместимости
Координаторы управляют межосколочными транзакциями и обеспечивают их атомарность, согласованность, изолированность и долговечность. Они облегчают коммуникацию между шардами, участвующими в транзакции, и необходимы для достижения кросс-шардовой совместимости. Координаторы инициируют кросс-шардовые транзакции, связываются со всеми участвующими шардами, чтобы убедиться, что они готовы к фиксации, и выполняют двухфазный протокол фиксации, чтобы обеспечить атомарность. Координаторы также хранят информацию о состоянии транзакции и общаются с другими координаторами, если транзакция охватывает несколько блокчейн-сетей.
Однако не забывайте, что координаторы также могут вносить централизацию в сеть блокчейн, снижая ее безопасность и децентрализацию. Они также требуют дополнительных вычислительных ресурсов и могут вносить задержку в обработку транзакций. Кроме того, в случае сбоя или компрометации координатора может возникнуть единая точка отказа.
Обеспечение совместимости между шардами
Для обеспечения совместимости между шардами в сети блокчейн необходимо создать протоколы и механизмы для связи и передачи активов между разными шардами. Это предполагает внедрение механизмов маршрутизации для направления транзакций на соответствующие шарды и создание универсальной системы счетов, доступной для всех шардов.
Кроме того, для обеспечения связи между осколками необходимо использовать протоколы передачи сообщений, такие как межосколочная связь (ISC). Поддержание целостного состояния также необходимо для обеспечения согласованности между всеми участвующими шардами.
Управление метаданными в кросс-шардовых транзакциях
В кросс-шардовых транзакциях метаданные — это информация, связанная с транзакцией, но не включенная в полезную нагрузку. Метаданные могут включать статус транзакции, информацию о маршрутизации и другие данные, необходимые для обеспечения атомарности, согласованности, изоляции и долговечности кросс-шардовых транзакций.
Управление метаданными включает в себя разработку протоколов и механизмов для хранения, доступа и обновления метаданных на всех шардах. Это включает в себя реализацию систем хранения метаданных, доступных всем участвующим шардам, создание стандартов и форматов метаданных, а также обеспечение защиты и безопасности метаданных для предотвращения несанкционированного доступа или манипуляций.
Shardeum достигает параллельного исполнения транзакций с атомарной и кросс-шардовой совместимостью
О Shardeum
Shardeum — это блокчейн-сеть первого уровня с платформой смарт-контрактов на основе EVM, которая линейно масштабируется, чтобы постоянно поддерживать низкие комиссии за транзакции, а также высокую децентрализацию и безопасность. Транзакции в Shardeum упорядочиваются по времени (в порядке поступления) для поддержания хронологической последовательности. Проверка транзакций и консенсус осуществляются индивидуально, то есть на уровне транзакций, а не на уровне блоков, как в типичных сетях blockchain. Shardeum использует уникальный/комбинированный механизм консенсуса — Proof of Quorum и Proof of Stake.
В то время как мы знаем, как действуют Proof of Stake, Proof of Quorum позволяющие Shardeum генерировать сертификат, показывающую, что большинство членов группы консенсуса проголосовало за определенную транзакцию. Каждый узел в группе консенсуса подписывает хэш транзакции и передает его другим узлам в группе консенсуса. Узлы собирают эти голоса, и когда их количество превышает 50 %, эти голоса формируют квитанцию, которая может подтвердить консенсус по транзакции. Примечательно, что алгоритм консенсуса в Shardeum также играет ключевую роль в случайном присвоении “идентификатора узла” узлам-валидаторам до того, как они присоединятся к сети. С помощью идентификаторов узлов сеть будет постоянно автоматически ротировать узлы-валидаторы и резервные узлы (узлы, ожидающие своей очереди на автоматическое включение в сеть в качестве активных валидаторов), чтобы еще больше затруднить захват власти плохими игроками в любой момент времени.
Обработанные транзакции как таковые группируются и передаются на архивные узлы сети, которые отвечают за хранение исторических данных (узлы валидаторов будут хранить только состояние аккаунтов, к которым они имеют отношение, на всех шардах, что позволяет обычным пользователям управлять узлом на Shardeum). Кроме того, благодаря динамическому разделению состояний Shardeum реализует трехмерный подход к разделению состояний, сети и транзакций, а также динамическое автомасштабирование пропускной способности сети в зависимости от трафика в сети.
Каждому узлу в сети будут назначены динамические пространства учетных записей в нескольких шардах с достаточным уровнем перекрытия диапазонов адресов. Это позволяет параллельно обрабатывать транзакции, сохраняя атомарную и межшаровую совместимость. Автомасштабирование позволит Shardeum эффективно использовать ресурсы и динамически реагировать на изменения спроса, что приведет к немедленной завершенности и низкой задержке при сохранении низкой комиссии за транзакции. Кроме того, разработчики могут развертывать и взаимодействовать с контрактами Solidity или Vyper на Shardeum без особых требований к шардингу, поскольку контракты развертываются на уникальных шардах автоматически, сохраняя при этом атомарную совместимость на всех шардах.
Как Shardeum достигает атомарной и кросс-шардовой совместимости?
Пока мы можем изучать и извлекать выгоду из инноваций и дальнейшего развития сети после выхода whitepaper и открытого сорсинга протокола перед мейннетом в Q3/Q4 2023 года, давайте посмотрим, как Shardeum удается сохранять атомарную и кросс-шардовую совместимость на высоком уровне, основываясь на том, что мы обсудили выше.
- Shardeum заказывает и обрабатывает транзакции на основе времени в индивидуальном порядке.
- В механизме консенсуса Shardeum задействованы узлы без лидеров и с ротацией.
- Консенсус осуществляется на уровне транзакций (а не на уровне блоков)
- Валидаторам в сети назначаются динамические учетные пространства на нескольких шардах. Хотя динамическое разделение состояния требует, чтобы каждый узел держал свой диапазон адресов, будет значительное перекрытие между адресами, покрываемыми узлами с достаточным резервированием не менее 128 валидаторов
- Поскольку транзакции обрабатываются индивидуально, транзакции, затрагивающие несколько шардов, не подвержены риску быть подтвержденными на одном шарде, но откаченными на другом.
- Консенсус на уровне транзакций позволяет транзакции, затрагивающей несколько шардов, обрабатываться одновременно этими шардами, что не только сокращает время обработки транзакции, даже если она затрагивает несколько шардов, но и обеспечивает атомарную обработку с очень низкой задержкой и немедленным завершением.
- Когда инициируется многоэтапная транзакция в случае сложных смарт-контрактов, она предполагает одновременное выполнение всех этих этапов на нескольких шардах. С помощью консенсуса на уровне транзакций Shardeum эти шаги могут быть сгруппированы в одну атомарную транзакцию для обеспечения атомарной совместимости.
- Благодаря динамическому разделению состояний, автомасштабированию, оптимальному механизму консенсуса, упорядочиванию транзакций по времени Shardeum будет линейно масштабироваться, позволяя средним пользователям запускать узлы в сети с незначительными вычислительными требованиями.
- Линейное масштабирование и автомасштабирование позволяют поддерживать эксплуатационные расходы сети на устойчивом уровне, что означает, что плата за транзакции в сети будет оставаться очень низкой и постоянной на протяжении длительного времени.
- Низкая плата за газ позволяет пользователям и разработчикам взаимодействовать с несколькими шардами и осуществлять межшардовые транзакции с минимальными затратами, способствуя расширению участия пользователей, что, в свою очередь, облегчает беспрепятственную межшардовую совместимость.Каждый узел/шард, присоединяющийся к сети, пропорционально увеличивает пропускную способность сети, что позволяет Shardeum безгранично масштабироваться, предотвращая перегрузки и отставание транзакций. Это напрямую повышает композитность
Заключение
В заключение отметим, что кросс-шардовая совместимость имеет огромное значение для блокчейн-систем, позволяя масштабировать их и разрабатывать более сложные смарт-контракты. Она предполагает выполнение транзакций на нескольких шардах и поддержание атомарности, согласованности, изоляции и долговечности (ACID) на всех задействованных шардах.
Хотя для достижения межшаровой совместимости требуется внедрение различных механизмов, таких как протоколы маршрутизации, межшаровая связь, системы универсальных счетов и системы управления метаданными, они лишь дополняют эффективность и масштабируемость базового протокола. Shardeum обладает уникальными возможностями для внедрения сложных даппов/умных контрактов, обеспечивая при этом межцепочечное взаимодействие и функциональную совместимость благодаря своей революционной технологии. Следите за проектом, который находится на финальной стадии готовности к производству.
translated by wh1tearm0r & nolackin
Присоединяйтесь к нам:
Website | Telegram | TelegramRu | Twitter | Reddit | Subreddit | Discord | LinkedIn | MediumRu | Dzen
#shardeum #криптовалюта #блокчеин #технологии #крипта
