Parçalama teknolojisinin yenilikçi yolu: Shardeum ve dinamik durum parçalama

15 Eylül 2022'de, Ethereum birleşimi (Merge) tamamladı. Bu, Ethereum'un 5 yıl boyunca hazırlandığı ve 6 kez ertelendiği tarihi bir an. Uzun süren geliştirme ve hata ayıklamanın yanı sıra, dikkat çekici bir halo etkisi nedeniyle birçok insan birleşimin doğal olarak daha yüksek ölçeklenebilirlik, güvenlik ve sürdürülebilirlik getireceğini düşündü, ancak gerçekte durum böyle değil. PoW( iş kanıtı)'ndan PoS( hisse kanıtı)'a geçiş, yalnızca rayların ve tekerleklerin değiştirilmesidir; bu, doğrudan daha hızlı bir hız, daha büyük bir kapasite veya daha düşük ücretler sağlamaz. Bu hedeflere gerçekten ulaşılmasını sağlayan, parçalama yeteneğine sahip ana ağ ile artırılmış ölçeklenebilirlik sunan Layer2 çözümlerinin bir bütünüdür.

Ethereum kurucusu Vitalik Buterin'in belirttiği gibi, parçalama, ölçeklenebilirlik üçlüsünün altında bir ölçeklendirme çözümüdür; ağdaki düğümleri daha küçük gruplara ayırarak farklı işlem setlerini işleme alır ve paralel işleme gerçekleştirir. Tıpkı Walmart'ta alışveriş yaparken, birden fazla kasa açarak sırada bekleme süresini azaltıp kasa verimliliğini artırdığımız gibi, ağ üzerindeki tüm verilerin işlenmesi gereken büyük veri yükünü paylaşarak bu yükü hafifletir.

Bu, parçalamanın mantığıdır, doğrudan ve basittir, ancak şeytan ayrıntılardadır - prensip ve yön doğrudur, ancak uygulamada her zaman birçok sorunla karşılaşılır. Bu makale, "parçalama" yolundaki yön ve sıkıntıları düzenleyerek, yıldızlı gökyüzüne bakarak ve sağlam adımlarla yürüyen bir parça keşif haritası çizmeyi amaçlamaktadır. Aynı zamanda mevcut parçalama çözümlerini karşılaştırarak bazı ortak sorunları bulmayı ve uygulanabilir bir keşif yönü önermeyi hedeflemektedir: Shardeum ve dinamik parçalama.

Bir, "Parçalama" Hakkında

Kısaca, mümkün olmayan üçgenin kısıtlamalarını göz önünde bulundurarak, Ethereum'u koordinat sistemi başlangıcı (, 0) olarak alarak, "dikey" ve "yatay" iki düşünce tarzına göre, mevcut blok zincirinin ölçeklenebilirlik yöntemlerini iki ana kategoriye ayırıyoruz:

Dikey Ölçeklenebilirlik (: Mevcut sistem donanımının performansını artırarak gerçekleştirilir. Her bir düğümün süper hesaplama yeteneğine sahip olduğu merkeziyetsiz bir ağ oluşturmak, yani her düğümün "daha iyi" donanıma ihtiyaç duyması - bu yöntem basit ve etkilidir, özellikle yüksek frekanslı ticaret, oyun ve gecikmeye duyarlı diğer uygulama senaryoları için ilk aşama iyileştirmeleri sağlamakta uygundur. Ancak bu ölçeklenme yöntemi, doğrulama düğümlerinin veya tam düğümlerin işletim maliyetlerinin artması nedeniyle ağın merkeziyetsizlik seviyesini sınırlayacaktır. Merkeziyetsizlik seviyesinin sürdürülmesi, hesaplama donanımının performansındaki genel artış hızına bağlıdır ) bu da "Moore Yasası" olarak adlandırılır: Çiplerdeki transistör sayısı her iki yılda bir iki katına çıkar, hesaplama maliyeti ise yarıya iner (.

Yatay Ölçekleme ) Yatay Ölçekleme (: Yatay ölçeklemenin genellikle birkaç yaklaşımı vardır. Birincisi, blok zinciri bağlamında, belirli bir ekosistemdeki işlem hesaplama yükünü birden fazla bağımsız blok zincirine dağıtmaktır; her bir zincirin kendi blok üreticileri ve yürütme kapasitesi vardır. Bu yöntem, her bir zincirin yürütme katmanını tam olarak özelleştirmeye olanak tanır; örneğin, düğüm donanım gereksinimleri, gizlilik işlevleri, gas ücretleri, sanal makineler ve izin ayarları gibi. Diğer bir yatay ölçekleme çözümü, blok zincirinin temel altyapısını yürütme katmanı, veri kullanılabilirlik katmanı ) DA ( ve konsensüs katmanına ayıran modüler blok zinciridir. En yaygın blok zinciri modüler mekanizması rollup'tır. Bir diğer yaklaşım ise bir blok zincirini birçok parçaya ayırmak ve paralel olarak yürütmektir. Her bir parça, bir blok zinciri olarak düşünülebilir; yani birçok blok zinciri paralel olarak yürütülebilir. Ayrıca, genellikle tüm parçaları senkronize tutma görevi olan tek bir ana zincir de olacaktır.

Şunu belirtmek gerekir ki, yukarıdaki ölçekleme yaklaşımları izole bir şekilde mevcut değildir, her bir çözüm, imkansız üçgen içinde bir denge noktası bulmakta, sistemdeki ekonomik güçlerin yarattığı teşvik mekanizması tasarımıyla makro ve mikro düzeyde etkili bir denge sağlamaktadır.

"Parçalama" hakkında konuşmak için, her şeyin başından itibaren yeniden düzenlememiz gerekiyor.

Hala böyle bir senaryo varsayıyoruz, Walmart alışveriş kasası, kasada verimliliği artırmak ve müşteri bekleme süresini azaltmak için, tek bir kasa yolundan 10 kasa penceresine genişletiyoruz, defter hatalarını önlemek için bu noktada standart kurallar belirlememiz gerekiyor:

İlk olarak, eğer 10 kasiyerimiz varsa, onları hangi pencerede çalışacak şekilde nasıl dağıtmalıyız?

İkincisi, eğer 1000 müşterimiz sırada bekliyorsa, her bir müşterinin hangi gişeye gideceğine nasıl karar vereceğiz?

Üçüncüsü, bu 10 pencerenin karşılık geldiği 10 ayrı defter nasıl özetlenecek?

Dördüncü, muhasebe uyumsuzluklarının önlenmesi için kasiyerin hata yapmasını nasıl engelleyebiliriz?

Bu birkaç soru aslında parçalamadaki birkaç ana soruyla ilişkilidir, sırasıyla:

Ağdaki düğümlerin/validatörlerin hangi parçaya ait olduğunu nasıl belirleyebilirsiniz? Yani: )NetworkSharding( nasıl yapılır;

Her bir işlemin hangi parçalamaya tahsis edileceği nasıl belirlenir? Yani: işlem parçalama )Transaction Sharding(;

Blok zinciri verileri farklı parçalamalarda nasıl depolanır? Yani: nasıl durum parçalama )State Sharding( yapılır;

Karmaşık, risk anlamına gelir; tüm bunların üzerine, sistemin güvenliğinin parçalanmasını nasıl önleyebiliriz?

) 01 Ağ Parçalama###Network Sharding(

Eğer blok zincirini basitçe merkeziyetsiz bir defter olarak anlayacaksak, hem PoS hem de PoW konsensüs mekanizmaları, her bir düğümün belirli bir kural setine göre defter tutma hakkını elde etmeye çalışmasını sağlamak içindir; bu süreçte defterin doğruluğunu garanti eder. Ağ parçalama, blok zinciri ağını parçalamak için başka bir belirli kural setine ihtiyaç duyulması anlamına gelir; karşılıklı iletişimi mümkün olduğunca azaltarak, her bir parçanın zincir üstündeki işlemleri işlemesi ve defter tutma hakkını elde etmesi - yani, düğümlerin gruplama kuralıdır.

Ve bu süreçte karşılaşılan sorun, blockchain içindeki düğümlerin farklı parçalar halinde bölünmesiyle, saldırganların zorluk ve maliyetinin doğrudan düşmesidir. Bu gruplama sürecinin kurallarının ve sonuçlarının sabit ve öngörülebilir olduğunu varsayarsak, saldırganın tüm blockchain ağını kontrol etmek istemesi durumunda, sadece belirli bir parçayı kontrol etmesi, o parçadaki bazı düğümleri satın alması yeterli olacaktır.

Near'ın kurucusu Alexander Skidanov bu sorunu şöyle tanımlıyor: Eğer X adet doğrulayıcıya sahip bir tek zincir, parçalama zincirine sert çatallanmaya karar verirse ve X doğrulayıcıyı 10 parçaya bölerse, her parçada şimdi sadece X/10 doğrulayıcı olur, bir parçayı yok etmek için yalnızca %5.1 ) 51% / 10( toplam doğrulayıcı sayısının yok edilmesi gerekir. Bu, ikinci noktayı gündeme getiriyor: Her parça için doğrulayıcıları kim seçecek? Eğer bu %5.1'lik doğrulayıcıların hepsi aynı parçada bulunuyorsa, %5.1'lik doğrulayıcıları kontrol etmek zararlıdır. Eğer doğrulayıcılar hangi parçada doğrulama yapacaklarını seçemezlerse, %5.1'lik doğrulayıcıların katılımcılarının tüm doğrulayıcıları aynı parçaya koymaları son derece olasılık dışıdır ve bu da sistemin yok edilme yeteneklerini büyük ölçüde azaltır.

Parçalama sistemi, ağın dışarıdan gelen parçalamalardan bu işlemleri geri döndürmeyeceğine dair bir güven mekanizması geliştirmelidir. Şu ana kadar, en iyi cevaplardan biri, parçalama içindeki doğrulayıcı sayısının belirli bir minimum eşiğin üzerinde olmasını sağlamaktır; bu şekilde dürüst olmayan doğrulayıcıların tek bir parçalamayı aşma olasılığı çok düşük olacaktır. En yaygın yöntem, belirli bir düzeyde tarafsız rastgelelik oluşturarak, matematiksel bir yöntemle saldırganın başarı olasılığını en aza indirmektir. Örneğin, Ethereum'un çözümü, tüm doğrulayıcılardan rastgele bir şekilde bir parçalama doğrulayıcısı seçmek ve her 6.4 dakikada bir ) bir epoch uzunluğunda ( doğrulayıcıları değiştirmektir.

Basitçe söylemek gerekirse, düğümleri rastgele gruplara ayırmak ve ardından her grup düğümüne bağımsız doğrulama yapmak için iş atamaktır.

Ancak belirtmek gerekir ki, blok zincirindeki rastgelelik oldukça zorlu bir konudur. Mantıken, bu rastgele sayı üretim sürecinin herhangi bir belirli parçalamanın hesaplamasına bağımlı olmaması gerekir. Bu hesaplama için, mevcut birçok tasarım yaklaşımı, tüm ağı sürdüren ayrı bir blok zinciri geliştirmektir. Böyle bir zincir Ethereum ve Near'da Beacon zinciri, PolkaDot'ta Relay zinciri, Cosmos'ta ise Cosmos Hub olarak adlandırılır.

![Bin kelime ile yeni blockchain Shardeum'un detaylı açıklaması: Parçalama'nın bir başka olasılığı])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-69c7de2bfe4ae7b233bec1f706fad9ad.webp(

) 02 İşlem Parçalama###Transaction Sharding(

İşlem parçalama, "hangi işlemlerin hangi parçalara atanacağı" konusundaki kuralın belirlenmesi anlamına gelir; bu hem paralel işlemeyi sağlamakta hem de çift harcama sorununu önlemektedir. Blok zincirinin defter modelinin farklılıkları, işlem parçalama geliştirmelerini etkileyebilir.

Şu anda blockchain ağında iki tür muhasebe yöntemi bulunmaktadır: UTXO)Kullanılmamış İşlem Çıktıları, kullanılmamış işlem çıktısı( modeli ve hesap/bakiye modeli; birincisinin tipik temsilcisi BTC, ikincisi ise ETH gibi.

UTXO modeli: BTC işlemlerinde, her işlemde bir veya daha fazla çıktı bulunur, UTXO, henüz harcanmamış blok zinciri işlemlerinin çıktısını ifade eder, bu da yeni işlemlerin girişi olarak kullanılabilir, ancak harcanmış işlem çıktıları bir daha harcanamaz. Bu, kağıt para işlemlerindeki ödeme ve bozdurma durumuna benzer; müşteri bir veya daha fazla kağıt parayı dükkana öder, dükkân sahibi ise bir veya daha fazla kağıt parayı müşteriye bozdurur. UTXO modeli altında, işlem parçalama, parçalar arası iletişim gerektirir. Bir işlem birden fazla girdi ve birden fazla çıktı içerebilir, hesap kavramı yoktur ve bakiye kaydı da bulunmaz, olası bir yöntem, işlemle ilgili bir girdi değerine göre onu bir hash fonksiyonu işleyerek ayrık bir hash değeri haline getirmek ve verilerin hangi parçaya gitmesi gerektiğini belirlemektir. Aşağıdaki gibi:

Aynı şekilde, doğru parçalara yerleştirilen öğelerin tutarlı bir şekilde yerleştirilmesini sağlamak için, hash fonksiyonuna verilen değerlerin aynı sütundan gelmesi gerekir. Bu sütuna Shard Key denir. Daha sonra, 1 değeri üreten işlemler parça 1'e, 2 değeri üreten işlemler ise parça 2'ye yerleştirilir. Ancak bu yöntemin dezavantajı, çift harcama saldırılarını önlemek için parçalar arasında iletişim kurulması gerektiğidir. Parçalar arası işlemleri kısıtlamak, platformun kullanılabilirliğini sınırlarken, parçalar arası işlemlere izin vermek, parçalar arası iletişimin maliyetleri ile performans artışının sağladığı faydalar arasında bir denge kurmayı gerektirir.

Hesap/Bakiye modeli: Sistem, her hesabın bakiyesini kaydeder, işlem yaparken sistem, hesabın ödeme yapmak için yeterli bakiyeye sahip olup olmadığını kontrol eder, bu, bir bankanın havale işlemi sırasında her hesabın bakiyesini kaydetmesine benzer, yalnızca hesap bakiyesi gereken havale tutarından büyük olduğunda işlem gerçekleşebilir. Hesap/bakiye modeli altında, bir işlemin yalnızca bir girişi olduğu için, işlemi gönderen adresine göre parçalayarak, aynı hesabın birden fazla işleminin aynı parçalama içinde işlenmesini sağlamak mümkündür, bu da çift harcama sorununu etkin bir şekilde önler. Bu nedenle, parçalama teknolojisini kullanan çoğu blok zinciri, Ethereum gibi hesap defteri sistemleridir.

![Bin kelimeyle ayrıntılı inceleme yeni halka Shardeum: Parçalama'nın bir başka olasılığı])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-7aa1677db6b8128b68accfe04fcda738.webp(

) 03 Durum Parçalama ###State Sharding (

Durum parçalama, blok zinciri verilerinin farklı parçalara nasıl dağıtıldığını ifade eder.

Hala Walmart'ta sıra bekleme örneğimizi kullanıyoruz, her pencerede bir hesap var, bu hesap defterleri nasıl kaydediliyor? Eğer: müşteri hangi sıraya gidecekse o hesaba kaydediliyor, örneğin A müşterisi A penceresine gitti, ardından ertesi gün o müşteri başka bir ödeme penceresine, örneğin B penceresine gitti, ve B penceresinin o müşterinin geçmiş hesap bilgileri ) gibi, özellikle de değerli kartlar gibi ödeme yöntemleri ( ile ilgili bilgiye sahip olmadığını varsayalım, ne yapmalıyız? A penceresinden o müşterinin hesap bilgilerini mi çağırmalıyız?

Durum parçalama, parçalamanın en büyük sorunudur ve yukarıda belirtilen ağ parçalama ve işlem parçalamadan daha karmaşıktır. Çünkü parçalama mekanizması altında, işlemler adreslere göre farklı parçalarda işlenir, yani durum yalnızca kendi adresinin bulunduğu parçaya kaydedilir. Bu durumda karşılaşılacak bir sorun, işlemlerin yalnızca bir parçanın içinde gerçekleşmemesi, sık sık )Cross-Sharding( ile ilgili olmasıdır.

Bir transfer durumu düşünelim, A hesabı B hesabına 10U transfer ediyor ve A'nın adresi Parçalama 1'de dağıtılmış, işlemin kaydı da Parçalama 1'de saklanacaktır. B'nin adresi Parçalama 2'de dağıtılmış, işlemin kaydı da Parçalama 2'de saklanacaktır.

A B'ye para transferi yapmaya karar verdiğinde, çapraz parçalama işlemi oluşur. Parçalama 2, geçmiş işlem kayıtlarını doğrulamak için parçalama 1'e başvurur ve işlemin geçerliliğini doğrular. Eğer A, B'ye sık sık para gönderiyorsa, parçalama 2, parçalama 1 ile sürekli etkileşimde bulunmak zorunda kalır ve bu nedenle işlem işleme verimliliği azalır. Ancak, katılımcılar belirli bir parçalamanın tüm tarihini indirmeden ve doğrulamadan, aralarındaki etkileşimin belirli geçerli blok dizilerinin sonucu olduğunu kesin olarak bilemezler ve bu tür blok dizilerinin gerçekten parçalama içindeki standart zincir olduğunu garanti edemezler.

Bu nedenle, parçalama sistemi, parçalama olmayan tek bir zincire kıyasla yeni bir zorlukla karşı karşıya: kullanıcı yok.