Шардинг блокчейну. Ризикований спосіб масштабування мережі?
В основу концепції блокчейну покладено принцип, який підтримує його децентралізацію та безпеку, проте ускладнює продуктивність з розширенням мережі.
Полягає він у тому, що кожна нода (комп’ютерний вузол), яка відповідає за функціонування розподіленого реєстру, повинна постійно обробляти нові транзакції та зберігати копію всіх блоків ланцюга.
Така особливість хоч і є споконвічною, але не відповідає сучасним реаліям, заважаючи масштабуванню мережі, тому останнім часом зростає актуальність подолання цього бар’єру. Наприклад, за допомогою шардингу, який є природним для звичайних баз даних.
Шардинг блокчейну — це поділ мережі на безліч незалежних сегментів (шардів) зі своїми повноваженнями, кожен із яких відповідає за обчислення та зберігання певної частини даних. Завдяки цьому ресурси блокчейну використовуються ефективніше. Навантаження між вузлами розподіляється рівномірно, нодам не потрібно виконувати один і той самий великий обсяг роботи.
Щоб зберігати безпеку та децентралізацію, різні підрозділи реєстру синхронізовані один з одним: можуть обмінюватися даними та переглядати записи сусідніх шардів. Ось деякі блокчейни, які успішно застосовують шардинг, – Near Protocol, Polkadot та Zilliqa.
Переваги шардингу блокчейну
Сегментація має безліч позитивних наслідків. Насамперед стає легше масштабувати блокчейн, його здатність до розширення практично не обмежується, що приводить до більшої продуктивності. Під час шардингу кожен новий комп’ютерний вузол, який підключається до мережі, не стає додатковим навантаженням для реєстру, а навпаки, спрощує його роботу. Загалом блокчейн може поглинати набагато більше інформації, якщо в ньому практикується шардинг.
Це сприяє появі наступної основної переваги — для запуску ноди не потрібне потужне обладнання. Цей процес стає набагато простішим, оскільки вистачить потужності навіть персонального комп’ютера.
Наслідком цієї характеристики є наступне: до забезпечення блокчейну може приєднатися більше користувачів, на ньому можна запустити більше децентралізованих додатків.
Зрештою розподіл обов’язків у мережі знижує затримку обробки транзакцій, збільшує кількість угод за секунду та скорочує розмір комісій. Блокчейн стає легшим, рухливішим і рентабельнішим.
Небезпеки шардингу
Всі наведені вигоди сегментування не виключають наявність небезпек, що пов’язані з його застосуванням.
Як зазначалося вище, саме специфічна особливість блокчейну зберігати всю історію транзакцій та витрачати обчислювальну потужність на обробку однієї й тієї ж інформації на різних вузлах забезпечує його децентралізацію та безпеку.
Коли блокчейн розділений на різні сегменти кожен зі своїми даними, а запуск вузла не потребує значних зусиль, хакерам простіше атакувати його. Набагато легше взяти під контроль певний шард, ніж 51% мережі. Якщо окремий сегмент почне надсилати шкідливі транзакції, то під загрозою може опинитися весь розподілений реєстр.
Втім, важливо розуміти, що ризик злому зберігається за будь-яких умов, навіть якщо блокчейн якісно захищений.
Чи є шардинг у блокчейні Ethereum?
Насправді розробники Ethereum почали замислюватися про шардинг, як тільки з’явився їх блокчейн. Зараз, коли він є другим за розміром розподіленим реєстром, це є обов’язковим кроком для запобігання перевантаженню мережі. Тому шардинг є частиною плану оновлень Ethereum.
До того ж, частково він уже функціонує у мережі. Не всі про це знають, але сегментування застосовується в одному з його другорядних ланцюжків під назвою Beacon Chain. Саме з його допомогою блокчейн вдало перейшов на алгоритм консенсусу Proof-of-Stake. Мережа відповідає за обробку перехресних посилань, сховище, підтримує систему валідаторів. Можна стверджувати, що вона є опорою основного блокчейну.
Згідно з дорожньою картою Ethereum, повноцінний розподіл мережі на сегменти має відбутися до кінця 2023 року. Розробники блокчейну навіть мають своє вирішення проблеми зайвої вразливості. Вони пропонують рандомно розподіляти валідатори у незалежні частини блокчейну і постійно змінювати їх розташування та обов’язки. Через це зловмисникам буде важко зорієнтуватися в системі та зашкодити інфраструктурі.
Зрештою шардинг — це не найгірше рішення у випадку Ethereum. Згідно з оглядачем Etherscan, повні ноди Ethereum важать близько 5 терабайтів, це у 10 разів перевищує місткість домашнього комп’ютера. Зі збільшенням кількості користувачів комп’ютерні вузли ставатимуть ще більш важкими, що ускладнюватиме їх запуск.
Без поділу блокчейну на сегменти з окремим набором даних складно досягти масштабування, не вдаючись до використання сайдчейнів і рішень другого рівня, що працюють над основною мережею.
