Шардинг: как работает и зачем нужен
На раннем этапе развития блокчейн-технологий приоритет отдавался безопасности и энергоэффективности, тогда как вопрос масштабируемости оставался на втором плане. На старте никто не мог с уверенностью сказать, приживётся ли технология вообще. Но по мере роста интереса к блокчейнам и криптовалютам стало очевидно: без масштабирования сетей и снижения комиссий о глобальном распространении говорить не приходится.
В этой статье на понятных примерах разберем один из ключевых методов масштабирования блокчейнов — шардинг.
Что такое шардинг
Шардинг — это разделение блокчейна на несколько независимых участков (шардов), каждый из которых обрабатывает часть транзакции. Термин происходит от английского слова shard, что означает «осколок» или «фрагмент».
Блокчейн разбивается на независимые сегменты, за каждым из которых закрепляется определённая группа узлов. Такой подход упрощает задачу: вместо контроля всей цепочки, ноды отвечают лишь за свой участок, что снижает нагрузку и повышает эффективность работы сети.
Концепция разделения обработки данных зародилась ещё в ранние годы развития вычислительной техники, так что идея не нова. До появления блокчейнов шардинг активно использовался в традиционных базах данных для распределения нагрузки между серверами.
Как работает шардинг
Представьте: в блокчейн-сети работают 300 валидаторов. Сеть может разделить их на две группы по 150 человек. Эти группы — два шарда — будут обрабатывать транзакции параллельно и независимо друг от друга. В итоге сеть справляется с задачами в два раза быстрее, при этом сохраняет уровень безопасности и децентрализации.
Каждый шард создаёт свои блоки и записывает их в собственную цепочку, а для связи с остальной сетью использует специальные механизмы синхронизации.
Чтобы понять, как работает шардинг, рассмотрим аналогию с экзаменами.
Обычный блокчейн (без шардинга)
Есть 100 преподавателей и 10 000 студентов. Из всех преподавателей случайным образом выбираются 10 человек, чтобы провести экзамен для 100 студентов. Затем выбирается новая группа экзаменаторов — и так продолжается, пока не будут проверены все.
Блокчейн с шардингом
В этой модели 100 преподавателей делятся на 10 групп по 10 человек. Каждая группа параллельно принимает экзамены у своей тысячи студентов в разных аудиториях. Кто и к каким преподавателям попадёт — определяется случайным образом.
Процесс ускоряется в 10 раз, при этом объективность сохраняется: каждый экзамен по-прежнему проверяется коллективно — группой из 10 преподавателей. Так же, как и в блокчейне с шардингом, система остаётся децентрализованной и надёжной, но работает гораздо быстрее.
Статический vs. динамический шардинг: в чём разница
В статической модели количество шардов (групп, обрабатывающих транзакции) заранее определено и не меняется в зависимости от текущей нагрузки.
Представьте 10 экзаменационных аудиторий, каждая укомплектована командой из 10 преподавателей — именно эти аудитории и есть шарды. Независимо от того, 10 000 или 100 000 студентов, система не добавляет новых аудиторий, а просто распределяет всех по тем же 10.
В итоге преподаватели работают коллективно и независимо друг от друга, но время на обработку всех студентов растёт прямо пропорционально увеличению числа экзаменуемых.
В динамическом шардинге система гибко адаптируется под нагрузку. Если студентов становится 1 000 000, преподаватели делятся не на 10, а на 100 групп. Скорость обработки сохраняется, однако теперь преподаватель может оценивать студентов индивидуально. Это ускоряет процесс, но снижает уровень независимости и может привести к злоупотреблениям.
Чтобы избежать таких проблем в блокчейне, при увеличении числа шардов важно одновременно повышать количество валидаторов. Иначе страдает качество децентрализации и безопасность сети.
Как взаимодействуют шарды между собой
Чтобы наглядно объяснить ещё одну важную особенность шардинга — проблему взаимодействия между сегментами, усложним нашу аналогию.
Представьте, что экзамен — это совместный диплом двух студентов. Они работали над проектом вместе , но защищают его в разное время и в разных аудиториях. При этом результат должен быть общий — одна оценка на двоих.
В централизованной системе, где все преподаватели пользуются общей ведомостью , легко проверить: защищался ли проект и какую оценку получил. Но в шардинговой модели каждая группа преподавателей работает со своей изолированной ведомостью и не имеет доступа к данным других групп в реальном времени.
Это создаёт серьёзную техническую задачу — как обеспечить быструю и надёжную передачу информации между разными сегментами сети. Без эффективного взаимодействия могут возникать ошибки, дублирование данных или даже противоречия в результатах. Для решения этой проблемы нужны сложные механизмы межшардовой коммуникации.
Зачем нужен шардинг
Преимущества внедрения технологии шардинга:
- Повышение производительности. Обработка транзакций распределяется между разными группами узлов — шардами. Каждый узел отвечает только за свою часть данных, что значительно снижает нагрузку на сеть и ускоряет выполнение операций.
- Снижение комиссий. Благодаря более эффективной обработке транзакций сокращаются издержки и использование блокчейна становится привлекательнее для пользователей.
- Устойчивость сети. Распределённая архитектура, обеспечиваемая шардингом, повышает устойчивость к сбоям и внешним атакам, обеспечивая стабильность и безопасность работы сети.
- Гибкость и масштабируемость. Особенно заметны в динамических системах: количество шардов автоматически меняется в зависимости от нагрузки — при увеличении транзакций сеть делится на большее число сегментов, а при снижении — объединяется. Это позволяет эффективно распределять ресурсы и сохранять высокую скорость обработки вне зависимости от активности пользователей.
- - -
BestChange в Telegram:
- - -
Приложение BestChange для смартфона: