Shardeum ve Dinamik Durum Parçalama: Parçalamanın Diğer Bir Olasılığı

15 Eylül 2022'de, Ethereum uzun zamandır beklenen birleşimi (Merge) tamamladı. Bu, Ethereum'un 5 yıl boyunca hazırlandığı ve 6 kez ertelediği tarihi bir an. Sürekli hata ayıklama ve uzun süreli geliştirme nedeniyle, birçok insan birleşimin doğal olarak daha yüksek ölçeklenebilirlik, güvenlik ve sürdürülebilirlik getireceğini düşündü, ancak durum böyle değil. PoW'dan PoS'a geçiş, sadece rayları ve tekerlekleri değiştirmekle kalır, doğrudan daha hızlı hız, daha büyük kapasite veya daha düşük maliyetler sağlamaz. Bunu gerçekten gerçekleştirebilecek olan, parçalama yeteneğine sahip ana ağ ile artırılmış ölçeklenebilirlik sunan Layer2 çözümlerinin bir bütünüdür.

Ethereum kurucusu Vitalik Buterin'in belirttiği gibi, parçalama, ölçeklenebilirlik üçlemesinin altında bir ölçeklendirme çözümüdür; ağdaki düğümleri daha küçük gruplara ayırarak farklı işlem setlerini işleyip paralel işleme olanak tanır. Ağ genelinde toplanması gereken büyük veri yükünü hafifleterek, süpermarkette alışveriş yaparken, birkaç ayrı kasada ödeme yaparak bekleme süresini görsel olarak azaltmak ve ödeme verimliliğini artırmak gibidir.

Bu, parçalamanın mantığıdır, doğrudan ve basit, ancak şeytan ayrıntılardadır. İlkeler ve yönler doğru, ancak uygulamada her zaman birçok sorunla karşılaşılır. Bu makale, "parçalama" yolundaki yönü ve tuzakları düzene koyarak, yıldızlara bakan ve ayakları yere basan bir parçalama kaşifleri haritası çizmeyi amaçlamaktadır. Aynı zamanda mevcut parçalama çözümlerini karşılaştırarak bazı ortak sorunlar bulmayı ve uygulanabilir bir keşif yönü önermeyi hedeflemektedir: Shardeum ve dinamik parçalama.

Bir, "Parçalama" Hakkında

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

Dikey Ölçekleme (: Mevcut donanımın performansını artırarak gerçekleştirilir. Her bir düğümün süper hesaplama kapasitesine sahip olduğu merkeziyetsiz bir ağ oluşturmak, yani her düğümün "daha iyi" donanıma ihtiyaç duyması gerekir. Bu yöntem basit ve etkili olup, özellikle yüksek frekanslı ticaret, oyun ve gecikmeye duyarlı diğer uygulama senaryoları için ilk aşamada bir iyileşme sağlayabilir. Ancak, bu ölçekleme yöntemi, doğrulama düğümleri veya tam düğüm çalıştırmanın maliyetinin artması nedeniyle ağın merkeziyetsizlik seviyesini sınırlayacaktır. Merkeziyetsizlik seviyesinin korunması, hesaplama donanımının performansındaki genel büyüme hızına bağlıdır ) işte bu "Moore Yasası" olarak bilinir: Çip üzerindeki transistor sayısı her iki yılda bir iki katına çıkar ve hesaplama maliyeti yarıya iner (.

Horisontal Ölçeklenebilirlik ) Horizontal Scaling (: Horisontal ölçeklenebilirlik genellikle birkaç düşünceye sahiptir. Birincisi, blok zinciri bağlamında, belirli bir ekosistem içindeki işlem hesaplama yükünü birden fazla bağımsız blok zincirine dağıtmaktır; her bir zincir kendi blok üreticisine ve yürütme yeteneğine sahiptir. Bu yöntem, her bir zincirin yürütme katmanını tam olarak özelleştirmeyi sağlar; örneğin, düğüm donanım gereksinimleri, gizlilik işlevleri, gas ücretleri, sanal makineler ve izin ayarları gibi. Diğer bir horisontal ölçeklenebilirlik çözümü, blok zincirinin altyapısını yürütme katmanı, veri kullanılabilirliği katmanı ) DA ( ve konsensüs katmanına ayıran modüler blok zincirlerdir. En yaygın blok zinciri modüler mekanizması rollup'tır. Ayrıca, bir blok zincirini birçok parçaya ayırıp paralel olarak yürütmek de mümkündür. Her bir parça, bir blok zinciri olarak düşünülebilir; yani birçok blok zinciri paralel olarak yürütülebilir. Ek olarak, genellikle tüm parçaları senkronize tutmak için tek bir ana zincir bulunur.

Belirtilmelidir ki, yukarıdaki genişleme yaklaşımları birbirinden bağımsız değildir; her bir çözüm, imkansız üçgende bir denge noktası bulmakta, sistemdeki ekonomik güçlerin yarattığı teşvik mekanizması tasarımıyla makro ve mikro düzeyde etkili bir denge sağlamaktadır.

"Parçalama" hakkında konuşmak için, her şeyi baştan düzene koymamız gerekiyor.

Hala böyle bir senaryoyu varsayalım, süpermarkette alışveriş kasasında, kasada işlem verimliliğini artırmak ve müşteri bekleme süresini azaltmak için, tek bir kasa kanalından 10 kasa penceresine genişliyoruz, hesap hatalarını önlemek için, bu noktada ortak kurallar belirlememiz gerekiyor:

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

İkincisi, eğer 1000 müşteri sırada bekliyorsa, her bir müşterinin hangi pencereden ödeme yapacağını nasıl belirleyeceğiz?

Üçüncüsü, bu 10 pencereye karşılık gelen 10 ayrı defteri nasıl özetleyeceğiz?

Dördüncü olarak, muhasebe uyumsuzluğunun önlenmesi için kasiyerlerin hata yapmasını nasıl engelleyebiliriz?

Bu birkaç soru aslında parçalama içindeki birkaç anahtar soruya karşılık geliyor, sırasıyla:

Tüm ağın düğümlerinin/validatorlerinin hangi parçalama grubuna ait olduğunu nasıl belirleyebiliriz? Yani: )Ağ Parçalama(;

Her bir işlemin hangi parçalamaya atanacağını nasıl belirleyebiliriz? Yani: nasıl işlem parçalama)Transaction Sharding(;

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

Karmaşıklık risk anlamına gelir, tüm bunların ışığında, sistemin güvenliğinin parçalanmasını nasıl önleyebiliriz?

![Bin kelimelerle yeni halka Shardeum: Parçalamanın bir başka olasılığı])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-7aa1677db6b8128b68accfe04fcda738.webp(

) 01 Ağ Parçalama ###Network Sharding (

Eğer blok zincirini basitçe merkeziyetsiz bir defter olarak anlıyorsak, hem PoS hem de PoW konsensüs mekanizmaları, her bir düğümün belirli bir kural setine göre hesap defteri hakkını kazanmak için mücadele etmesini sağlamak içindir ve bu süreçte defterin doğruluğunu garanti eder. Ağ parçalama ise, blok zinciri ağını parçalamak için başka bir belirli kurala ihtiyaç duyulması demektir. Düğümler arası iletişimi mümkün olduğunca azaltarak, her bir parçanın zincir üzerindeki işlemleri işlemesi ve defter hakkını kazanması - yani, düğümlerin gruplama kuralı.

Bu süreçte karşılaşılan sorun, blok zincirinin içindeki düğümlerin farklı parçalar halinde bölünmesiyle birlikte, saldırganların zorluk ve maliyetinin doğrudan düşmesidir. Farz edelim ki bu gruplandırma sürecinin kuralları ve sonuçları sabit ve öngörülebilir; o zaman bir saldırganın tüm blok zinciri ağını kontrol etmek istemesi durumunda, yalnızca bir parçayı hedef alarak, o parçanın içindeki bazı düğümleri satın alması yeterlidir.

Bir kamu blok zinciri kurucusu bu sorunu şöyle tanımladı: Eğer X kadar doğrulayıcıya sahip tek bir zincir, 10 parçaya ayrılmaya karar verirse ve X doğrulayıcıyı 10 parçaya bölerse, her parçada şimdi sadece X/10 kadar doğrulayıcı olur, bir parçayı yok etmek için sadece toplam doğrulayıcı sayısının %5.1'ini yok etmek gerekir. Bu, ikinci noktayı gündeme getiriyor: Her parça için doğrulayıcıları kim seçecek? Eğer tüm bu %5.1'lik doğrulayıcılar aynı parçanın içindeyse, %5.1'lik doğrulayıcıları kontrol etmek zararlıdır. Eğer doğrulayıcılar hangi parçanın içinde doğrulama yapacaklarını seçemezlerse, %5.1'lik doğrulayıcıların katılımcılarının tüm doğrulayıcıları aynı parçanın içine yerleştirmesi son derece olası değildir ve bu, sistemin yok edilme kapasitesini büyük ölçüde azaltır.

Parçalama sistemi, ağın dışarıdan gelen parçalamalardan bu işlemleri geri döndürmeyeceğine dair bir güven mekanizması geliştirmelidir. Bugüne kadar, en iyi cevaplardan biri, parçalama içinde doğrulayıcı sayısının belirli bir minimum eşik değerinin üzerinde olmasını sağlamaktır; böylece dürüst olmayan doğrulayıcıların tek bir parçalamayı aşma olasılığı çok düşük olacaktır. En yaygın yöntem, belirli bir ölçüde önyargısız rastgelelik oluşturarak, matematiksel yöntemlere dayanarak, saldırganın başarı olasılığını en aza indirmektir. Örneğin, Ethereum'un çözümü, tüm doğrulayıcılardan rastgele bir parçalama doğrulayıcısı seçmek ve her 6.4 dakikada bir ) bir epoch uzunluğu ( ile doğrulayıcıları değiştirmektir.

Basitçe söylemek gerekirse, düğümleri rastgele gruplara ayırmak ve ardından işleri her grup düğümüne bağımsız olarak doğrulaması için atamaktır.

Ancak belirtmek gerekir ki, blok zincirindeki rastgelelik oldukça zorlayıcı bir konudur; mantıken, bu rastgele sayının üretim süreci herhangi bir belirli parçalamanın hesaplamasına dayanmalıdır. Bu hesaplama için mevcut birçok tasarım fikri, 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 adlandırılmaktadır.

![Binlerce Kelimeyle Yeni Kamu Zinciri Shardeum: Parçalamanın Diğer Bir Olasılığı])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-6e8d3331d7d68cb512eb2eb47bd9064d.webp(

) 02 İşlem Parçalama (Transaction Sharding )

İşlem parçalama, "hangi işlemlerin hangi parçalara atanacağı" ile ilgili kuralların belirlenmesini ifade eder; böylece hem paralel işleme amacına ulaşabilir hem de çift harcama sorununu önleyebilir. Blok zincirinin defter modelinin farklılığı, işlem parçalama geliştirmesini etkileyebilir.

Şu anda blok zinciri ağında iki tür defter tutma yöntemi bulunmaktadır, biri UTXO###Kullanılmamış İşlem Çıktıları, diğeri ise hesap/bakiye modelidir, birincisinin tipik temsilcisi BTC, ikincisi ise ETH'dir.

UTXO modeli: BTC işlemlerinde, her bir işlem bir veya birden fazla çıktıya sahip olur, UTXO henüz harcanmamış blok zinciri işlem çıktısını ifade eder, yeni işlemlerin girişi olarak kullanılabilir, harcanmış işlem çıktıları ise tekrar harcanamaz, kağıt para işlemlerindeki ödeme ve bozdurma durumuna benzer, müşteri bir veya daha fazla kağıt parayı dükkâna öder, dükkân 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 çıktıyı içerebilir, hesap kavramı yoktur ve bakiye kaydı da bulunmaz, olası bir yol şudur: işlemin belirli bir girdi değerine göre, verinin hangi parçaya gitmesi gerektiğini belirlemek için bir hash fonksiyonu ile işlenmiş ayrık bir hash değeri oluşturmak.

Girişlerin tutarlı bir şekilde doğru parçalamaya yerleştirildiğinden emin olmak için, hash fonksiyonuna girilen değerlerin aynı sütundan gelmesi gerekir. Bu sütuna Shard Key denir. Ardından, 1 değeri üreten işlemler parça 1'e, 2 değeri üreten işlemler parça 2'ye yerleştirilir. Ancak bu yöntemin dezavantajı, çift harcama saldırılarını önlemek için parçaların arasında iletişim kurmak zorunda kalmasıdır. Parçalar arası işlemleri kısıtlamak, platformun kullanılabilirliğini sınırlarken, parçalar arası işlemlere izin vermek, parçalar arası iletişim maliyetleri ile performans artışının getirdiği faydalar arasında bir denge kurmayı gerektirir.

Hesap/Bakiye Modeli: Sistem her hesabın bakiyesini kaydeder, işlem yapıldığında sistem hesabın ödeme için yeterli bakiyeye sahip olup olmadığını kontrol eder, bankanın her hesabın bakiyesini kaydettiği banka havalesine benzer; yalnızca hesap bakiyesi gereken transfer tutarından büyük olduğunda işlem gerçekleşebilir. Hesap/bakiye modelinde, bir işlem yalnızca bir girdi içerdiği için, işlemi gönderici adresine göre parçalayarak aynı hesabın birden fazla işleminin aynı parçalama içinde işlenmesini sağlamak mümkündür, bu da çift harcama durumunu etkin bir şekilde önler. Bu nedenle, parçalama teknolojisini benimseyen çoğu blok zinciri, Ethereum gibi bir hesap defteri sistemi kullanmaktadır.

( 03 Durum Parçalama )State Sharding (

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

Hala süpermarketimizdeki kuyruk örneğini kullanıyoruz, her pencerede bir hesap var, onların defteri nasıl kaydediyor? Eğer: Müşteri hangi sıraya girecekse, o hesabı kaydediyor, örneğin A müşterisi A penceresine gitti, o zaman ertesi gün bu müşteri başka bir ödeme penceresine, örneğin B penceresine gittiğinde, B penceresinin bu müşterinin geçmiş hesap bilgileri ) olmadığında, örneğin bir değer kartı gibi ödeme yöntemleri ### ile ilgiliyse, ne yapılmalı? A penceresinden bu müşterinin hesap bilgilerini çağırmak mı?

Durum parçalama, parçalamanın en büyük zorluğudur ve yukarıda bahsedilen ağ parçalama ve işlem parçalamadan daha karmaşıktır. Çünkü parçalama mekanizması altında, işlemler adreslere göre farklı parçalarda işlenir, yani durum yalnızca ait olduğu parçanın içinde saklanır. Bu durumda karşılaşılan bir sorun, işlemlerin yalnızca bir parçada gerçekleşmeyecek olmasıdır; sık sık parçalar arası (Cross-Sharding) ile ilgili olacaktır.

A hesabının B hesabına 10U transfer ettiği bir durumu düşünün, A'nın adresi Parçalama 1'de tahsis edilmiş, işlemin kaydı da Parçalama 1'de saklanacaktır. B'nin adresi Parçalama 2'de tahsis edilmiş, işlemin kaydı ise Parçalama 2'de saklanacaktır.

A, B'ye para göndermek istediğinde, bu bir çapraz parçalama işlemi oluşturur. Parçalama 2, geçmiş işlem kayıtlarını doğrulamak için parçalama 1'e çağrı yapar. Eğer A, B'ye sık sık para gönderirse, parçalama 2 sürekli olarak parçalama 1 ile etkileşimde bulunmak zorunda kalır ve bu da işlem işleme verimliliğini azaltır. Ancak, indirilip doğrulanmazsa...