شاردینگ اتریوم چیست؟ نقش کلیدی Sharding در اتریوم 2.0

مقیاس‌ پذیری یکی از چالش‌های اساسی بلاکچین‌ها، به‌ویژه اتریوم، در مسیر پذیرش گسترده و کاربردهای واقعی آن است. با افزایش کاربران و تراکنش‌ها، شبکه‌های بلاکچینی مانند اتریوم با مشکلاتی مانند کندی در پردازش و افزایش کارمزدها مواجه می‌شوند. برای حل این مشکل، راهکارهای مختلفی پیشنهاد شده که یکی از مهم‌ترین و بنیادی‌ترین آن‌ها، شاردینگ (Sharding) است. شاردینگ به‌عنوان یک فناوری پیشرفته، ساختار شبکه را به بخش‌های کوچک‌تر و مستقل تقسیم می‌کند تا بار پردازشی به‌صورت توزیع‌ شده مدیریت شود. در این مقاله قصد داریم به‌زبان ساده و جامع، با مفهوم شاردینگ اتریوم چیست آشنا شویم، نحوه عملکرد آن را بررسی کنیم و ببینیم که چگونه می‌تواند آینده اتریوم را متحول کند. 

شاردینگ اتریوم چیست؟

شاردینگ اتریوم چیست؟ این سؤال زمانی مطرح می‌شود که به دنبال راه‌حلی برای کاهش فشار بر شبکه اتریوم و افزایش سرعت پردازش تراکنش‌ها باشید. شاردینگ در واقع یک روش تقسیم‌ بندی دقیق برای مدیریت بهتر داده‌ها و پردازش‌ها در شبکه بلاکچین است. به‌جای اینکه همه نودهای شبکه تمام اطلاعات را بررسی و ذخیره کنند، در شاردینگ، داده‌ها به بخش‌هایی کوچک‌تر به نام شارد (Shard) تقسیم می‌شوند و هر بخش به‌صورت موازی توسط گروهی از نودها پردازش می‌شود.

تاریخچه شاردینگ

تاریخچه شاردینگ به فضای فناوری اطلاعات و پایگاه‌های داده باز می‌گردد، جایی که نیاز به مدیریت موثر حجم‌های بزرگ داده باعث شد این تکنیک شکل بگیرد. از دهه 90 میلادی، شرکت‌ها و توسعه‌ دهندگان نرم‌افزار برای بهبود عملکرد سیستم‌ها و کاهش فشار بر سرورهای مرکزی، شروع به تقسیم داده‌ها به بخش‌های کوچک‌تر و مستقل کردند. این رویکرد به‌ویژه در بازی‌های آنلاین بزرگ مانند Ultima Online کاربرد داشت، جایی که کاربران به‌منظور جلوگیری از تراکم در سرورهای اصلی، به گروه‌های جداگانه در سرورهای مختلف تقسیم می‌شدند.

شاردینگ چگونه کار میکند؟

شاردینگ یکی از پیشرفته‌ترین راهکارهای مقیاس‌پذیری در بلاکچین است که با تقسیم‌ کردن شبکه به بخش‌های کوچک‌تر، بار پردازشی را میان نودها توزیع می‌کند. به‌جای آنکه هر نود در شبکه مجبور باشد کل داده‌های بلاکچین را ذخیره و بررسی کند، تنها بخشی از داده‌ها که به آن مرتبط است پردازش می‌شود. برای درک بهتر نحوه عملکرد شاردینگ، بیایید مراحل کلیدی آن را مرور کنیم:

• تقسیم شبکه به شاردهای مجزا
  
• اختصاص نودها به شاردهای خاص
  
• پردازش موازی تراکنش‌ ها در هر شارد
  
• نگهداری داده‌ها به‌صورت مستقل در هر شارد
  
• امکان افزودن شاردهای جدید با افزایش کاربران

تقسیم شبکه به شاردهای مجزا

در اولین مرحله از فرآیند شاردینگ، کل شبکه بلاکچین به چندین بخش کوچک‌تر تقسیم می‌شود که به هرکدام از آن‌ها (شارد) گفته می‌شود. این شاردها مانند پایگاه‌های داده مستقل عمل می‌کنند و مسئولیت نگهداری، پردازش و مدیریت مجموعه‌ای مشخص از اطلاعات را بر عهده دارند. هر شارد می‌تواند داده‌های تراکنش‌ها، قراردادهای هوشمند و وضعیت حساب کاربران خاصی را در خود نگهداری کند.

اختصاص نودها به شاردهای خاص

پس از تقسیم شبکه به شاردهای مستقل، نودها یا گره‌های شبکه نیز به شاردهای خاصی اختصاص می‌یابند. به‌جای آنکه هر نود مجبور باشد کل تاریخچه بلاکچین را ذخیره و پردازش کند، تنها داده‌های مرتبط با شارد مربوط به خودش را بررسی می‌کند. این اقدام باعث می‌شود منابع سخت‌ افزاری مانند رم و پردازنده بهینه‌تر استفاده شوند و فشار کاری نودها کاهش یابد.

پردازش موازی تراکنش‌ ها در هر شارد

یکی از مهم‌ترین مزایای شاردینگ، امکان انجام پردازش موازی است. با تقسیم تراکنش‌ها بین شاردهای مختلف، هر شارد می‌تواند به‌طور مستقل و همزمان تراکنش‌های خود را پردازش کند. این یعنی دیگر محدود به مدل سنتی اجرای خطی تراکنش‌ها نخواهیم بود. به‌جای انتظار برای پایان پردازش یک تراکنش قبل از آغاز دیگری، چندین تراکنش در شاردهای مختلف می‌توانند به‌صورت موازی تایید شوند. 

نگهداری داده‌ ها به‌ صورت مستقل در هر شارد

در ساختار شاردینگ، هر شارد پایگاه داده مخصوص به خود را دارد که شامل اطلاعات کامل کاربران آن شارد است. این اطلاعات می‌تواند شامل موجودی حساب‌ها، وضعیت قراردادهای هوشمند، تاریخچه تراکنش‌ها و سایر داده‌های مرتبط باشد. از آنجا که هر نود تنها با داده‌های شارد خود سروکار دارد، حجم ذخیره‌ سازی مورد نیاز کاهش یافته و سرعت پردازش نیز بالا می‌رود.

امکان افزودن شاردهای جدید با افزایش کاربران

یکی از ویژگی‌های مهم شاردینگ این است که شبکه می‌تواند به‌طور دینامیک با رشد کاربران و تراکنش‌ها، خود را گسترش دهد. هر زمان که حجم فعالیت‌ها در شبکه افزایش یابد، می‌توان شاردهای جدیدی به شبکه اضافه کرد تا بار اضافی را مدیریت کنند. این موضوع باعث می‌شود که شبکه بلاکچین در مواجهه با افزایش تقاضا، دچار کندی یا اشباع نشود و همچنان روان و مقیاس‌پذیر باقی بماند. این ویژگی مخصوصا برای پروژه‌های بزرگ و پرکاربرد  اتریوم بسیار حیاتی است، زیرا تضمین می‌کند که شبکه در طول زمان پاسخگوی نیاز کاربران باقی بماند.

دیپ شاردینگ چیست؟

دیپ شاردینگ یا شاردینگ عمیق به مکانیزمی گفته می‌شود که در آن، شاردهای اولیه‌ی یک بلاکچین خود نیز دوباره به بخش‌های کوچک‌تر تقسیم می‌شوند. این ساختار تو در تو زمانی ضرورت پیدا می‌کند که حتی پس از اجرای شاردینگ اولیه، میزان داده‌ها یا تراکنش‌ها در هر شارد به‌ قدری افزایش یابد که دوباره منجر به ازدحام یا کاهش کارایی شود. 

با اعمال دیپ شاردینگ، شبکه به شکل چندلایه‌ای سازمان‌ دهی می‌شود و مقیاس‌ پذیری آن تا چند برابر بهبود پیدا می‌کند. این روش برای بلاکچین‌هایی که به دنبال پشتیبانی از میلیون‌ها کاربر و تراکنش در مقیاس جهانی هستند، گزینه‌ای ضروری و آینده‌ نگرانه محسوب می‌شود.

ادغام شاردینگ اتریوم چیست؟

ادغام شاردینگ در اتریوم، یکی از تحولات بنیادی در مسیر ارتقای این شبکه به نسخه‌ای مقیاس‌ پذیرتر، کارآمدتر و ایمن‌تر است. این مکانیزم در ادامه برنامه‌های توسعه‌ای اتریوم 2.0 انجام شد که هدف اصلی آن، جایگزینی سیستم اثبات کار (PoW) با اثبات سهام (PoS) و آماده‌ سازی زیرساخت شبکه برای اجرای شاردینگ است. در این ساختار جدید، اتریوم دیگر به‌عنوان یک زنجیره واحد عمل نمی‌کند، بلکه به مجموعه‌ای از زنجیره‌های خرد یا شارد تقسیم می‌شود که به‌ طور موازی با یکدیگر فعالیت دارند.

• انتقال از اثبات کار به اثبات سهام
  
• نقش Beacon Chain در ساختار جدید
  
• تقسیم بار پردازشی میان شاردها
  
• انتخاب تصادفی اعتبار سنج‌ ها
  
• افزایش امنیت و مقیاس‌ پذیری شبکه

انتقال از اثبات کار به اثبات سهام

اتریوم با هدف کاهش مصرف انرژی و بهبود امنیت شبکه، مکانیسم اجماع خود را از مدل سنتی و پرهزینه اثبات کار (PoW) به مدل کارآمد اثبات سهام (PoS) تغییر داد. این تحول زمینه‌ساز اجرای شاردینگ شد، زیرا در سیستم PoS، اعتبارسنج‌ها (Validators) می‌توانند به‌صورت موثر در شبکه‌های خرد فعالیت کنند و دیگر نیازی به اجرای تمام عملیات شبکه توسط هر نود وجود ندارد.

نقش Beacon Chain در ساختار جدید

Beacon Chain یک زنجیره مستقل و پایه‌ای بود که برای هماهنگی فعالیت اعتبارسنج‌ها در سیستم PoS طراحی شد. پس از ادغام، این زنجیره به‌عنوان ستون فقرات ساختار جدید اتریوم عمل می‌کند و هماهنگی میان تمام شاردها را برعهده دارد. به‌نوعی، Beacon Chain سیستم مرکزی زمان‌ بندی و مدیریت اعتبارسنجی در تمام شبکه است.

تقسیم بار پردازشی میان شاردها

با فعال‌ سازی proto-danksharding (از Dencun در مارس ۲۰۲۴)، شبکه اتریوم از data sharding با بلاب‌ها استفاده می‌کند، اما full sharding با ۶۴ شارد هنوز در مرحله توسعه است و اجرا نشده است. هر شارد مسئول پردازش بخشی از تراکنش‌ها و قراردادهای هوشمند است. این رویکرد باعث می‌شود که پردازش تراکنش‌ها به‌صورت موازی و در چند مسیر انجام شود، که این مسئله سرعت و مقیاس‌ پذیری را به‌طور چشمگیری افزایش می‌دهد.

انتخاب تصادفی اعتبار سنج‌ ها

برای جلوگیری از تمرکز قدرت و افزایش امنیت شبکه، اعتبارسنج‌ها به‌صورت تصادفی به شاردهای مختلف اختصاص داده می‌شوند. این انتخاب تصادفی باعث می‌شود حملات هدفمند به یک شارد خاص، عملا غیرقابل‌ پیش‌ بینی و بسیار سخت شود. این روش از ساختارهای سنتی امن‌تر بوده و ریسک نفوذ یا خرابکاری را به حداقل می‌رساند.

افزایش امنیت و مقیاس‌ پذیری شبکه

ادغام شاردینگ و اثبات سهام باعث شده تا اتریوم وارد مرحله‌ای شود که بتواند به‌راحتی با سیستم‌های پرداخت متمرکز رقابت کند. افزایش ظرفیت پردازش، کاهش بار تراکنشی، مصرف کمتر انرژی و پایداری بیشتر، همگی از نتایج این تحول ساختاری هستند. به‌علاوه، ساختار توزیع‌ شده جدید، اتریوم را در برابر حملات احتمالی مقاوم‌تر کرده است.

زبان برنامه نویسی اتریوم چیست؟

زبان برنامه‌نویسی اتریوم عمدتا به زبان سالیدیتی (Solidity) اشاره دارد که به‌عنوان زبان اصلی برای نوشتن قراردادهای هوشمند در این شبکه استفاده می‌شود. سالیدیتی یک زبان سطح بالا، شی‌ء‌گرا و مشابه جاوا اسکریپت است که به‌طور خاص برای پلتفرم اتریوم طراحی شده تا بتواند قراردادهایی را ایجاد کند که روی ماشین مجازی اتریوم (EVM) اجرا شوند. این زبان به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد تا منطق برنامه‌ غیر متمرکز (dApps) را به‌شکلی دقیق، قابل‌ اتکا و اتوماتیک تعریف کنند و تعاملات مالی یا حقوقی را بدون نیاز به واسطه اجرا نمایند.

تاثیر به‌ روزرسانی دنکان (Dencun) بر شاردینگ اتریوم چیست؟

به‌روزرسانی دنکان یکی از پیشرفت‌های کلیدی در مسیر توسعه بلند مدت اتریوم به‌حساب می‌آید که نه‌ تنها روی بهبود عملکرد کلی شبکه اثر گذار است، بلکه نقش قابل‌ توجهی در بهینه‌ سازی فرآیند شاردینگ نیز ایفا می‌کند. این به‌روزرسانی با معرفی ویژگی‌هایی مثل ذخیره‌ سازی داده‌های موقت (proto-danksharding)، هزینه‌های کمتر برای انتقال داده و ارتقاء تعامل لایه‌های دوم با شبکه اصلی، زیرساخت لازم برای اجرای موثرتر شاردینگ در آینده را فراهم می‌سازد. 

• بهینه‌ سازی مسیر انتقال داده‌ ها بین شاردها و لایه‌ های دوم
  
• زمینه‌ سازی برای اجرای کامل danksharding
  
• کاهش هزینه‌ های ذخیره‌ سازی و پردازش در هر شارد
  
• افزایش ظرفیت عملیاتی شاردها
  
• ارتقا زیر ساخت برای اپلیکیشن‌ های مقیاس‌ پذیرتر

بهینه‌ سازی مسیر انتقال داده‌ ها بین شاردها و لایه‌ های دوم

دنکان با ساده‌تر کردن ارتباط میان لایه دوم و شبکه اصلی، تبادل اطلاعات بین شاردها و راه‌حل‌های مقیاس‌ پذیری را کارآمدتر می‌کند. این یعنی داده‌های تولید شده در شاردهای مختلف می‌توانند با هزینه کمتر و سرعت بالاتری در لایه‌های دوم پردازش یا ذخیره شوند.

 زمینه‌ سازی برای اجرای کامل danksharding

در دل به‌روزرسانی دنکان، مفهوم proto-danksharding قرار دارد که به‌نوعی نسخه ابتدایی و مقدماتی از danksharding واقعی است. این مرحله نقش حیاتی در آزمایش و پیاده‌سازی زیرساخت‌های لازم برای تقسیم کامل شبکه به ده‌ها شارد ایفا می‌کند. در واقع دنکان پیش‌زمینه‌ای است برای ورود به فاز نهایی شاردینگ پیشرفته در اتریوم.

کاهش هزینه‌ های ذخیره‌ سازی و پردازش در هر شارد

با استفاده از بلوک‌های داده موقتی (blobs)، شبکه می‌تواند داده‌ها را بدون نیاز به ذخیره‌سازی دائمی نگهداری کند. این کار باعث می‌شود بار پردازشی نودها در هر شارد کاهش یافته و اجرای قراردادهای هوشمند سریع‌تر و ارزان‌تر شود. در نتیجه، منابع شبکه به شکل بهینه‌تری مصرف می‌شوند.

افزایش ظرفیت عملیاتی شاردها

دنکان امکان افزایش چشمگیر در نرخ پردازش تراکنش‌ها را فراهم می‌سازد. با کاهش کارمزدها و افزایش throughput در لایه دوم‌ها، ظرفیت کلی شبکه به هزاران تا ۱۰۰,۰۰۰ تراکنش در ثانیه (با rollups) رسیده، هرچند full sharding هنوز اجرا نشده است. این باعث می‌شود شاردینگ به‌جای یک ایده تئوری، به ابزار واقعی مقیاس‌ پذیری تبدیل شود.

ارتقا زیر ساخت برای اپلیکیشن‌ های مقیاس‌ پذیرتر

با فراهم‌شدن بستر شاردینگ بهبود یافته از طریق دنکان، توسعه‌ دهندگان می‌توانند dAppهایی طراحی کنند که نیازمند پردازش بالا و ذخیره‌سازی سنگین هستند، بدون اینکه نگران هزینه یا سرعت شبکه باشند. این امکان مسیر را برای ایجاد پروژه‌های بزرگ‌تر و جدی‌تر هموار می‌کند.

مزایا و معایب شاردینگ اتریوم چیست؟

شاردینگ در اتریوم، به‌ویژه در نسخه فعلی که بیشتر با عنوان (شاردینگ داده) شناخته می‌شود، یکی از اجزای کلیدی در مسیر مقیاس‌ پذیری و تکامل بلاکچین اتریوم  است. به‌جای تقسیم اجرای تراکنش‌ها، درحال حاضر تمرکز روی ذخیره‌ سازی داده‌های موقتی برای لایه دوم است تا هزینه‌ها کاهش یافته و کارایی افزایش یابد. در ادامه، مهم‌ترین مزایا و معایب این نوع شاردینگ در اتریوم را بررسی می‌کنیم:

مزایای شاردینگ اتریوم چیست؟

شاردینگ داده در اتریوم، مزایای قابل‌ توجهی برای بهبود تجربه کاربران، توسعه‌ دهندگان و مقیاس‌پذیری کل شبکه به همراه دارد:

• کاهش کارمزد در لایه دوم: با انتقال داده‌های مربوط به رول‌ آپ‌ها به بلاب‌های موقتی و خارج از فضای تراکنش‌های اصلی، هزینه‌های ذخیره‌ سازی کاهش یافته و کاربران لایه دوم با کارمزدهای بسیار پایین‌تری مواجه می‌شوند.
• افزایش ظرفیت داده و عملکرد شبکه: اضافه شدن تعداد بیشتری بلاب در هر بلاک باعث می‌شود رول‌ آپ‌ها فضای بیشتری برای درج داده داشته باشند که به افزایش نرخ تراکنش‌ها و بهبود مقیاس‌پذیری منجر می‌شود.
  
• کاهش بار نودها با حفظ امنیت: با استفاده از تکنیکی به‌نام نمونه‌ برداری در دسترس بودن داده (DAS)، نودها بدون نیاز به دانلود کل داده، می‌توانند تنها بخش‌های تصادفی را بررسی کرده و همچنان در اعتبارسنجی شبکه مشارکت کنند.
• مدیریت بهتر منابع ذخیره‌سازی: چون داده‌های بلاب موقتی هستند و پس از مدت مشخصی حذف می‌شوند، فشار بلند مدت بر ذخیره‌ سازی لایه اول کاهش یافته و نگهداری داده‌ها در سطح شبکه سبک‌تر می‌شود.
• پیشروی منطبق با نقشه‌راه اتریوم: انتخاب شاردینگ داده به‌جای اجرای تراکنش‌ها بر پایه دیدگاه رول‌ آپ‌محور، با برنامه‌ ریزی آینده اتریوم هماهنگ است و زمینه‌ ساز پیاده‌ سازی کامل danksharding در مراحل بعدی خواهد بود.

معایب شاردینگ اتریوم چیست؟

اگرچه شاردینگ مزایای زیادی دارد، اما در حال حاضر محدودیت‌هایی نیز وجود دارد که باید در توسعه و استفاده از آن مورد توجه قرار گیرد:

• محدودیت در تعامل میان اپلیکیشن‌ها: چون در حال حاضر فقط داده‌ها شارد شده‌اند و نه اجرای تراکنش‌ها، اپلیکیشن‌های لایه دوم نمی‌توانند به‌صورت بومی و روان با یکدیگر تعامل داشته باشند و همچنان به پل‌ها و استانداردهای ارتباطی نیاز دارند.
  
• پیچیدگی بالا در طراحی: اجزای فنی مانند نمونه‌ برداری داده‌ها (DAS)، تعهدات رمزنگاری (KZG) و بازار کارمزد مستقل برای بلاب‌ها، فرآیند توسعه را دشوار و مستعد خطاهای مهندسی و امنیتی می‌کنند.
  
• تاثیرپذیری تجربه کاربران: چون بیشتر مزایای شاردینگ در لایه دوم قابل‌ لمس است، تجربه نهایی کاربران مستقیما به عملکرد و ثبات رول‌آپ‌ها بستگی دارد. اگر L2ها ضعیف عمل کنند، کاربر نیز متضرر می‌شود.
  
• چالش در نگهداری داده‌ها: بلاب‌ها فقط به‌صورت موقتی ذخیره می‌شوند (حدود ۱۸ تا ۳۱ روز، بسته به ۴۰۹۶ epochs)، بنابراین مسئولیت آرشیو سازی و حفظ دسترس‌ پذیری تاریخی به رول‌ آپ‌ها یا سرویس‌های جانبی واگذار می‌شود که ممکن است باعث مشکلات در بازیابی داده‌ها شود.
  
• نوسانات قیمتی در بازار بلاب‌ها: با وجود جدا بودن بازار کارمزد بلاب‌ ها از لایه اول، در زمان‌های پرتراکنش امکان افزایش ناگهانی هزینه استفاده از فضای داده وجود دارد که ممکن است هزینه‌های L2 را بالا ببرد.

جمع بندی مقاله شاردینگ اتریوم چیست؟

در این مقاله به سؤال شاردینگ اتریوم چیست؟ پاسخ کامل داده شد و درک کردیم که شاردینگ یکی از تحولات بنیادین در مسیر مقیاس‌ پذیری بلاک‌چین اتریوم است که با تمرکز بر شاردینگ داده، نه‌تنها باعث کاهش کارمزدهای لایه دوم شده، بلکه بستر را برای اجرای روان‌تر اپلیکیشن‌های غیرمتمرکز فراهم کرده است. در نهایت باید گفت این فناوری، نقش کلیدی در آینده‌ی اتریوم ایفا خواهد کرد. در همین راستا برای خرید و فروش یا اتریوم با کمترین کارمزد و تجربه‌ای امن، می‌توانید از خدمات صرافی بالینکس استفاده کنید.

سوالات متداول