شاردینگ اتریوم چیست؟ بررسی کامل شاردینگ اتریوم

اتریوم با موفقیت به مکانیزم اجماع proof-of-stake تغییر کرد، که این یک گام بزرگ در توسعه بلاکچین به سمت پایدار، امن و قابل مقیاس بودن است. اما همه چیز به اینجا ختم نمی‌شود. ادغام، در حقیقت، فقط اولین گام بزرگ در نقشه راه توسعه در حال ادامه اتریوم بود که شامل Surge، Verge، Purge و Splurge نیز می‌شود. بر اساس گفته‌های ویتالیک بوترین، هم‌بنیان‌گذار اتریوم، پس از اتمام 5 فاز کلیدی که با ادغام و تغییر به proof-of-stake شروع شد، اتریوم قادر خواهد بود “100,000 تراکنش در ثانیه” را پردازش کند.
بیایید نگاهی نزدیک‌تر به دیدگاه اتریوم و آنچه که شامل می‌شود بیاندازیم.

در صورت تمایل به آموزش برنامه نویسی بالکچین پکیج آموزش برنامه نویسی بلاکچین را ملاحظه نمایید.

 اتریوم از چند منظر

پروتکل اتریوم در سال 2015 راه‌اندازی شد و موفقیت بزرگی را تجربه کرد. اما حتی در آن زمان هم برای جامعه بسیار واضح بود که برای باز کردن تمام پتانسیل بلاکچین، باید چندین ارتقای کلیدی انجام شود. و تغییر به Proof-of-Stake در هسته این موضوع بود.

اصلی‌ترین نقص اتریوم، افزایش هزینه‌های گاز بود که باعث می‌شد اتریوم برای بیشتر کاربران گران باشد. همانطور که بلاکچین رشد می‌کرد، فضای دیسک لازم برای اجرای کلاینت‌ها نیز افزایش می‌یافت، که منجر به هزینه‌های بیشتری برای نگهداری می‌شد. علاوه بر این، مکانیزم اجماع اصلی proof-of-work، که با Merge تغییر کرد، به دلیل مصرف بزرگ انرژی که نیاز داشت، تأثیر بزرگی بر محیط زیست داشت.

برای رفع این مشکلات، جامعه‌ی پشتیبان اتریوم مجموعه‌ای از ارتقاها را برای معماری مجدد بلاکچین طراحی کرد، در حالی که ارزش اصلی آن یعنی غیرمتمرکز بودن را حفظ کرد.

هدف نهایی اتریوم این است که قابل مقیاس و امن‌تر باشد، اما همچنین غیرمتمرکز بماند. دستیابی به این اهداف، مشکلی است که به عنوان معمای قابل مقیاس بودن شناخته می‌شود.

 Proof-of-Stake

حل هر معما کار آسانی نیست و معمای اتریوم نیز استثنا نیست. بهبود بلاکچین یک فرآیند تدریجی است و تغییر به PoS به عنوان بنیادی برای همه ارتقاهای آینده دیده می‌شود. جامعه سال‌هاست که برای این موضوع آماده می‌شود و به دلیل پیچیدگی اجرای آن، Merge را چندین بار به تاخیر انداخته است.

Merge در واقع ادغام بلاکچین اصلی اتریوم Mainnet با یک بلاکچین مجزا با نام Beacon Chain است که در دسامبر 2020 ایجاد شد و به طور موازی اجرا می‌شود. پس از Merge، Beacon Chain به موتور اجماع برای همه داده‌های شبکه، از جمله تراکنش‌ها و موجودی حساب‌های لایه اجرا تبدیل شد.

ماینینگ خاموش شده است و دیگر روش تولید بلوک‌های معتبر نیست. در عوض، اکنون اتریوم توسط شبکه‌ای از اعتبارسنج‌ها که اکنون مسئول بررسی اعتبار همه تراکنش‌ها و پیشنهاد بلوک‌ها هستند، امن می‌شود.
یکی از انگیزه‌های پشت تغییر به Proof-of-Stake (PoS) کاهش مصرف برق لازم برای امن کردن شبکه بود. براساس وب‌سایت رسمی اتریوم، Merge مصرف انرژی اتریوم را تقریباً 99.95 درصد کاهش داد.

اما فقط این موضوع نیست. مکانیزم اجماع جدید، سیستم جایزه و جریمه برای شرکت‌کنندگان در شبکه را تغییر می‌دهد، که این امر اجرای حملات و اختلالات را سخت‌تر می‌کند. نودهای اعتبارسنج، ETH را به عنوان مقابل حق شرکت در اجماع سرمایه‌گذاری کرده‌اند. اگر آن‌ها تلاشی برای اجرای حمله به شبکه کنند، پروتکل می‌تواند به طور خودکار اترهای آن‌ها را به عنوان جریمه نابود کند.

 Surge

از زمانی که اتریوم به proof-of-stake می‌گذرد، تمرکز بر روی ارتقای Surge منتقل شده است. بر خلاف Merge، Surge قرار است در چند مرحله اتفاق بیفتد، با چند برابر شدن بر یکدیگر و ارائه ارزش ملموس برای دستیابی به هدف نهایی خود – پردازش تا 100000 تراکنش در ثانیه.

به طور خلاصه، Surge درباره افزایش ظرفیت پردازش تراکنش با معرفی sharding است. این تکنولوژی راه‌حل‌های پردازش داده لایه 1 را با تکنولوژی‌های لایه 2 مانند rollups ترکیب می‌کند.

شاردینگ اتریوم به چه دلیل مور نیاز است؟

در حال حاضر، اتریوم می‌تواند متوسط 13 تراکنش در ثانیه را پردازش کند، که این باعث می‌شود شبکه بسیار مشغول باشد و منجر به افزایش شدید هزینه‌ها شود.

ایده پشت sharding این است که بار کاری شبکه را بین 63 شارد تقسیم کند، یا به عبارت دیگر، زنجیره‌های کوچکی درون اتریوم ایجاد کند که قادر به پردازش ده‌ها هزار تراکنش در ثانیه باشند. این امر همچنین بار کاری هر اعتبارسنج را کمتر می‌کند که دیگر نیازی به پردازش کلیت تمام تراکنش‌ها در سراسر شبکه ندارد. در عوض، آن‌ها می‌توانند از تکنیک‌های داده برای تأیید اینکه داده‌ها توسط کل شبکه در دسترس قرار گرفته است، استفاده کنند.
نقش Rollups
Sharding به طور همزمان با rollups لایه 2 کار خواهد کرد و بار کاری مربوط به پردازش حجم بزرگی از داده‌های مورد نیاز برای rollups را در سراسر شبکه تقسیم می‌کند.

Rollups به dApps اجازه می‌دهد تا تراکنش‌ها را در یک تراکنش خارج از زنجیره ترکیب کنند، یک اثبات رمزنگاری ایجاد کنند و سپس آن را به زنجیره اصلی اتریوم ارسال کنند. این امر باعث بهبود کارایی، کاهش داده‌های تراکنش و در نتیجه کاهش بار بر شبکه اصلی می‌شود. Rollups و فشرده‌سازی داده‌ها همچنین منجر به کاهش هزینه‌ها و افزایش استفاده از بلاکچین خواهد شد.

با ترکیب با دسترسی به شاردها، این امر قرار است تعداد تراکنش‌ها در ثانیه را به طور قابل توجهی افزایش دهد.

Sharding ممکن است در سال‌های 2023 یا 2024 به دنبال یک سری ارتقاها وارد بازی شود. ایده اولیه جامعه ETH این بود که sharding را قبل از Merge راه‌اندازی کند، اما بعدا تصمیم گرفت که بعد از آن انجام دهد.

هنوز مشخص نیست که کی و دقیقا چگونه این امر اتفاق خواهد افتاد زیرا برنامه‌ها برای sharding در حال تغییر هستند زیرا جامعه در حال کاوش و توسعه مسیرهای کارآمدتر برای مقیاس‌پذیری است.

آخرین رویکرد معرفی شده برای sharding توسط Vitalik Buterin، مؤسس همکار اتریوم، به نام “Danksharding” شناخته شده است. این رویکرد از مفهوم شاردهای “زنجیره‌ای” استفاده نمی‌کند، بلکه از “blob” های شارد برای تقسیم داده‌ها استفاده می‌کند، همراه با “نمونه‌برداری از دسترس‌پذیری داده” برای تأیید اینکه تمام داده‌ها در دسترس قرار گرفته‌اند. این تغییر در برنامه، مشکل اصلی را حل می‌کند.

 چه چیزی پس از Surge می‌آید؟

ارتقای Verge قرار است با معرفی درختان Verkle، مقدار داده‌ای که اعتبارسنجان شبکه باید در دستگاه‌های خود ذخیره کنند، را کاهش دهد. این یک ارتقا برای اثبات‌های Merkle است که اجازه می‌دهد اندازه‌های اثبات بسیار کوچکتری داشته باشیم، بر اساس گفته Buterin.

درختان Verkle بخشی از نقشه راه بزرگتری برای تبدیل کردن اتریوم به حالت بی‌وضعیت است – مفهومی دیگر پیچیده که هنوز در حال توسعه است. در اصل، این پیشنهاد قصد دارد مشتریان بی‌وضعیت را معرفی کند، جایی که گره‌های اعتبارسنج نیازی به ذخیره داده‌های وضعیت قبل از تأیید بلوک‌ها ندارند. این کاهش نیازمندی‌های سخت‌افزاری برای اجرای یک گره را به همراه خواهد داشت، تقویت کننده توزیع‌پذیری و انعطاف‌پذیری شبکه اتریوم. این مفهوم اولین بار توسط Buterin در سال 2017 پیشنهاد شد و هنوز در حال تحقیق و توسعه توسط جامعه است.

معرفی درختان Verkle

درختان Verkle نیازمند رمزنگاری پیچیده‌تری برای پیاده‌سازی هستند، اما فرصتی برای به دست آوردن سودهای بزرگ در مقیاس‌پذیری را فراهم می‌کنند. معرفی آنها امکان بهینه‌سازی ذخیره‌سازی را فراهم خواهد کرد و به کاربران اجازه خواهد داد تا بدون ذخیره‌سازی مقادیر زیادی داده بر روی دستگاه‌های خود، اعتبارسنجان شبکه شوند. به جای نیازمندی به ارائه تمام “گره‌های خواهر” در هر سطح، اثبات‌کننده فقط نیاز دارد تا یک اثبات واحدی ارائه دهد که روابط والد-فرزند بین تمام تعهدات در طول مسیرها از هر گره برگی به ریشه را ثابت کند.

درباره Purge چه می‌دانیم؟

Purge شامل چندین ارتقاء است که برای حذف تاریخچه شبکه قدیمی و ساده‌سازی شبکه در طول زمان طراحی شده است. این کار حجم ذخیره‌سازی داده‌های تاریخی و بدهی فنی پروتکل اتریوم را کاهش خواهد داد، و به طور قابل توجهی نیازمندی‌های دیسک سخت برای عاملان گره را کاهش خواهد دا

Purge همچنین قصد دارد انقضای تاریخچه (EIP-4444) را معرفی کند، به این معنی که تمام عاملان گره ملزم به ذخیره‌سازی تمام داده‌های بلوک‌های قبلی نخواهند بود. به جای این، مشتریان دیگر داده‌های تاریخی را در شبکه p2p که بیش از یک سال قدمت دارد، ارائه نمی‌دهند. این پیشنهاد دوره‌های هرس تاریخچه را به 82125 دوره (یک سال) تنظیم می‌کند.

این ارتقاء همچنین به گره‌ها اختیار می‌دهد که این داده‌های تاریخی را در محل هرس کنند. وقتی که یک مشتری گره نکته انتهایی زنجیره را همگام‌سازی کرده است، داده‌های تاریخی برای تأیید بلوک‌ها لازم نیست و فقط با درخواست صریحی بر روی JSON-RPC یا وقتی که همتا سعی در همگام‌سازی زنجیره دارد، بازیابی می‌شود.

با اجرای این پیشنهاد، گره‌های جدید از یک مکانیزم همگام‌سازی متفاوت استفاده خواهند کرد، چون داده‌های تاریخی دیگر در دسترس نخواهند بود.

Splurge

Splurge به عنوان مجموعه‌ای از ارتقاء‌های کوچکتر تعریف شده است که هدف آن اطمینان از عملکرد بی‌نقص شبکه پس از چهار به‌روزرسانی بزرگ قبلی است. این مرحله چندین پیشنهاد بهبودی را که در دیگر ارتقاء‌ها جای نگرفته بود، ترکیب خواهد کرد و لمس نهایی را به دیدگاه برای بهبود بلاکچین اضافه خواهد کرد.

ویتالیک بوترین، هم‌بنیانگذار اتریوم، این مرحله آخر را “چیزهای لذت‌بخش پس از ادغام تمام مراحل قبلی” توصیف کرده است.

با توجه به اینکه می‌دانیم Merge چقدر طول کشید، بسیار احتمالی است که بیشتر این پیشرفت‌های فناوری در طول زمان طول بکشند و برخی تجدید نظرهایی را تجربه کنند. تا زمانی که به Splurge برسیم، شبکه اتریوم بسیار متفاوت از آنچه امروز می‌شناسیم خواهد بود و بر اساس قوانین جدید عمل خواهد کرد.