Как Alephium (ALPH) использует шардинг для масштабирования и повышения эффективности блокчейн-технологий

Россия
Обновлено: 2024-07-30

Ограниченная программируемость Биткоина или проблемы масштабируемости Эфириума значительно замедляют внедрение криптовалют. Именно в этот контекст вмешивается Alephium, распараллеленный уровень 1, вводя недавно разработанную модель шардинга: BlockFlow, разделяющий данные на более мелкие и управляемые части, называемые шардами. Это обеспечивает параллельную обработку транзакций, значительно повышая пропускную способность сети до 10 000 транзакций в секунду (TPS), что является значительным улучшением по сравнению с традиционными блокчейнами.

Модель шардинга Alephium способствует масштабируемости, безопасности и энергоэффективности, делая платформу привлекательной для разработчиков и пользователей.

Модель шардинга в блокчейне Alephium

Из этой статьи вы узнаете, как этот алгоритм позволяет поддерживать высокий уровень безопасности и децентрализации, одновременно увеличивая возможность одновременной обработки большого количества транзакций.

Что такое блокчейн Alephium

Alephium представляет собой блокчейн уровня 1, который называет себя «параллельным» благодаря своему уникальному механизму сегментирования, называемому BlockFlow. Конкретно, цель Alephium – объединить безопасность и децентрализацию Биткоина с выразительностью и гибкостью Ethereum, одновременно предлагая решение проблем масштабируемости, с которыми сталкиваются эти два лидера экосистемы.

Сегодня Blockflow, фундаментальная технология, на которую опирается Alephium, представляет собой алгоритм, позволяющий разделить рабочую нагрузку блокчейна на несколько сегментов или «осколков». Такое разделение не только увеличивает количество транзакций, которые сеть может обрабатывать в секунду, но и обеспечивает надежную синхронизацию (и безопасность) между каждым набором данных. Но, об этом мы подробно поговорим далее в статье.

Что делает Alephium ещё более особенным, так это его модель транзакций Stateful UTXO (sUTXO): умное сочетание модели UTXO, используемой Биткоином, и модели учетной записи, используемой Ethereum. Однако, в рамках данной статьи мы не будем вдаваться в подробности этого механизма.

Что такое шардинг

Прежде чем перейти к сути вопроса, важно понять сам принцип шардинга внутри блокчейна.

Шардинг – это механизм разделения, целью которого является разбить базу данных блокчейна на фрагменты или «осколки», позволяющие одновременно обрабатывать несколько серий транзакций в сети.

Схема работы шардинга в криптовалютном блокчейне

В традиционном несегментированном блокчейне каждый узел сети должен обрабатывать каждую транзакцию и поддерживать полную копию всей цепочки, что может быстро стать узким местом по мере увеличения объёма транзакций. Как вы уже поняли, шардинг решает эту проблему путем разделения рабочей нагрузки.

Однако, в рамках традиционных моделей шардинга мы можем обнаружить определенные проблемы:

  • Уязвимость отдельных шардов. Разделив сеть на несколько более мелких сегментов, каждый шард, работающий с уменьшенной долей общего консенсуса, может стать более легкой мишенью для злоумышленников.
  • Проблемы связи между шардами. Необходимость безопасного и эффективного обмена информацией между шардами может создать серьезные технические проблемы.

Как работает модель шардинга Alephium

Давайте теперь обратимся к технологическому сердцу Alephium: модели Blockflow. Именно этот механизм отличает Alephium от других блокчейнов и позволяет ему реализовать свой потенциал масштабируемой, безопасной и эффективной системы.

Разделение состояния сети

В отличие от других решений по шардингу, BlockFlow, со своей стороны, использует уникальный подход, организуя сеть в 4 группы, а транзакции – в 16 цепочек. BlockFlow позволяет каждой цепочке работать независимо, сохраняя при этом общую согласованность и обеспечивая безопасность и эффективность транзакций во всей сети.

Каждая из этих «цепочек» фактически представляет собой независимый блокчейн, который упорядочивает транзакции и, следовательно, сохраняет запись полного состояния транзакций и данных, включая активы, состояния смарт-контрактов, а также их операционную логику.

Эта диаграмма должна вас просветить:

Групповая цепочка шардинга в сети Alephium

В конечном итоге это означает, что Alephium может увеличить общую пропускную способность транзакций без ущерба для безопасности и целостности данных. Это важный шаг вперёд по сравнению с традиционными архитектурами блокчейнов, где увеличение пропускной способности часто может поставить эти аспекты под угрозу.

Чтобы дать вам представление: в настоящее время основная сеть состоит из 4 групп и 16 блокчейнов с возможностью расширения до 32 групп и до 1024 блокчейнов. Добавление дополнительных сегментов увеличивает способность сети одновременно выполнять транзакции. В настоящее время сеть может обрабатывать 400 транзакций в секунду с теоретическим потенциалом более 10 000 транзакций в секунду (всё это основано на очень консервативных предположениях; на самом деле, вероятно, это будет больше).

Давайте теперь вернемся к техническим элементам модели Blockflow Alephium:

Шардинг на уровне адреса и транзакции

Шардинг, как мы знаем, делит блокчейн на несколько сегментов или «осколков». Alephium развивает эту идею ещё дальше, применяя концепцию сегментирования на двух уровнях: на уровне адреса и на уровне транзакции.

  • Шардинг на уровне адресов: каждый адрес в Alephium отнесён к 4 конкретным группам.
  • Шардинг на уровне транзакций: каждая транзакция разумно маршрутизируется по сети на основе адресов происхождения и назначения. Поскольку этот подход распараллеливает обработку транзакций, он увеличивает общую пропускную способность сети без ущерба для безопасности или децентрализации, сохраняя при этом «одношаговую» транзакцию во всех случаях.

Зависимости: способ синхронизации сети Alephium

В Alephium каждая транзакция или блок не изолированы, а, скорее, интегрированы в сеть зависимостей, которая обеспечивает правильный порядок и проверку транзакций во всей сегментированной сети. Это означает, что каждый элемент, добавленный в блокчейн, должен следовать определенным правилам зависимостей, которые определяют, как он соединяется с предыдущими и будущими элементами в сети.

Конкретно, когда в цепочке создаётся новый блок, он подключается к другим цепочкам внутри той же группы и к определенной цепочке каждой другой группы (внутригрупповой цепочке) с помощью, так называемых, «зависимостей». Каждый шард может обрабатывать транзакции параллельно с другими, но благодаря системе зависимостей все транзакции остаются корректно синхронизированными по всей сети.

Таким образом, мы можем определить зависимости как «ссылки», которые синхронизируют сеть Alephium.

Давайте теперь более подробно рассмотрим функционирование цепочек и групп, точнее, межгрупповых и внутригрупповых цепей.

Как работают каналы и группы на Alephium

Некоторые цепочки предназначены для обработки транзакций внутри адресов в одной группе (внутригрупповые), тогда как другие обрабатывают транзакции, идущие по адресам в других группах (межгрупповые). Например, цепочка (0,1) обрабатывает транзакции между группой 0 и группой 1, а цепочка (0,0) обрабатывает транзакции внутри самой группы 0.

Если мы возьмём пример группы 0, она включает в себя несколько строк, таких как (0,0), (0,1), (0,2) и (0,3). Цепочка (0,0) обрабатывает транзакции внутри группы 0, в то время как другие цепочки, такие как (0,1), обрабатывают транзакции с другими конкретными группами.

Пример зависимостей в добытом блоке: если мы рассмотрим добытый блок в цепочке (1,0), он будет иметь зависимости не только с другими цепочками в своей группе, такими как (1,1), (1,2), (1 ,3), но и с цепочкой из каждой группы, обеспечивая сплоченность и целостность всей цепочки блоков.

Шардинг зависимостей в блокчейне Alephium

Обратите внимание, что зависимости управляются через DAG, где каждый новый блок или транзакция, добавленная в конкретный шард, должна «знать» состояние других шардов, имеющих к нему отношение, чтобы избежать, в частности, двойных расходов.

Напоминаем, что направленные ациклические графы, или DAG, представляют собой структуру данных, которая позволяет зависимостям между блоками в Alephium соединяться нелинейным образом.

Используя этот подход, Alephium может гарантировать, что активы всегда будут расходоваться правильно и вы будете защищены от двойных расходов.

Последний штрих

Внедряя концепцию шардинга в свой блокчейн, Alephium не только решает проблемы масштабируемости, но и закладывает основу для более динамичной и адаптируемой экосистемы блокчейна как для разработчиков, так и для широкой публики.


5.0/1