การแนะนำ

ความสามารถในการปรับขนาดเป็นความท้าทายสําหรับบล็อกเชนสาธารณะส่วนใหญ่ในสาขาบล็อกเชนมานานแล้ว ตัวอย่างเช่น Bitcoin ประสบกับการถกเถียงเรื่องความสามารถในการปรับขนาดเป็นเวลาสามปีและ Ethereum ประสบปัญหาความแออัดของเครือข่ายเนื่องจากเกมง่ายๆ CryptoKitties เพื่อแก้ไขปัญหานี้ได้มีการเสนอวิธีแก้ปัญหาต่าง ๆ ในอุตสาหกรรมรวมถึงความสามารถในการปรับขนาดในระยะสั้นโดยการเพิ่มขนาดบล็อกการเสียสละการกระจายอํานาจบางส่วนผ่านกลไกฉันทามติ DPoS โดยใช้โครงสร้างทางเลือกเช่น DAG และวิธีการปรับขนาดนอกห่วงโซ่เช่น subchains และ sidechains

ในนั้น การเทคโนโลยีการแบ่งส่วนถือว่าเป็นวิธีการที่มีประสิทธิภาพและเป็นวิธีการที่สำคัญ ในงาน Developer Conference ปี 2016 ผู้ก่อตั้ง Ethereum Vitalik Buterin ได้เผยแพร่ Ethereum 2.0 “purple paper” ซึ่งนำเสนอแนวคิดในการประมวลผลธุรกรรมผ่านการแบ่งส่วน โดยเป็นทิศทางที่สำคัญสำหรับความสามารถในการขยายของบล็อกเชน การเทคโนโลยีการแบ่งส่วนจะจัดสรรทรัพยากรคำนวณอย่างไดนามิกผ่านการประมวลผลแบบขนาน ทำให้ความสามารถในการขยายของเครือข่ายบล็อกเชนเพิ่มขึ้น และเป็นพื้นฐานเทคโนโลยีสำหรับการสนับสนุนการทำธุรกรรมระดับโลกที่มีความถี่สูง

วิธีการเพิ่มความสามารถในการขยายของบล็อกเชนปัจจุบัน

ภาพรวมเกี่ยวกับเทคโนโลยีการแบ่งส่วน

กำเนิดของความคิด

เทคโนโลยี Sharding มีต้นกําเนิดมาจากการแบ่งพาร์ติชันฐานข้อมูลซึ่งมีวัตถุประสงค์เพื่อแบ่งฐานข้อมูลขนาดใหญ่ออกเป็นส่วนเล็ก ๆ เพื่อการประมวลผลข้อมูลที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น แนวคิดในการรวมเทคโนโลยีการแบ่งส่วนเข้ากับบล็อกเชนได้รับการเสนอครั้งแรกในปี 2015 นักวิจัยคู่หนึ่งจากมหาวิทยาลัยแห่งชาติสิงคโปร์ Prateek Saxena และ Loi Luu ได้นําเสนอบทความในการประชุมความมั่นคงระหว่างประเทศของ CCS พวกเขาแบ่งเครือข่ายบล็อกเชนอย่างสร้างสรรค์ออกเป็น "ชิ้นส่วน" ที่สามารถประมวลผลธุรกรรมพร้อมกันซึ่งเป็นโซลูชันใหม่สําหรับปัญหาความสามารถในการปรับขนาดของบล็อกเชนสาธารณะ

ต่อมานักวิจัยคู่นี้ได้เปลี่ยนทฤษฎีไปสู่การปฏิบัติโดยพัฒนาโครงการที่ใช้การแบ่งส่วนโครงการแรก Zilliqa Zilliqa ใช้กลไกฉันทามติแบบไฮบริดของ pBFT และ PoW กลายเป็นห่วงโซ่สาธารณะที่มีประสิทธิภาพสูงสุดสําหรับการประมวลผลธุรกรรม ต่อจากนั้นเทคโนโลยี sharding ยังได้รับการยอมรับจาก Vitalik Buterin ผู้ก่อตั้ง Ethereum ในปี 2016 Ethereum ได้เสนอการออกแบบการแบ่งส่วนสองชั้นโดยแบ่งเครือข่าย Ethereum 2.0 ออกเป็นโซ่หลักและโซ่ส่วนแบ่งข้อมูล เชนหลักผ่าน Validator Management Contract (VMC) จัดการการทํางานของ Shard Chains ในขณะที่ Shard Chains ใช้กลไกฉันทามติ PoS เพื่อบรรจุข้อมูลธุรกรรมและสร้างบล็อกการตรวจสอบความถูกต้อง ในขณะเดียวกัน VMC ช่วยให้มั่นใจได้ถึงความถูกต้องของธุรกรรมและการถ่ายโอนข้อมูลระหว่างส่วนแบ่งข้อมูลที่ราบรื่นผ่านโมเดล UTXO และแผนผังใบเสร็จ

กราฟการอัปเกรดชาร์ด Ethereum 2.0

ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา โดยที่เทคโนโลยีการแบ่งส่วนยังคงพัฒนาต่อไป มีชุดของโครงการนวัตกรรมที่เกิดขึ้น เพิ่มเติมให้เกิดการพัฒนาในด้านความสามารถในการขยายขอบเขตของบล็อกเชน โครงการเหล่านี้ไม่เพียงแต่สำรวจศักยภาพของการแบ่งส่วนในด้านความเร็วในการประมวลผลและประสิทธิภาพของเครือข่าย แต่ยังให้การสนับสนุนที่แข็งแรงสำหรับการประยุกต์ใช้ในมาตรฐานขนาดใหญ่ สัญญาว่าจะเป็นการบุกเบิกเทคโนโลยีบล็อกเชนไปสู่เรื่องราวใหม่ของความมีประสิทธิภาพสูงและการประยุกต์ใช้ที่กว้างขวาง

คำจำกัดความของการแบ่งส่วน

เทคโนโลยี Sharding เป็นวิธีการปรับสถาปัตยกรรมบล็อกเชนให้เหมาะสมโดยการแบ่งเครือข่ายบล็อกเชนออกเป็น "ส่วนแบ่งข้อมูล" อิสระหลายส่วนเพื่อให้สามารถประมวลผลข้อมูลแบบขนานได้ แต่ละส่วนแบ่งข้อมูลทํางานเป็นหน่วยประมวลผลอิสระที่สามารถดําเนินธุรกรรมและจัดการข้อมูลได้ด้วยตัวเองจึงกระจายภาระการคํานวณและการจัดเก็บข้อมูลของเครือข่ายได้อย่างมีประสิทธิภาพ วิธีการนี้ไม่เพียง แต่ช่วยเพิ่มความเร็วในการประมวลผลธุรกรรมของเครือข่ายบล็อกเชนอย่างมีนัยสําคัญ แต่ยังเพิ่มประสิทธิภาพความต้องการในการจัดเก็บโหนดอีกด้วย โหนดไม่จําเป็นต้องรักษาข้อมูลที่สมบูรณ์ของบล็อกเชนทั้งหมดอีกต่อไป ดังนั้นการแบ่งส่วนจึงช่วยเพิ่มความสามารถในการปรับขนาดและประสิทธิภาพของเครือข่ายบล็อกเชนโดยไม่กระทบต่อความปลอดภัยของเครือข่ายโดยรวมโดยให้การสนับสนุนด้านเทคนิคสําหรับแอปพลิเคชันขนาดใหญ่

แหล่งที่มา: New Architectures and Methodologies for High-Performance การแบ่งส่วนบล็อกเชน

ประเภทของการแบ่งส่วน

เทคโนโลยีการแบ่งส่วนสามารถจำแนกเป็นสามประเภทหลัก คือ เครือข่ายการแบ่งส่วน เครื่องหมายการแบ่งส่วน และการแบ่งส่วนของสถานะ หลักการหล่อหลอมอยู่ในการ "แบ่งแยกทั้งหมดเป็นส่วนและจัดการแยกกัน" ทำให้ชาร์ดหลายอันสามารถประมวลผลธุรกรรมที่แตกต่างกันพร้อมกันแล้วรวมผลลัพธ์บนเชนหลัก เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของเครือข่ายบล็อกเชนโดยรวม

1. การแบ่งส่วนเครือข่าย
   การแบ่งส่วนเครือข่ายเป็นรูปแบบพื้นฐานของการแบ่งส่วนซึ่งมีการสร้างกลไกการแบ่งส่วนอื่น ๆ กุญแจสําคัญในการแบ่งส่วนเครือข่ายอยู่ที่การรับรองความปลอดภัยและป้องกันการโจมตีโดยโหนดที่เป็นอันตราย โดยเฉพาะอย่างยิ่งมันเกี่ยวข้องกับการสุ่มเลือกกลุ่มของโหนดเพื่อสร้างส่วนแบ่งข้อมูลและสร้างฉันทามติอิสระภายในส่วนแบ่งข้อมูลเพื่อจัดการธุรกรรม วิธีนี้เพิ่มกระบวนการทํางานพร้อมกันของเครือข่ายอย่างมากเนื่องจากส่วนแบ่งข้อมูลหลายส่วนประมวลผลธุรกรรมที่ไม่เกี่ยวข้องพร้อมกันซึ่งจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบ Zilliqa เป็นตัวอย่างทั่วไปของบล็อกเชนที่ใช้การแบ่งส่วนเครือข่ายรวมกลไกฉันทามติ PoW และ pBFT เพื่อเพิ่มความเร็ว PoW ป้องกันการโจมตีของ Sybil เพื่อให้แน่ใจว่ามีเพียงโหนดที่ถูกต้องเท่านั้นที่มีส่วนร่วมในการแบ่งส่วนในขณะที่ pBFT อํานวยความสะดวกในการทําธุรกรรมที่รวดเร็วซึ่งช่วยเพิ่มความเร็วในการยืนยันได้อย่างมาก

2. การแบ่งส่วนธุรกรรม
   การแบ่งส่วนธุรกรรมเกี่ยวข้องกับการกระจายธุรกรรมที่แตกต่างกันไปยังส่วนแบ่งข้อมูลต่างๆสําหรับการประมวลผลซึ่งจะช่วยเร่งความเร็วในการจัดการธุรกรรมของเครือข่ายทั้งหมด โดยทั่วไปธุรกรรมจะถูกจัดสรรตามที่อยู่ของผู้ส่งจัดกลุ่มธุรกรรมที่เกี่ยวข้องกันเพื่อป้องกันการใช้จ่ายซ้ําซ้อน ตัวอย่างเช่นหากที่อยู่หนึ่งเริ่มต้นธุรกรรมที่ขัดแย้งกันสองรายการพวกเขาจะถูกระบุและป้องกันอย่างรวดเร็วภายในส่วนแบ่งข้อมูลเดียวกัน ในกรณีที่ธุรกรรมเกิดขึ้นระหว่างส่วนแบ่งข้อมูลการสื่อสารระหว่างส่วนแบ่งข้อมูลจะถูกใช้เพื่อตรวจจับและบล็อกการใช้จ่ายซ้ําซ้อน โมเดล UTXO สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการแบ่งส่วนธุรกรรมได้อีกแม้จะมีปัญหาที่อาจเกิดขึ้นเช่นการแยกธุรกรรมขนาดใหญ่ การครบกําหนดของการแบ่งธุรกรรมมีความก้าวหน้าอย่างมากทําให้กลไกฉันทามติหลายอย่างทํางานควบคู่กันไปได้

3. การแบ่งส่วนของรัฐ
   การแบ่งส่วนของรัฐเป็นการแบ่งส่วนที่ซับซ้อนและท้าทายที่สุด กุญแจสําคัญอยู่ที่การทําให้แน่ใจว่าแต่ละส่วนแบ่งข้อมูลจะรักษาสถานะภายในเท่านั้นแทนที่จะเป็นสถานะทั่วโลกของบล็อกเชนทั้งหมดดังนั้นจึงกระจายข้อกําหนดการจัดเก็บข้อมูล อย่างไรก็ตามเมื่อธุรกรรมข้ามส่วนแบ่งข้อมูลเกิดขึ้นส่วนแบ่งข้อมูลที่เกี่ยวข้องจะต้องแบ่งปันสถานะธุรกรรมซึ่งต้องใช้การสื่อสารระหว่างส่วนแบ่งข้อมูลบ่อยครั้งซึ่งสามารถลดประสิทธิภาพได้ นอกจากนี้การแบ่งส่วนของรัฐยังเผชิญกับความท้าทายในความสอดคล้องของข้อมูลและความทนทานต่อข้อผิดพลาด: หากส่วนแบ่งข้อมูลถูกโจมตีและออฟไลน์การตรวจสอบความถูกต้องของข้อมูลอาจได้รับผลกระทบ การแก้ไขปัญหานี้อาจต้องใช้การสํารองข้อมูลสถานะส่วนกลางในแต่ละโหนด แต่การสํารองข้อมูลดังกล่าวขัดแย้งกับเจตนาในการจัดเก็บข้อมูลแบบกระจายอํานาจของการแบ่งส่วนของรัฐและอาจทําให้เกิดความเสี่ยงจากการรวมศูนย์

กลยุทธ์การนำแบบการแบ่งส่วน

โครงสร้างการแบ่งส่วน

การออกแบบสถาปัตยกรรม Sharding เป็นหัวใจหลักของเทคโนโลยี sharding ซึ่งครอบคลุมแนวคิดการออกแบบของโซ่หลักและ subchains รวมถึงการจัดสรรโหนดภายในและข้ามส่วนแบ่งข้อมูล ในสถาปัตยกรรมนี้ห่วงโซ่หลักรักษาฉันทามติของเครือข่ายและความปลอดภัยซึ่งทําหน้าที่เป็นแกนหลักของบล็อกเชนประสานงานการดําเนินงาน subchain และสร้างความมั่นใจในความสอดคล้องทั่วโลก Subchains เป็นภูมิภาคอิสระที่ได้มาจากห่วงโซ่หลักโดยแต่ละแห่งมุ่งเน้นไปที่การประมวลผลธุรกรรมบางประเภทและสัญญาอัจฉริยะดังนั้นจึงบรรลุความขนานที่เป็นอิสระเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพและความสามารถในการปรับขนาด

นอกจากนี้โหนดในสถาปัตยกรรม sharding ยังแบ่งออกเป็นสองบทบาท: โหนด subchain ซึ่งรับผิดชอบในการรักษาบันทึกธุรกรรมและสถานะภายในส่วนแบ่งข้อมูลในขณะที่มีส่วนร่วมในฉันทามติเพื่อตรวจสอบความถูกต้องของธุรกรรมและโหนด cross-subchain ซึ่งได้รับมอบหมายให้ส่งข้อมูลและอัปเดตสถานะข้ามส่วนแบ่งข้อมูลเพื่อให้แน่ใจว่าการประสานงานและการซิงโครไนซ์ระหว่างเชนหลักและ subchains การแบ่งบทบาทโดยละเอียดนี้ช่วยเพิ่มการใช้ทรัพยากรและเพิ่มความสามารถในการประมวลผลธุรกรรมโดยรวมซึ่งเป็นรากฐานที่มั่นคงสําหรับการขยายและการดําเนินงานที่มีประสิทธิภาพของเครือข่ายบล็อกเชน

ที่มา: newcomputerworld

การสุ่มตัวอย่าง

กลไกการสุ่มตัวอย่างและการเลือกมีความสําคัญต่อการรับรองความปลอดภัยและความเป็นธรรมของสถาปัตยกรรมการแบ่งส่วน กุญแจสําคัญอยู่ที่การเลือกโหนดแบบสุ่มเพื่อสร้างส่วนแบ่งข้อมูลและป้องกันไม่ให้ผู้โจมตีที่เป็นอันตรายควบคุมส่วนแบ่งข้อมูลอย่างจดจ่อ ในระหว่างการเลือกโหนดอัลกอริทึมการสร้างหมายเลขสุ่มตามแฮชมักใช้เพื่อให้แน่ใจว่ามีความเป็นธรรมและการกระจายอํานาจขจัดอคติตามตําแหน่งทางภูมิศาสตร์หรือพฤติกรรมทางประวัติศาสตร์ สิ่งนี้ทําให้มั่นใจได้ว่าโหนดทั้งหมดมีโอกาสเท่าเทียมกันในการเลือกเป็นส่วนแบ่งข้อมูลที่แตกต่างกันเพิ่มการกระจายอํานาจของเครือข่ายและการต่อต้านการเซ็นเซอร์

เพื่อป้องกันไม่ให้ผู้โจมตีจัดการส่วนแบ่งข้อมูลโดยการควบคุมโหนดบางโหนดสถาปัตยกรรมการแบ่งมักจะแนะนํากลไกการเลือกหลายแบบและกลยุทธ์การจัดสรรโหนดแบบไดนามิก ตัวอย่างเช่นเมื่อจํานวนโหนดในส่วนแบ่งข้อมูลถึงเกณฑ์ที่กําหนดระบบจะทริกเกอร์การปรับโครงสร้างส่วนแบ่งข้อมูลโดยอัตโนมัติสุ่มเลือกโหนดใหม่เพื่อเข้าร่วมและตรวจสอบให้แน่ใจว่าการกระจายของโหนดภายในส่วนแบ่งข้อมูลจะไม่กระจุกตัวมากเกินไป นอกจากนี้ กลไก "การปรับสมดุลส่วนแบ่งข้อมูล" จะปรับการกระจายโหนดข้ามส่วนแบ่งข้อมูลเป็นระยะ ๆ เพื่อป้องกันไม่ให้ผู้โจมตีใช้ประโยชน์จากความเข้มข้นของโหนดเพื่อโจมตีหรือจัดการส่วนแบ่งข้อมูล กลไกเหล่านี้ช่วยลดความเสี่ยงของความล้มเหลวแบบจุดเดียวภายในสถาปัตยกรรมการแบ่งส่วนได้อย่างมีประสิทธิภาพและเสริมสร้างการป้องกันเครือข่ายจากการโจมตีที่เป็นอันตราย

Source: อัลกอริทึมการเชนที่มีประสิทธิภาพสำหรับระบบบล็อกเชน

ความท้าทายและวิธีการแก้ไขในการแบ่งส่วน

ปัญหาด้านความปลอดภัย

การโจมตีของฝ่ายตรงข้ามแบบปรับตัวหมายถึงการโจมตีที่ผู้ประสงค์ร้ายใช้ประโยชน์จากความรู้เกี่ยวกับสภาพเครือข่ายเพื่อกําหนดเป้าหมายส่วนแบ่งข้อมูลเฉพาะในเครือข่ายบล็อกเชน ผู้โจมตีอาจจัดการธุรกรรมแทรกแซงข้อมูลหรือแทรกแซงกระบวนการยืนยันธุรกรรมเพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ เนื่องจากแต่ละส่วนแบ่งข้อมูลในสถาปัตยกรรมแบบแบ่งส่วนมีโหนดค่อนข้างน้อยผู้โจมตีจึงสามารถจดจ่อกับส่วนแบ่งข้อมูลเดียวได้ง่ายขึ้นซึ่งเพิ่มความเสี่ยงด้านความปลอดภัย เพื่อแก้ไขปัญหานี้ต้องใช้มาตรการเพื่อให้แน่ใจว่าส่วนแบ่งข้อมูลมีความสมบูรณ์

หนึ่งในวิธีการที่มีประสิทธิภาพคือการนำเข้ากลไกการยืนยันแบบหลายชั้นและโปรโตคอลความเห็นข้ามกัน โดยเฉพาะโหนดการตรวจสอบหลายอันควรถูกสร้างขึ้นภายในแต่ละชาร์ดเพื่อยืนยันธุรกรรมร่วมกัน ซึ่งจะทำให้ความซับซ้อนและค่าใช้จ่ายของการโจมตีเพิ่มขึ้น นอกจากนี้ โปรโตคอลความเห็นข้ามชาร์ดสนับสนุนการแบ่งปันข้อมูลและการตรวจสอบสถานะระหว่างชาร์ดเพื่อให้มั่นใจได้ว่ามีความสอดคล้องและความทั่วถึงในเครือข่ายและป้องกันการโจมตีชาร์ดเดียวจากการล่มสลายเครือข่ายทั้งหมด กลไกเหล่านี้เพิ่มความทนทานของสถาปัตยกรรมที่ถูกแบ่งแยกต่อการโจมตีและลดความเสี่ยงที่ถูกกำหนดโดยการท้าทายอันอาจปรับตัวได้

ความท้าทายในการมีข้อมูลที่พร้อมใช้งาน

ความพร้อมใช้ข้อมูลเป็นอีกความท้าทายที่สำคัญในเทคโนโลยีการแบ่งส่วน ซึ่งเมื่อการแบ่งส่วนได้รับการใช้งานอย่างแพร่หลาย การตรวจสอบความเข้าถึงและความสมบูรณ์ของข้อมูลในแต่ละชาร์ดอย่างมีประสิทธิภาพกลายเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการรักษาความมั่นคงของเครือข่ายบล็อกเชน วิธีการหนึ่งในการแก้ไขความท้าทายนี้คือการสุ่มส่วนของชุดข้อมูลเพื่อตรวจสอบความพร้อมใช้งานของชุดข้อมูลทั้งหมดอย่างรวดเร็ว วิธีนี้ลดภาระการคำนวณของการตรวจสอบข้อมูลทั้งหมด เพิ่มประสิทธิภาพของระบบโดยรวม

นอกจากนี้จะต้องมีกลไกการยืนยันที่มีประสิทธิภาพต้องถูกกำหนดขึ้น ตัวอย่างเช่น โหนดที่มีส่วนร่วมควรจะให้หลักฐานที่สอดคล้องกับความพร้อมในการใช้ข้อมูลเมื่อสร้างบล็อกใหม่ สิ่งนี้เป็นสิ่งที่สำคัญอย่างยิ่งในการทำธุรกรรมข้ามแชร์ด้วยเพื่อให้มั่นใจได้ว่าข้อมูลระหว่างแชร์มีความสอดคล้องและถูกต้อง

Case Studies

เทคโนโลยีการแบ่งส่วน Ethereum 2.0

ในแผนงานความสามารถในการปรับขนาดของ Ethereum Danksharding แสดงถึงการอัปเกรดที่ปฏิวัติวงการและเทคโนโลยีหลักสําหรับการบรรลุความสามารถในการปรับขนาดขนาดใหญ่ใน Ethereum 2.0 ซึ่งแตกต่างจากวิธีการแบ่งส่วนแบบดั้งเดิม Danksharding รวม "ตลาดค่าธรรมเนียมที่ผสาน" และใช้กลไกผู้เสนอบล็อกเดียวทําให้กระบวนการทําธุรกรรมข้ามส่วนแบ่งข้อมูลง่ายขึ้น การใช้งานทางเทคนิคจะค่อยๆเปลี่ยนเป็นการแบ่งส่วนเต็มรูปแบบใน Ethereum 2.0 ผ่านกลไกเช่น EIP-4844 และ proto-danksharding

เอกลักษณ์ของ Danksharding อยู่ที่การออกแบบโครงสร้างที่เป็นนวัตกรรมใหม่ การแบ่งส่วนแบบดั้งเดิมแบ่งเครือข่ายบล็อกเชนออกเป็นหลายเครือข่ายย่อยแบบขนานโดยแต่ละ subchain จะจัดการธุรกรรมอย่างอิสระและบรรลุฉันทามติ ในทางกลับกัน Danksharding ใช้ผู้เสนอบล็อกเดียวเพื่อขจัดความซับซ้อนและปัญหาคอขวดด้านประสิทธิภาพที่เกิดจากผู้เสนอหลายรายในการแบ่งส่วนแบบดั้งเดิม Beacon Chain, เป็นเลเยอร์ฉันทามติหลักของ Ethereum 2.0, มีบทบาทสําคัญในกระบวนการนี้. มันจัดการและประสานงานผู้ตรวจสอบทั้งหมดในเครือข่าย Ethereum เพื่อให้มั่นใจในความปลอดภัยและความสอดคล้อง ภายในเฟรมเวิร์ก Danksharding, Beacon Chain รักษาสถานะผู้ตรวจสอบความถูกต้องและอํานวยความสะดวกในการสื่อสารข้ามส่วนแบ่งข้อมูลและการซิงโครไนซ์ข้อมูล, ร่วมกันเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวมของ Ethereum 2.0.

การดำเนินการของ Danksharding จะดำเนินการในหลาย ๆ ระยะเวลา โดยเริ่มต้น proto-danksharding ถูกนำเสนอเป็นระยะเปลี่ยนแปลงในระหว่างการอัพเกรด Cancun ของ Ethereum โดยใช้ EIP-4844 มันสนับสนุนเทคโนโลยี Rollup เพื่อลดค่าใช้จ่ายในการเก็บข้อมูล ซึ่งเป็นพื้นฐานสำหรับการดำเนินการทั้งหมดของ Danksharding อีกทั้ง Danksharding ยังจะเสริมความปลอดภัยของ Ethereum โดยป้องกันภัยคุกคามที่เป็นไปได้เช่น การโจมตี 51% ในขณะเดียวกันยังปรับปรุงความต้องการด้านการคำนวณและการจัดเก็บข้อมูลในเครือข่ายเพื่อสนับสนุนแอพพลิเคชันแบบกระจายขนาดใหญ่

แหล่งที่มา: การแบ่งส่วน ETH 2.0 - อธิบายการแบ่งส่วน

เทคโนโลยีการแบ่งส่วน Polkadot

Polkadot ประสบความสําเร็จในการแบ่งส่วนผ่านสถาปัตยกรรม "parachain" ที่เป็นนวัตกรรมใหม่ ทําให้บล็อกเชนอิสระสามารถทํางานภายในเครือข่ายเดียวกันในขณะที่บรรลุความสามารถในการทํางานร่วมกัน แต่ละ parachain เป็นเครือข่ายบล็อกเชนอิสระที่ประมวลผลข้อมูลและธุรกรรม Parachains เหล่านี้ได้รับการประสานงานและจัดการผ่าน Relay Chain ซึ่งให้กลไกฉันทามติแบบครบวงจรและรับประกันความปลอดภัยของเครือข่ายรวมถึงการซิงโครไนซ์ข้อมูลและความสม่ําเสมอใน parachains ทั้งหมด

Parachains ยังสามารถปรับแต่งได้ทําให้โครงสร้างการกํากับดูแลที่เป็นอิสระและฟังก์ชันการทํางานที่ปรับแต่งเพื่อตอบสนองความต้องการเฉพาะช่วยเพิ่มความยืดหยุ่นและความยืดหยุ่นของเครือข่ายได้อย่างมาก สถาปัตยกรรม parachain ของ Polkadot เหมาะอย่างยิ่งสําหรับแอปพลิเคชันแบบกระจายอํานาจ (DApps) ที่มีความต้องการสูงโดยเฉพาะในภาค DeFi, NFT และ DAO ซึ่งความสามารถในการปรับขนาดและความยืดหยุ่นได้รับการพิสูจน์แล้ว ตัวอย่างเช่น กลไกการประมูลสล็อต Parachain ของ Polkadot ช่วยให้ Parachain แต่ละตัวสามารถรักษาสิทธิ์การเชื่อมต่อกับ Relay Chain และใช้ทรัพยากรการคํานวณเฉพาะในช่วงระยะเวลาการเช่า ด้วยการเพิ่ม parachains มากขึ้น Polkadot สามารถบรรลุปริมาณการทําธุรกรรมที่สูงขึ้นและค่าธรรมเนียมที่ต่ํากว่า

ใน Polkadot 1.0 การจัดสรรทรัพยากรหลักถูกกำหนดผ่านระบบการประมูลที่เป็นเวลาสองปี ในเวอร์ชัน 2.0 การจัดสรรทรัพยากรกลายเป็นเป็นอย่างยืดหยุ่นมากขึ้น โดยที่เมื่อพาราเชนมากขึ้นและทรัพยากรถูกกระจายไปโดยอัตโนมัติ Polkadot กำลังจะกลายเป็นระบบนิเวศหลายโซ่ที่มีประสิทธิภาพที่สนับสนุนการใช้งานโซ่จำนวนมากของแอพพลิเคชันที่มีลักษณะดีเซนทรัล

แหล่งที่มา: Polkadot v1.0

เทคโนโลยีการแบ่งส่วน NEAR

โปรโตคอล NEAR ใช้เทคโนโลยีการแบ่งส่วนแบบไดนามิก Nightshade อย่างมีนวล ทำให้ระบบสามารถปรับจำนวนแชาร์ดได้อย่างยืดหยุ่นตามความต้องการของเครือข่าย รักษาการทำงานที่มีประสิทธิภาพและมั่นคงภายใต้ภาระงานที่แปรปรวน โครงสร้าง Nightshade ซึ่งนำมาใช้บนเครือข่ายหลัก NEAR สามารถประมวลผลปริมาณธุรกรรมที่มากและรองรับการพัฒนา DApp โดยเฉพาะอย่างมีประสิทธิภาพในเงื่อนไขภาระงานที่สูง

ข้อได้เปรียบหลักของ Nightshade อยู่ที่ความสามารถในการแบ่งส่วนแบบไดนามิก ซึ่งปรับจํานวนส่วนแบ่งข้อมูลแบบเรียลไทม์เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพเครือข่ายและความสามารถในการปรับขนาด ด้วยการอัพเกรดระยะที่ 2 ที่กําลังจะมาถึง NEAR ได้แนะนําการปรับปรุงที่สําคัญให้กับสถาปัตยกรรมที่มีอยู่รวมถึงเทคโนโลยี "Stateless Validation" นวัตกรรมนี้ช่วยให้โหนดผู้ตรวจสอบ NEAR สามารถทํางานได้โดยไม่ต้องจัดเก็บสถานะส่วนแบ่งข้อมูลในเครื่อง แต่จะได้รับข้อมูล "พยานของรัฐ" แบบไดนามิกจากเครือข่ายเพื่อตรวจสอบความถูกต้อง วิธีการนี้ช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการประมวลผลส่วนแบ่งข้อมูลลดความต้องการฮาร์ดแวร์สําหรับผู้ตรวจสอบความถูกต้องและช่วยให้มีส่วนร่วมในวงกว้าง ในขณะที่เทคโนโลยี sharding ยังคงพัฒนาอย่างต่อเนื่อง NEAR อยู่ในตําแหน่งที่ดีที่จะสนับสนุนการเติบโตของผู้ใช้ขนาดใหญ่และเป็นรากฐานทางสถาปัตยกรรมสําหรับการนําแอปพลิเคชันแบบกระจายอํานาจมาใช้อย่างกว้างขวาง

Source: NEAR Protocolคืออะไร? ระบบปฏิบัติการบล็อกเชน (BOS)

เทคโนโลยีการแบ่งส่วน TON

สถาปัตยกรรม TON ใช้โครงสร้างหลายชั้นที่ประกอบด้วยมาสเตอร์เชนและเวิร์กเชนทําให้มั่นใจได้ถึงการทํางานของเครือข่ายที่มีประสิทธิภาพและการสื่อสารข้ามสายโซ่ที่ราบรื่น มาสเตอร์เชนทําหน้าที่เป็นบัญชีแยกประเภทหลักของเครือข่ายจัดเก็บส่วนหัวของบล็อกสําหรับเวิร์กเชนทั้งหมดและจัดการสถานะเครือข่ายโดยรวมรวมถึงการอัปเกรดโปรโตคอลและการเลือกตั้งผู้ตรวจสอบความถูกต้อง Workchains เป็นเครือข่ายย่อยอิสระภายในเครือข่าย TON ซึ่งแต่ละเครือข่ายมีความเชี่ยวชาญในสถานการณ์การใช้งานเฉพาะหรือความต้องการทางธุรกิจจึงบรรลุความยืดหยุ่นและความเชี่ยวชาญของเครือข่าย

TON เน้นความเข้ากันได้ข้ามสายโซ่ทําให้สามารถโต้ตอบกับเครือข่ายบล็อกเชนอื่น ๆ ได้อย่างราบรื่นเพื่อเพิ่มความสามารถในการใช้งานระบบนิเวศและฟังก์ชันระหว่างบล็อกเชน หนึ่งในนวัตกรรมที่โดดเด่นที่สุดของ TON คือกระบวนทัศน์การแบ่งส่วนที่ไม่มีที่สิ้นสุดทําให้เครือข่ายสามารถปรับจํานวนส่วนแบ่งข้อมูลแบบไดนามิกตามภาระธุรกรรม ภายใต้ภาระงานสูง TON จะแยกชิ้นส่วนเพื่อจัดการกับธุรกรรมที่มากขึ้น ภายใต้ภาระที่ต่ําส่วนแบ่งข้อมูลจะรวมเข้าด้วยกันเพื่ออนุรักษ์ทรัพยากรและปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวม การออกแบบมาตราส่วนแนวนอนนี้ช่วยให้ TON สามารถตอบสนองความต้องการในการทําธุรกรรมที่เพิ่มขึ้นโดยไม่ลดทอนประสิทธิภาพรองรับแอปพลิเคชันที่มีปริมาณมากเช่น DeFi

นอกจากนี้ TON ยังนำเสนอเทคโนโลยี Hypercube ที่เวลาการส่งข้อมูลเติบโตเป็นลอการิทึมกับจำนวนของบล็อกเชน นี่หมายความว่า แม้ว่าเครือข่าย TON จะขยายตัวไปสู่ล้านๆ ชุดของบล็อกเชนก็ตาม ความเร็วในการประมวลผลและเวลาตอบสนองของ TON ยังคงเป็นไปตามปกติ จากทฤษฎี TON สามารถรองรับการทำงานได้สูงสุดถึง 4.3 พันล้านชุด แม้กระทั่งในการนำมาใช้ในปัจจุบัน TON ยังคงเป็นเพียงเครือข่ายหลักและเครือข่ายฐานเท่านั้น โครงสร้างนวัตกรรมนี้เป็นการสร้างแสดงให้เห็นถึงศักยภาพของ TON ในสภาวะภาระของงานที่สูงและสภาวะการทำงานพร้อมกันที่สูง และส่งผลให้เกิดการนำเทคโนโลยีบล็อกเชนเข้าสู่การใช้งานอย่างแพร่หลาย

Source: การแบ่งส่วน | เครือข่ายเปิด

ทิศทางการวิจัยในอนาคต

การพัฒนาที่มีศักยภาพในเทคโนโลยีการแบ่งส่วน

• ความเข้ากันได้ข้ามเชน: ด้วยความคืบหน้าทางเทคโนโลยีการแบ่งส่วน การสื่อสารระหว่างเชนจะกลายเป็นสิ่งที่สำคัญมากขึ้นโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อความต้องการในการแลกเปลี่ยนข้อมูลและสินทรัพย์ระหว่างเครือข่ายบล็อกเชนที่แตกต่างกันเพิ่มมากขึ้น ทางเทคโนโลยีการแบ่งส่วนในอนาคตอาจจะผสานโปรโตคอลการสื่อสารข้ามเชน เช่น Polkadot’s Relay Chain และ Cosmos’s IBC เพื่อเปิดทางให้การจับต่อที่ไม่มีภายในและระหว่างส่วนและเชนเป็นไปอย่างราบรื่น
• การรักษาความปลอดภัยที่ดีขึ้นผ่านการบริหารจัดการชาร์ด: การปรับแก้ไขชาร์ดแบบไดนามิกและกลไกการบริหารจัดการที่ยืดหยุ่นจะกลายเป็นจุดศูนย์กลางของการวิจัยในอนาคต การมีส่วนร่วมของชุดข้อมูลยังพบความท้าทายในการสมดุลความปลอดภัยและการกระจายอำนาจ รูปแบบการรักษาความปลอดภัยที่เกิดขึ้นใหม่ เช่น กลไกแรงจูงใจทางเศรษฐกิจและการแบ่งปันผู้ตรวจสอบชาร์ด จะถูกสำรวจเพื่อลดความเสี่ยงของการโจมตีชาร์ด
• การผสานรวมกับการป้องกันความเป็นส่วนตัว: การผสานรวมระหว่างการแบ่งส่วนและการป้องกันความเป็นส่วนตัวจะเป็นสิ่งสำคัญในแอปพลิเคชันที่มีข้อมูลที่อ่อนไหว เทคโนโลยีเช่นพิสูจน์ที่ไม่เปิดเผยข้อมูลและ Trusted Execution Environments (TEE) อาจกลายเป็นส่วนสำคัญของการแบ่งส่วน ทำให้มั่นใจได้ในความปลอดภัยของข้อมูลเมื่อเชนแบ่งส่วนขยายตัว

การรวมตัวและนวัตกรรมที่เป็นไปได้ในสถาปัตยกรรมบล็อกเชนอื่น ๆ

• นวัตกรรม Hybrid Architecture: อนาคตของสถาปัตยกรรมบล็อกเชนอาจผสมผสานเทคโนโลยีหลายอย่าง เช่นการรวม sharding กับ DAG (Directed Acyclic Graph) หรือสถาปัตยกรรมบล็อกเชนหลายชั้น โซ่หลายชั้นสามารถใช้ master chain และ side chain เพื่อให้การแบ่งส่วนข้อมูลและการขยายตัวข้ามโซ่มีประสิทธิภาพมากขึ้น ตัวอย่างเช่น โซ่หลักอาจเน้นที่ความปลอดภัยและความเห็นชอบในขณะที่ side chain จัดการการประมวลผลชาร์ดที่ยืดหยุ่นมากขึ้น
• การปรับตัวให้เข้ากับ Quantum Computing: เมื่อการประมวลผลควอนตัมก้าวหน้าสถาปัตยกรรมบล็อกเชนจะพิจารณาความเข้ากันได้ของควอนตัมมากขึ้น ข้อได้เปรียบด้านการคํานวณและการเข้ารหัสของการประมวลผลควอนตัมอาจช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการแบ่งส่วนได้ ในเวลาเดียวกันต้องใช้ความระมัดระวังกับภัยคุกคามควอนตัมกับอัลกอริธึมการเข้ารหัสในปัจจุบันโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการสื่อสารระหว่างส่วนแบ่งข้อมูลและกลไกการตรวจสอบความถูกต้อง
• การจัดการชาร์ดด้วยปัญญาประดิษฐ์ขับเคลื่อนด้วยปัญญาประดิษฐ์และเรียนรู้ของเครื่องสามารถนำมาใช้ในการอัตโนมัติและปรับปรุงเครือข่ายการแบ่งส่วนโดยเฉพาะในการทำนายภาระของชาร์ด การทำนายการจราจร และการปรับการ์ดไดนามิก ในอนาคต การจัดการชาร์ดด้วยปัญญาประดิษฐ์จะทำให้บล็อกเชนสามารถปรับการจัดสิทธิทรัพยากรอย่างยืดหยุ่นเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของเครือข่ายโดยรวมและประสบการณ์ของผู้ใช้

สรุป

เทคโนโลยี Sharding แบ่งเครือข่ายบล็อกเชนออกเป็น "ส่วนแบ่งข้อมูล" ที่เป็นอิสระและขนานกันหลายส่วน ซึ่งช่วยลดภาระในแต่ละโหนดได้อย่างมีประสิทธิภาพและเพิ่มความสามารถในการประมวลผลธุรกรรม มันกําลังกลายเป็นจุดสนใจหลักในการเพิ่มขีดความสามารถให้กับสาขาบล็อกเชน ตั้งแต่ Danksharding ของ Ethereum 2.0 ไปจนถึงกระบวนทัศน์ Sharding ที่ไม่มีที่สิ้นสุดของ TON เครือข่ายบล็อกเชนจํานวนมากขึ้นกําลังสํารวจและใช้เทคโนโลยีการแบ่งส่วนเพื่อตอบสนองความต้องการที่เพิ่มขึ้นสําหรับปริมาณธุรกรรม ในขณะเดียวกันความท้าทายเช่นความเข้ากันได้ข้ามสายโซ่และความพร้อมใช้งานของข้อมูลได้ส่งเสริมนวัตกรรมทางเทคโนโลยีใหม่ ๆ ทําให้การทํางานร่วมกันและการไหลของสินทรัพย์ระหว่างบล็อกเชนที่แตกต่างกัน

อย่างไรก็ตามการนําเทคโนโลยี sharding มาใช้นั้นไม่ได้มีความท้าทาย ประเด็นต่างๆเช่นความปลอดภัยความสอดคล้องของข้อมูลและประสิทธิภาพของการสื่อสารข้ามที่ใช้ร่วมกันจําเป็นต้องมีความก้าวหน้าเพิ่มเติม เมื่อมองไปข้างหน้าเทคโนโลยี Sharding จะยังคงขับเคลื่อนบล็อกเชนไปสู่ยุคใหม่ของแอปพลิเคชันที่มีประสิทธิภาพสูงและแพร่หลาย เมื่อเทคโนโลยีเติบโตขึ้นสถาปัตยกรรม sharding จะมีความยืดหยุ่นและปลอดภัยมากขึ้นสนับสนุนแอปพลิเคชันแบบกระจายอํานาจ (DApps) และนวัตกรรมทางการเงินมากขึ้นในที่สุดก็นําความยั่งยืนและนวัตกรรมมาสู่ระบบนิเวศบล็อกเชนทั่วโลก