Menggagas Blockchain dengan Sharding: Dari Arsitektur hingga Aplikasi Beragam

Lanjutan11/23/2024, 2:24:11 PM
Sharding adalah solusi inti untuk masalah skalabilitas blockchain. Ini membagi jaringan blockchain menjadi beberapa shard independen untuk memungkinkan pemrosesan paralel. Artikel ini memperkenalkan asal-usul teknologi sharding, jenis, dan strategi implementasinya. Ini memberikan analisis mendalam tentang bentuk-bentuk berbeda seperti network sharding, transaction sharding, dan state sharding, mengeksplorasi kelebihan dan tantangannya. Dengan menggunakan contoh seperti Danksharding Ethereum 2.0, itu membahas bagaimana teknologi sharding meningkatkan kinerja dan interoperabilitas blockchain, menawarkan gagasan baru untuk pengembangan berkelanjutan dari ekosistem blockchain.

Pengantar

Skalabilitas telah lama menjadi tantangan bagi sebagian besar blockchain publik di bidang blockchain. Misalnya, Bitcoin mengalami perdebatan skalabilitas selama tiga tahun, dan Ethereum mengalami kemacetan jaringan akibat permainan sederhana, CryptoKitties. Untuk mengatasi masalah ini, berbagai solusi telah diusulkan di industri, termasuk skalabilitas jangka pendek dengan meningkatkan ukuran blok, mengorbankan sebagian desentralisasi melalui mekanisme konsensus DPoS, menggunakan struktur alternatif seperti DAG, dan metode skalabilitas off-chain seperti subchain dan sidechain.

Di antaranya, teknologi sharding dianggap sebagai solusi yang efektif dan mendasar. Pada Konferensi Pengembang 2016, pendiri Ethereum Vitalik Buterin menerbitkan Ethereum 2.0 "kertas ungu," memperkenalkan gagasan memproses transaksi melalui sharding. Sebagai arah penting untuk skalabilitas blockchain, teknologi sharding secara dinamis mengalokasikan sumber daya komputasi melalui pemrosesan paralel, meningkatkan skalabilitas jaringan blockchain dan meletakkan landasan teknis untuk mendukung transaksi global frekuensi tinggi.


Solusi Skalabilitas Blockchain Saat Ini

Gambaran Teknologi Sharding

Asal Usul Ide

Teknologi sharding berasal dari partisi database, yang bertujuan untuk membagi database besar menjadi segmen yang lebih kecil untuk pemrosesan data yang lebih efisien. Ide menggabungkan teknologi sharding dengan blockchain pertama kali diusulkan pada tahun 2015. Sepasang peneliti dari National University of Singapore, Prateek Saxena, dan Loi Luu, mempresentasikan makalah di Konferensi Keamanan Internasional CCS. Mereka secara inovatif membagi jaringan blockchain menjadi "fragmen" yang mampu memproses transaksi secara bersamaan, memberikan solusi baru untuk masalah skalabilitas blockchain publik.

Selanjutnya, pasangan peneliti ini mengubah teori menjadi praktik, mengembangkan proyek berbasis sharding pertama, Zilliqa. Zilliqa mengadopsi mekanisme konsensus hibrida antara pBFT dan PoW, menjadi rantai publik yang paling efisien untuk pemrosesan transaksi. Selanjutnya, teknologi sharding juga mendapat pengakuan dari pendiri Ethereum, Vitalik Buterin. Pada tahun 2016, Ethereum mengusulkan desain sharding dua lapis, membagi jaringan Ethereum 2.0 menjadi rantai utama dan rantai shard. Rantai utama, melalui Kontrak Pengelola Validasi (VMC), mengatur operasi rantai shard, sementara rantai shard menggunakan mekanisme konsensus PoS untuk memproses data transaksi dan menghasilkan blok validasi. Sementara itu, VMC memastikan validitas transaksi dan transfer data antar shard yang lancar melalui model UTXO dan pohon tanda terima.


Alur Peningkatan Sharding Ethereum 2.0

Sejak saat itu, seiring teknologi sharding terus berkembang, serangkaian proyek inovatif telah muncul, mendorong terciptanya terobosan dalam skalabilitas blockchain. Proyek-proyek ini tidak hanya mengeksplor potensi sharding dalam kecepatan pemrosesan dan efisiensi jaringan tetapi juga memberikan dukungan kuat untuk aplikasi komersial berskala besar potensial, yang menjanjikan untuk memajukan teknologi blockchain menuju narasi baru tentang efisiensi tinggi dan aplikasi yang luas.

Definisi Sharding

Teknologi Sharding adalah metode untuk mengoptimalkan arsitektur blockchain dengan membagi jaringan blockchain menjadi beberapa “shard” independen untuk memungkinkan pemrosesan data secara paralel. Setiap shard beroperasi sebagai unit pemrosesan independen yang mampu menjalankan transaksi dan menangani data secara mandiri, dengan demikian secara efektif mendistribusikan beban komputasi dan penyimpanan jaringan. Pendekatan ini tidak hanya secara signifikan meningkatkan kecepatan pemrosesan transaksi dari jaringan blockchain tetapi juga mengoptimalkan persyaratan penyimpanan node. Node tidak lagi perlu mempertahankan data lengkap dari seluruh blockchain. Dengan demikian, sharding meningkatkan skalabilitas dan kinerja jaringan blockchain tanpa mengorbankan keamanan jaringan secara keseluruhan, memberikan dukungan teknis untuk aplikasi berbasis skala besar.


Sumber: Arsitektur dan Metodologi Baru untuk Blockchain Sharding Berkinerja Tinggi

Jenis-jenis Sharding

Teknologi sharding dapat dikategorikan ke dalam tiga tipe utama: network sharding, transaction sharding, dan state sharding. Prinsip intinya terletak pada “membagi keseluruhan menjadi bagian-bagian dan mengelolanya secara terpisah,” memungkinkan beberapa shard untuk memproses transaksi yang berbeda secara bersamaan dan kemudian menggabungkan hasilnya pada rantai utama, sehingga meningkatkan kinerja keseluruhan jaringan blockchain.

  1. Sharding Jaringan
    Sharding jaringan adalah bentuk dasar sharding di mana mekanisme sharding lainnya dibangun. Kunci dari sharding jaringan terletak pada memastikan keamanan dan mencegah serangan oleh node jahat. Secara khusus, ini melibatkan pemilihan acak sekelompok node untuk membentuk shard dan mendirikan konsensus independen di dalam shard untuk menangani transaksi. Metode ini secara signifikan meningkatkan konkurensi jaringan karena beberapa shard secara bersamaan memproses transaksi yang tidak terkait, sehingga meningkatkan kinerja sistem. Zilliqa adalah contoh khas dari blockchain yang menggunakan sharding jaringan, menggabungkan mekanisme konsensus PoW dan pBFT untuk meningkatkan kecepatan. PoW mencegah serangan Sybil, memastikan hanya node yang sah yang berpartisipasi dalam sharding, sementara pBFT memfasilitasi konsensus transaksi yang cepat, secara signifikan meningkatkan kecepatan konfirmasi.

  2. Sharding Transaksi
    Sharding transaksi melibatkan mendistribusikan transaksi yang berbeda ke berbagai shard untuk diproses, dengan demikian mempercepat kecepatan penanganan transaksi seluruh jaringan. Transaksi umumnya dialokasikan berdasarkan alamat pengirim, mengelompokkan transaksi terkait untuk mencegah pengeluaran ganda. Misalnya, jika satu alamat memulai dua transaksi yang saling bertentangan, mereka akan segera diidentifikasi dan dicegah di dalam shard yang sama. Dalam kasus di mana transaksi terjadi di seluruh shard, komunikasi antar-shard digunakan untuk mendeteksi dan memblokir pengeluaran ganda. Model UTXO dapat lebih meningkatkan efisiensi sharding transaksi, meskipun mungkin ada masalah seperti membagi transaksi besar. Kematangan sharding transaksi telah maju secara signifikan, memungkinkan beberapa mekanisme konsensus untuk bekerja secara paralel.

  3. State Sharding
    State sharding adalah jenis sharding yang paling kompleks dan menantang. Kuncinya terletak pada memastikan bahwa setiap pecahan hanya mempertahankan keadaan internalnya daripada seluruh keadaan global blockchain, sehingga mendistribusikan persyaratan penyimpanan data. Namun, ketika transaksi cross-shard terjadi, shard yang terlibat harus berbagi status transaksi, membutuhkan komunikasi antar-shard yang sering yang dapat mengurangi kinerja. Selain itu, sharding negara menghadapi tantangan dalam konsistensi data dan toleransi kesalahan: jika shard diserang dan offline, validasi datanya mungkin terpengaruh. Mengatasi masalah ini mungkin memerlukan cadangan status global pada setiap node, tetapi cadangan tersebut bertentangan dengan maksud penyimpanan terdesentralisasi dari sharding negara dan dapat menimbulkan risiko sentralisasi.

Strategi Implementasi Sharding

Arsitektur Sharding

Desain arsitektur Sharding adalah inti dari teknologi Sharding, mencakup konsep desain rantai utama dan subrantai, serta alokasi node di dalam dan lintas shard. Dalam arsitektur ini, rantai utama mempertahankan konsensus jaringan dan keamanan, berfungsi sebagai inti dari blockchain, mengoordinasikan operasi subrantai, dan memastikan konsistensi global. Subrantai adalah wilayah independen yang berasal dari rantai utama, masing-masing berfokus pada pemrosesan jenis transaksi dan kontrak pintar tertentu, sehingga mencapai paralelisme independen untuk meningkatkan efisiensi kinerja dan skalabilitas.

Selain itu, node-node dalam arsitektur sharding dibagi menjadi dua peran: node subchain, bertanggung jawab untuk mempertahankan catatan transaksi dan status dalam shard mereka sambil berpartisipasi dalam konsensus untuk memvalidasi transaksi, dan node cross-subchain, bertugas untuk mentransmisikan informasi dan memperbarui status di seluruh shard untuk memastikan koordinasi dan sinkronisasi antara main chain dan subchain. Pembagian peran yang terperinci ini meningkatkan pemanfaatan sumber daya dan meningkatkan kapasitas pemrosesan transaksi secara keseluruhan, membentuk dasar yang kokoh untuk ekspansi dan operasi efisien jaringan blockchain.


Sumber: newcomputerworld

Sampel Acak

Mekanisme pemilihan dan pengambilan sampel acak sangat penting untuk memastikan keamanan dan keadilan arsitektur sharding. Kuncinya terletak pada pemilihan node secara acak untuk membentuk shard dan mencegah penyerang jahat mengendalikan satu shard. Selama pemilihan node, seringkali digunakan algoritma pembangkitan angka acak berbasis hash untuk memastikan keadilan dan desentralisasi, menghilangkan bias berdasarkan lokasi geografis atau perilaku historis. Hal ini memastikan semua node memiliki kesempatan yang sama untuk dipilih ke dalam shard yang berbeda, meningkatkan desentralisasi jaringan dan ketahanan terhadap sensor.

Untuk mencegah penyerang memanipulasi shard dengan mengendalikan node tertentu, arsitektur sharding biasanya memperkenalkan beberapa mekanisme seleksi dan strategi alokasi node dinamis. Misalnya, ketika jumlah node dalam pecahan mencapai ambang batas yang ditetapkan, sistem secara otomatis memicu reorganisasi beling, secara acak memilih node baru untuk bergabung dan memastikan distribusi node dalam pecahan tidak menjadi terlalu terkonsentrasi. Selain itu, mekanisme "shard rebalancing" secara berkala menyesuaikan distribusi node di seluruh shard, mencegah penyerang mengeksploitasi konsentrasi node untuk menyerang atau memanipulasi shard. Mekanisme ini secara efektif mengurangi risiko kegagalan titik tunggal dalam arsitektur sharding dan memperkuat pertahanan jaringan terhadap serangan berbahaya.


Sumber: Algoritma Konsensus Sharding yang Efektif untuk Sistem Blockchain

Tantangan dan Solusi dalam Sharding

Masalah Keamanan

Serangan adversarial adaptif merujuk pada serangan di mana pelaku jahat memanfaatkan pengetahuan mereka tentang kondisi jaringan untuk menargetkan shard tertentu dalam jaringan blockchain. Penyerang dapat memanipulasi transaksi, merusak data, atau mengganggu proses konfirmasi transaksi untuk mencapai tujuan mereka. Karena setiap shard dalam arsitektur sharded memiliki jumlah node yang relatif lebih sedikit, menjadi lebih mudah bagi penyerang untuk berkonsentrasi pada satu shard, meningkatkan risiko keamanan. Untuk mengatasi masalah ini, langkah-langkah harus diambil untuk memastikan integritas shard.

Salah satu solusi efektif adalah dengan memperkenalkan mekanisme verifikasi berlapis dan protokol konsensus lintas bersama. Secara khusus, beberapa node validasi harus didirikan dalam setiap shard untuk secara kolaboratif mengkonfirmasi transaksi, dengan demikian meningkatkan kompleksitas dan biaya serangan. Selain itu, protokol konsensus lintas shard memfasilitasi berbagi informasi dan validasi status antara shard, memastikan koordinasi dan konsistensi di seluruh jaringan serta mencegah serangan pada satu shard dari mengancam keseluruhan jaringan. Mekanisme ini secara signifikan meningkatkan ketangguhan arsitektur sharded terhadap serangan dan mengurangi risiko yang ditimbulkan oleh ancaman lawan yang adaptif.

Tantangan Ketersediaan Data

Ketersediaan data adalah tantangan kritis lain dalam teknologi sharding. Seiring dengan adopsi yang semakin luas, memverifikasi dengan efisien aksesibilitas dan integritas data di setiap shard menjadi penting untuk menjaga stabilitas jaringan blockchain. Salah satu pendekatan untuk mengatasi tantangan ini adalah dengan mengambil sampel bagian dataset untuk dengan cepat memverifikasi ketersediaan keseluruhan dataset. Metode ini mengurangi beban komputasi untuk memeriksa semua data, meningkatkan efisiensi sistem secara keseluruhan.

Selain itu, mekanisme verifikasi yang efektif harus dibangun. Misalnya, node-node yang berpartisipasi harus memberikan bukti ketersediaan data yang sesuai saat menghasilkan blok-blok baru. Hal ini sangat penting dalam transaksi lintas shard untuk memastikan konsistensi dan akurasi data antara shard.

Studi Kasus

Teknologi Sharding Ethereum 2.0

Dalam peta jalan skalabilitas Ethereum, Danksharding mewakili peningkatan revolusioner dan teknologi inti untuk mencapai skalabilitas skala besar di Ethereum 2.0. Tidak seperti metode sharding tradisional, Danksharding mengintegrasikan "pasar biaya gabungan" dan mengadopsi mekanisme pengusul blok tunggal, menyederhanakan proses transaksi cross-shard. Implementasi teknis secara bertahap akan beralih ke sharding penuh di Ethereum 2.0 melalui mekanisme seperti EIP-4844 dan proto-danksharding.

Keunikan Danksharding terletak pada desain struktural inovatifnya. Sharding tradisional membagi jaringan blockchain menjadi beberapa subrantai paralel, dengan setiap subrantai yang secara independen mengelola transaksi dan mencapai konsensus. Danksharding, di sisi lain, menggunakan proposer blok tunggal untuk menghilangkan kompleksitas dan bottleneck performa yang disebabkan oleh proposer ganda dalam sharding tradisional. Beacon Chain, sebagai lapisan konsensus inti dari Ethereum 2.0, memainkan peran penting dalam proses ini. Ini mengelola dan mengkoordinasikan semua validator dalam jaringan Ethereum, memastikan keamanan dan konsistensi. Dalam kerangka Danksharding, Beacon Chain mempertahankan status validator dan memfasilitasi komunikasi antar subrantai dan sinkronisasi data, secara kolektif meningkatkan performa Ethereum 2.0 secara keseluruhan.

Implementasi Danksharding akan dilakukan dalam beberapa fase. Awalnya, proto-danksharding diperkenalkan sebagai fase transisi selama upgrade Cancun Ethereum. Menggunakan EIP-4844, ini mendukung teknologi Rollup untuk mengurangi biaya penyimpanan data, membentuk dasar untuk implementasi penuh Danksharding. Selain itu, Danksharding akan meningkatkan keamanan Ethereum, mencegah ancaman potensial seperti serangan 51%, sambil mengoptimalkan permintaan komputasi dan penyimpanan dalam jaringan untuk mendukung aplikasi terdesentralisasi dalam skala besar.


Sumber: Membongkar ETH 2.0 - Penjelasan Sharding

Teknologi Polkadot Sharding

Polkadot mencapai sharding melalui arsitektur "parachain" inovatifnya, memungkinkan blockchain independen beroperasi dalam jaringan yang sama sambil mencapai interoperabilitas. Setiap parachain adalah jaringan blockchain independen yang memproses data dan transaksinya. Parachain ini dikoordinasikan dan dikelola melalui Relay Chain, yang menyediakan mekanisme konsensus yang terpadu dan memastikan keamanan jaringan, serta sinkronisasi data dan konsistensi di seluruh parachain.

Parachains juga dapat disesuaikan, memungkinkan struktur pemerintahan yang independen dan fungsionalitas yang disesuaikan untuk memenuhi persyaratan tertentu, sangat meningkatkan fleksibilitas dan skalabilitas jaringan. Arsitektur parachain Polkadot sangat cocok untuk aplikasi terdesentralisasi (DApps) dengan permintaan tinggi, terutama di sektor DeFi, NFT, dan DAO, di mana skalabilitas dan fleksibilitasnya telah terbukti. Misalnya, mekanisme lelang slot parachain Polkadot memungkinkan setiap parachain untuk mengamankan hak koneksi ke Relay Chain dan menggunakan sumber daya komputasi tertentu selama periode sewa. Dengan penambahan lebih banyak parachain, Polkadot dapat mencapai throughput transaksi yang lebih tinggi dan biaya yang lebih rendah.

Pada Polkadot 1.0, alokasi sumber daya inti ditentukan melalui sistem lelang dua tahun. Pada versi 2.0, alokasi sumber daya menjadi lebih fleksibel. Seiring dengan bergabungnya lebih banyak parachain dan distribusi sumber daya yang dinamis, Polkadot siap menjadi ekosistem multi-chain yang efisien yang mendukung berbagai aplikasi terdesentralisasi.


Sumber: Polkadot v1.0

Teknologi Sharding NEAR

Protokol NEAR menggunakan teknologi sharding dinamis Nightshade yang inovatif, memungkinkan sistem untuk menyesuaikan jumlah shard secara fleksibel berdasarkan permintaan jaringan, menjaga operasi efisien dan stabil dalam berbagai beban. Arsitektur Nightshade, yang berhasil diimplementasikan di mainnet NEAR, mengolah volume transaksi besar dan mendukung pengembangan DApp, terutama unggul dalam kondisi beban tinggi.

Keuntungan inti dari Nightshade terletak pada kemampuan sharding dinamisnya, yang menyesuaikan jumlah shard secara real-time untuk meningkatkan kinerja jaringan dan skalabilitas. Dengan upgrade Fase 2 yang akan datang, NEAR memperkenalkan peningkatan signifikan pada arsitektur yang ada, termasuk teknologi 'Stateless Validation'. Inovasi ini memungkinkan node validator NEAR beroperasi tanpa menyimpan secara lokal status shard, namun secara dinamis memperoleh informasi 'state witness' dari jaringan untuk validasi. Pendekatan ini meningkatkan efisiensi pengolahan shard, mengurangi persyaratan perangkat keras untuk validator, dan memungkinkan partisipasi yang lebih luas. Seiring dengan terus berkembangnya teknologi sharding, NEAR berada pada posisi yang baik untuk mendukung pertumbuhan pengguna dalam skala besar dan menyediakan fondasi arsitektur untuk adopsi luas aplikasi terdesentralisasi.


Sumber: Apa itu NEAR Protocol? Sistem Operasi Blockchain (BOS)

Teknologi Sharding TON

Arsitektur TON mengadopsi struktur multi-layer yang terdiri dari masterchain dan workchains, memastikan operasi jaringan yang efisien dan komunikasi cross-chain yang lancar. Masterchain berfungsi sebagai buku besar inti jaringan, menyimpan header blok untuk semua workchains dan mengelola keadaan jaringan secara keseluruhan, termasuk peningkatan protokol dan pemilihan validator. Workchains adalah subchains independen dalam jaringan TON, masing-masing mengkhususkan diri dalam skenario aplikasi atau kebutuhan bisnis tertentu, sehingga mencapai fleksibilitas dan spesialisasi jaringan.

TON menekankan kompatibilitas lintas rantai, memungkinkan interaksi tanpa batas dengan jaringan blockchain lainnya untuk meningkatkan kegunaan ekosistem dan fungsionalitas antar-blockchain. Salah satu inovasi TON yang paling menonjol adalah paradigma sharding tak terbatas, memungkinkan jaringan untuk secara dinamis menyesuaikan jumlah pecahan sesuai dengan beban transaksi. Di bawah beban tinggi, TON membagi pecahan untuk menangani lebih banyak transaksi; Di bawah beban rendah, pecahan bergabung untuk menghemat sumber daya dan meningkatkan efisiensi secara keseluruhan. Desain penskalaan horizontal ini memungkinkan TON untuk memenuhi permintaan transaksi yang meningkat tanpa mengorbankan kinerja, mendukung aplikasi volume tinggi seperti DeFi.

Selain itu, TON memperkenalkan teknologi Hiperkubus, di mana skala waktu transmisi data secara logaritmik dengan jumlah blockchain. Ini berarti bahwa bahkan saat jaringan TON berkembang menjadi jutaan rantai, kecepatan pemrosesan dan waktu responsnya tetap tidak terpengaruh. Secara teoritis, TON dapat mendukung hingga 4,3 miliar rantai kerja, meskipun implementasinya saat ini hanya mencakup masterchain dan rantai dasar. Arsitektur inovatif ini memperlihatkan potensi TON dalam lingkungan beban tinggi dan tingkat konkurensi tinggi, mendorong adopsi luas teknologi blockchain.


Sumber: Shards | Jaringan Terbuka

Arah Penelitian Masa Depan

Potensi Pengembangan Teknologi Sharding

  • Kompatibilitas Antar-Blockchain: Dengan kemajuan dalam teknologi sharding, komunikasi antar-Blockchain akan menjadi semakin penting, terutama seiring permintaan pertukaran informasi dan aset antara jaringan Blockchain yang berbeda semakin meningkat. Teknologi sharding di masa depan dapat lebih mengintegrasikan protokol komunikasi antar-Blockchain, seperti Relay Chain Polkadot dan IBC Cosmos, untuk memungkinkan interaksi yang mulus di seluruh shard dan chain.
  • Keamanan yang Ditingkatkan melalui Pengaturan Shard: Penyesuaian shard yang dinamis dan mekanisme pengaturan yang fleksibel akan menjadi fokus penelitian di masa depan. Rantai-rantai yang ter-shard masih menghadapi tantangan dalam menjaga keseimbangan antara keamanan dan desentralisasi. Model keamanan yang baru muncul, seperti mekanisme insentif ekonomi dan pembagian validator shard, akan dieksplorasi untuk mengurangi risiko serangan pada rantai-rantai yang ter-shard.
  • Integrasi dengan Perlindungan Privasi: Kombinasi antara sharding dan perlindungan privasi akan menjadi krusial dalam aplikasi yang peka terhadap data. Teknologi seperti bukti pengetahuan nol dan Lingkungan Eksekusi Terpercaya (TEE) dapat menjadi bagian integral dari sharding, memastikan keamanan data saat rantai terpisah berkembang.

Potensi Integrasi dan Inovasi dalam Arsitektur Blockchain Lainnya

  • Inovasi Arsitektur Hibrid: Arsitektur blockchain di masa depan mungkin menggabungkan beberapa teknologi, seperti mengintegrasikan sharding dengan DAG (Directed Acyclic Graph) atau arsitektur blockchain multi-layer. Rantai multi-layer dapat memanfaatkan rantai utama dan sampingan untuk mencapai sharding data yang lebih efisien dan ekspansi lintas rantai. Sebagai contoh, blockchain utama dapat fokus pada keamanan dan konsensus, sementara rantai sampingan menangani pemrosesan shard yang lebih fleksibel.
  • Menyesuaikan dengan Komputasi Kuantum: Seiring dengan kemajuan komputasi kuantum, arsitektur blockchain akan semakin mempertimbangkan kompatibilitas kuantum. Keuntungan komputasi dan enkripsi dari komputasi kuantum dapat meningkatkan efisiensi sharding secara potensial. Pada saat yang sama, langkah-langkah pencegahan harus diambil terhadap ancaman kuantum terhadap algoritma enkripsi saat ini, terutama dalam komunikasi antar-shard dan mekanisme validasi.
  • Manajemen Shard Cerdas Berbasis AI: Kecerdasan buatan dan pembelajaran mesin dapat diterapkan untuk mengotomatisasi dan mengoptimalkan jaringan sharding, terutama dalam prediksi beban shard, ramalan lalu lintas, dan penyesuaian shard dinamis. Di masa depan, manajemen shard yang didukung AI akan memungkinkan blockchain untuk secara adaptif mengoptimalkan alokasi sumber daya, meningkatkan efisiensi jaringan secara keseluruhan dan pengalaman pengguna.

Kesimpulan

Teknologi Sharding membagi jaringan blockchain menjadi beberapa "pecahan" independen dan paralel, yang secara efektif mengurangi beban pada node individu dan meningkatkan kemampuan pemrosesan transaksi. Ini menjadi fokus utama dalam memberdayakan bidang blockchain. Dari Danksharding Ethereum 2.0 hingga paradigma sharding tak terbatas TON, semakin banyak jaringan blockchain mengeksplorasi dan menerapkan teknologi sharding untuk memenuhi permintaan throughput transaksi yang terus meningkat. Sementara itu, tantangan seperti kompatibilitas lintas rantai dan ketersediaan data telah mendorong inovasi teknologi baru, memungkinkan kolaborasi dan aliran aset antara blockchain yang berbeda.

Namun, implementasi teknologi Sharding tidaklah tanpa tantangan. Masalah seperti keamanan, konsistensi data, dan efisiensi komunikasi antar shard memerlukan terobosan lebih lanjut. Melihat ke depan, teknologi Sharding akan terus mendorong blockchain menuju era baru kinerja tinggi dan aplikasi yang luas. Seiring dengan matangnya teknologi ini, arsitektur Sharding akan menjadi lebih fleksibel dan aman, mendukung lebih banyak aplikasi terdesentralisasi (DApps) dan inovasi keuangan, akhirnya membawa keberlanjutan dan inovasi yang lebih besar bagi ekosistem blockchain global.

Penulis: Smarci
Penerjemah: Panie
Pengulas: KOWEI、Piccolo、Elisa
Peninjau Terjemahan: Ashely、Joyce
* Informasi ini tidak bermaksud untuk menjadi dan bukan merupakan nasihat keuangan atau rekomendasi lain apa pun yang ditawarkan atau didukung oleh Gate.io.
* Artikel ini tidak boleh di reproduksi, di kirim, atau disalin tanpa referensi Gate.io. Pelanggaran adalah pelanggaran Undang-Undang Hak Cipta dan dapat dikenakan tindakan hukum.

Menggagas Blockchain dengan Sharding: Dari Arsitektur hingga Aplikasi Beragam

Lanjutan11/23/2024, 2:24:11 PM
Sharding adalah solusi inti untuk masalah skalabilitas blockchain. Ini membagi jaringan blockchain menjadi beberapa shard independen untuk memungkinkan pemrosesan paralel. Artikel ini memperkenalkan asal-usul teknologi sharding, jenis, dan strategi implementasinya. Ini memberikan analisis mendalam tentang bentuk-bentuk berbeda seperti network sharding, transaction sharding, dan state sharding, mengeksplorasi kelebihan dan tantangannya. Dengan menggunakan contoh seperti Danksharding Ethereum 2.0, itu membahas bagaimana teknologi sharding meningkatkan kinerja dan interoperabilitas blockchain, menawarkan gagasan baru untuk pengembangan berkelanjutan dari ekosistem blockchain.

Pengantar

Skalabilitas telah lama menjadi tantangan bagi sebagian besar blockchain publik di bidang blockchain. Misalnya, Bitcoin mengalami perdebatan skalabilitas selama tiga tahun, dan Ethereum mengalami kemacetan jaringan akibat permainan sederhana, CryptoKitties. Untuk mengatasi masalah ini, berbagai solusi telah diusulkan di industri, termasuk skalabilitas jangka pendek dengan meningkatkan ukuran blok, mengorbankan sebagian desentralisasi melalui mekanisme konsensus DPoS, menggunakan struktur alternatif seperti DAG, dan metode skalabilitas off-chain seperti subchain dan sidechain.

Di antaranya, teknologi sharding dianggap sebagai solusi yang efektif dan mendasar. Pada Konferensi Pengembang 2016, pendiri Ethereum Vitalik Buterin menerbitkan Ethereum 2.0 "kertas ungu," memperkenalkan gagasan memproses transaksi melalui sharding. Sebagai arah penting untuk skalabilitas blockchain, teknologi sharding secara dinamis mengalokasikan sumber daya komputasi melalui pemrosesan paralel, meningkatkan skalabilitas jaringan blockchain dan meletakkan landasan teknis untuk mendukung transaksi global frekuensi tinggi.


Solusi Skalabilitas Blockchain Saat Ini

Gambaran Teknologi Sharding

Asal Usul Ide

Teknologi sharding berasal dari partisi database, yang bertujuan untuk membagi database besar menjadi segmen yang lebih kecil untuk pemrosesan data yang lebih efisien. Ide menggabungkan teknologi sharding dengan blockchain pertama kali diusulkan pada tahun 2015. Sepasang peneliti dari National University of Singapore, Prateek Saxena, dan Loi Luu, mempresentasikan makalah di Konferensi Keamanan Internasional CCS. Mereka secara inovatif membagi jaringan blockchain menjadi "fragmen" yang mampu memproses transaksi secara bersamaan, memberikan solusi baru untuk masalah skalabilitas blockchain publik.

Selanjutnya, pasangan peneliti ini mengubah teori menjadi praktik, mengembangkan proyek berbasis sharding pertama, Zilliqa. Zilliqa mengadopsi mekanisme konsensus hibrida antara pBFT dan PoW, menjadi rantai publik yang paling efisien untuk pemrosesan transaksi. Selanjutnya, teknologi sharding juga mendapat pengakuan dari pendiri Ethereum, Vitalik Buterin. Pada tahun 2016, Ethereum mengusulkan desain sharding dua lapis, membagi jaringan Ethereum 2.0 menjadi rantai utama dan rantai shard. Rantai utama, melalui Kontrak Pengelola Validasi (VMC), mengatur operasi rantai shard, sementara rantai shard menggunakan mekanisme konsensus PoS untuk memproses data transaksi dan menghasilkan blok validasi. Sementara itu, VMC memastikan validitas transaksi dan transfer data antar shard yang lancar melalui model UTXO dan pohon tanda terima.


Alur Peningkatan Sharding Ethereum 2.0

Sejak saat itu, seiring teknologi sharding terus berkembang, serangkaian proyek inovatif telah muncul, mendorong terciptanya terobosan dalam skalabilitas blockchain. Proyek-proyek ini tidak hanya mengeksplor potensi sharding dalam kecepatan pemrosesan dan efisiensi jaringan tetapi juga memberikan dukungan kuat untuk aplikasi komersial berskala besar potensial, yang menjanjikan untuk memajukan teknologi blockchain menuju narasi baru tentang efisiensi tinggi dan aplikasi yang luas.

Definisi Sharding

Teknologi Sharding adalah metode untuk mengoptimalkan arsitektur blockchain dengan membagi jaringan blockchain menjadi beberapa “shard” independen untuk memungkinkan pemrosesan data secara paralel. Setiap shard beroperasi sebagai unit pemrosesan independen yang mampu menjalankan transaksi dan menangani data secara mandiri, dengan demikian secara efektif mendistribusikan beban komputasi dan penyimpanan jaringan. Pendekatan ini tidak hanya secara signifikan meningkatkan kecepatan pemrosesan transaksi dari jaringan blockchain tetapi juga mengoptimalkan persyaratan penyimpanan node. Node tidak lagi perlu mempertahankan data lengkap dari seluruh blockchain. Dengan demikian, sharding meningkatkan skalabilitas dan kinerja jaringan blockchain tanpa mengorbankan keamanan jaringan secara keseluruhan, memberikan dukungan teknis untuk aplikasi berbasis skala besar.


Sumber: Arsitektur dan Metodologi Baru untuk Blockchain Sharding Berkinerja Tinggi

Jenis-jenis Sharding

Teknologi sharding dapat dikategorikan ke dalam tiga tipe utama: network sharding, transaction sharding, dan state sharding. Prinsip intinya terletak pada “membagi keseluruhan menjadi bagian-bagian dan mengelolanya secara terpisah,” memungkinkan beberapa shard untuk memproses transaksi yang berbeda secara bersamaan dan kemudian menggabungkan hasilnya pada rantai utama, sehingga meningkatkan kinerja keseluruhan jaringan blockchain.

  1. Sharding Jaringan
    Sharding jaringan adalah bentuk dasar sharding di mana mekanisme sharding lainnya dibangun. Kunci dari sharding jaringan terletak pada memastikan keamanan dan mencegah serangan oleh node jahat. Secara khusus, ini melibatkan pemilihan acak sekelompok node untuk membentuk shard dan mendirikan konsensus independen di dalam shard untuk menangani transaksi. Metode ini secara signifikan meningkatkan konkurensi jaringan karena beberapa shard secara bersamaan memproses transaksi yang tidak terkait, sehingga meningkatkan kinerja sistem. Zilliqa adalah contoh khas dari blockchain yang menggunakan sharding jaringan, menggabungkan mekanisme konsensus PoW dan pBFT untuk meningkatkan kecepatan. PoW mencegah serangan Sybil, memastikan hanya node yang sah yang berpartisipasi dalam sharding, sementara pBFT memfasilitasi konsensus transaksi yang cepat, secara signifikan meningkatkan kecepatan konfirmasi.

  2. Sharding Transaksi
    Sharding transaksi melibatkan mendistribusikan transaksi yang berbeda ke berbagai shard untuk diproses, dengan demikian mempercepat kecepatan penanganan transaksi seluruh jaringan. Transaksi umumnya dialokasikan berdasarkan alamat pengirim, mengelompokkan transaksi terkait untuk mencegah pengeluaran ganda. Misalnya, jika satu alamat memulai dua transaksi yang saling bertentangan, mereka akan segera diidentifikasi dan dicegah di dalam shard yang sama. Dalam kasus di mana transaksi terjadi di seluruh shard, komunikasi antar-shard digunakan untuk mendeteksi dan memblokir pengeluaran ganda. Model UTXO dapat lebih meningkatkan efisiensi sharding transaksi, meskipun mungkin ada masalah seperti membagi transaksi besar. Kematangan sharding transaksi telah maju secara signifikan, memungkinkan beberapa mekanisme konsensus untuk bekerja secara paralel.

  3. State Sharding
    State sharding adalah jenis sharding yang paling kompleks dan menantang. Kuncinya terletak pada memastikan bahwa setiap pecahan hanya mempertahankan keadaan internalnya daripada seluruh keadaan global blockchain, sehingga mendistribusikan persyaratan penyimpanan data. Namun, ketika transaksi cross-shard terjadi, shard yang terlibat harus berbagi status transaksi, membutuhkan komunikasi antar-shard yang sering yang dapat mengurangi kinerja. Selain itu, sharding negara menghadapi tantangan dalam konsistensi data dan toleransi kesalahan: jika shard diserang dan offline, validasi datanya mungkin terpengaruh. Mengatasi masalah ini mungkin memerlukan cadangan status global pada setiap node, tetapi cadangan tersebut bertentangan dengan maksud penyimpanan terdesentralisasi dari sharding negara dan dapat menimbulkan risiko sentralisasi.

Strategi Implementasi Sharding

Arsitektur Sharding

Desain arsitektur Sharding adalah inti dari teknologi Sharding, mencakup konsep desain rantai utama dan subrantai, serta alokasi node di dalam dan lintas shard. Dalam arsitektur ini, rantai utama mempertahankan konsensus jaringan dan keamanan, berfungsi sebagai inti dari blockchain, mengoordinasikan operasi subrantai, dan memastikan konsistensi global. Subrantai adalah wilayah independen yang berasal dari rantai utama, masing-masing berfokus pada pemrosesan jenis transaksi dan kontrak pintar tertentu, sehingga mencapai paralelisme independen untuk meningkatkan efisiensi kinerja dan skalabilitas.

Selain itu, node-node dalam arsitektur sharding dibagi menjadi dua peran: node subchain, bertanggung jawab untuk mempertahankan catatan transaksi dan status dalam shard mereka sambil berpartisipasi dalam konsensus untuk memvalidasi transaksi, dan node cross-subchain, bertugas untuk mentransmisikan informasi dan memperbarui status di seluruh shard untuk memastikan koordinasi dan sinkronisasi antara main chain dan subchain. Pembagian peran yang terperinci ini meningkatkan pemanfaatan sumber daya dan meningkatkan kapasitas pemrosesan transaksi secara keseluruhan, membentuk dasar yang kokoh untuk ekspansi dan operasi efisien jaringan blockchain.


Sumber: newcomputerworld

Sampel Acak

Mekanisme pemilihan dan pengambilan sampel acak sangat penting untuk memastikan keamanan dan keadilan arsitektur sharding. Kuncinya terletak pada pemilihan node secara acak untuk membentuk shard dan mencegah penyerang jahat mengendalikan satu shard. Selama pemilihan node, seringkali digunakan algoritma pembangkitan angka acak berbasis hash untuk memastikan keadilan dan desentralisasi, menghilangkan bias berdasarkan lokasi geografis atau perilaku historis. Hal ini memastikan semua node memiliki kesempatan yang sama untuk dipilih ke dalam shard yang berbeda, meningkatkan desentralisasi jaringan dan ketahanan terhadap sensor.

Untuk mencegah penyerang memanipulasi shard dengan mengendalikan node tertentu, arsitektur sharding biasanya memperkenalkan beberapa mekanisme seleksi dan strategi alokasi node dinamis. Misalnya, ketika jumlah node dalam pecahan mencapai ambang batas yang ditetapkan, sistem secara otomatis memicu reorganisasi beling, secara acak memilih node baru untuk bergabung dan memastikan distribusi node dalam pecahan tidak menjadi terlalu terkonsentrasi. Selain itu, mekanisme "shard rebalancing" secara berkala menyesuaikan distribusi node di seluruh shard, mencegah penyerang mengeksploitasi konsentrasi node untuk menyerang atau memanipulasi shard. Mekanisme ini secara efektif mengurangi risiko kegagalan titik tunggal dalam arsitektur sharding dan memperkuat pertahanan jaringan terhadap serangan berbahaya.


Sumber: Algoritma Konsensus Sharding yang Efektif untuk Sistem Blockchain

Tantangan dan Solusi dalam Sharding

Masalah Keamanan

Serangan adversarial adaptif merujuk pada serangan di mana pelaku jahat memanfaatkan pengetahuan mereka tentang kondisi jaringan untuk menargetkan shard tertentu dalam jaringan blockchain. Penyerang dapat memanipulasi transaksi, merusak data, atau mengganggu proses konfirmasi transaksi untuk mencapai tujuan mereka. Karena setiap shard dalam arsitektur sharded memiliki jumlah node yang relatif lebih sedikit, menjadi lebih mudah bagi penyerang untuk berkonsentrasi pada satu shard, meningkatkan risiko keamanan. Untuk mengatasi masalah ini, langkah-langkah harus diambil untuk memastikan integritas shard.

Salah satu solusi efektif adalah dengan memperkenalkan mekanisme verifikasi berlapis dan protokol konsensus lintas bersama. Secara khusus, beberapa node validasi harus didirikan dalam setiap shard untuk secara kolaboratif mengkonfirmasi transaksi, dengan demikian meningkatkan kompleksitas dan biaya serangan. Selain itu, protokol konsensus lintas shard memfasilitasi berbagi informasi dan validasi status antara shard, memastikan koordinasi dan konsistensi di seluruh jaringan serta mencegah serangan pada satu shard dari mengancam keseluruhan jaringan. Mekanisme ini secara signifikan meningkatkan ketangguhan arsitektur sharded terhadap serangan dan mengurangi risiko yang ditimbulkan oleh ancaman lawan yang adaptif.

Tantangan Ketersediaan Data

Ketersediaan data adalah tantangan kritis lain dalam teknologi sharding. Seiring dengan adopsi yang semakin luas, memverifikasi dengan efisien aksesibilitas dan integritas data di setiap shard menjadi penting untuk menjaga stabilitas jaringan blockchain. Salah satu pendekatan untuk mengatasi tantangan ini adalah dengan mengambil sampel bagian dataset untuk dengan cepat memverifikasi ketersediaan keseluruhan dataset. Metode ini mengurangi beban komputasi untuk memeriksa semua data, meningkatkan efisiensi sistem secara keseluruhan.

Selain itu, mekanisme verifikasi yang efektif harus dibangun. Misalnya, node-node yang berpartisipasi harus memberikan bukti ketersediaan data yang sesuai saat menghasilkan blok-blok baru. Hal ini sangat penting dalam transaksi lintas shard untuk memastikan konsistensi dan akurasi data antara shard.

Studi Kasus

Teknologi Sharding Ethereum 2.0

Dalam peta jalan skalabilitas Ethereum, Danksharding mewakili peningkatan revolusioner dan teknologi inti untuk mencapai skalabilitas skala besar di Ethereum 2.0. Tidak seperti metode sharding tradisional, Danksharding mengintegrasikan "pasar biaya gabungan" dan mengadopsi mekanisme pengusul blok tunggal, menyederhanakan proses transaksi cross-shard. Implementasi teknis secara bertahap akan beralih ke sharding penuh di Ethereum 2.0 melalui mekanisme seperti EIP-4844 dan proto-danksharding.

Keunikan Danksharding terletak pada desain struktural inovatifnya. Sharding tradisional membagi jaringan blockchain menjadi beberapa subrantai paralel, dengan setiap subrantai yang secara independen mengelola transaksi dan mencapai konsensus. Danksharding, di sisi lain, menggunakan proposer blok tunggal untuk menghilangkan kompleksitas dan bottleneck performa yang disebabkan oleh proposer ganda dalam sharding tradisional. Beacon Chain, sebagai lapisan konsensus inti dari Ethereum 2.0, memainkan peran penting dalam proses ini. Ini mengelola dan mengkoordinasikan semua validator dalam jaringan Ethereum, memastikan keamanan dan konsistensi. Dalam kerangka Danksharding, Beacon Chain mempertahankan status validator dan memfasilitasi komunikasi antar subrantai dan sinkronisasi data, secara kolektif meningkatkan performa Ethereum 2.0 secara keseluruhan.

Implementasi Danksharding akan dilakukan dalam beberapa fase. Awalnya, proto-danksharding diperkenalkan sebagai fase transisi selama upgrade Cancun Ethereum. Menggunakan EIP-4844, ini mendukung teknologi Rollup untuk mengurangi biaya penyimpanan data, membentuk dasar untuk implementasi penuh Danksharding. Selain itu, Danksharding akan meningkatkan keamanan Ethereum, mencegah ancaman potensial seperti serangan 51%, sambil mengoptimalkan permintaan komputasi dan penyimpanan dalam jaringan untuk mendukung aplikasi terdesentralisasi dalam skala besar.


Sumber: Membongkar ETH 2.0 - Penjelasan Sharding

Teknologi Polkadot Sharding

Polkadot mencapai sharding melalui arsitektur "parachain" inovatifnya, memungkinkan blockchain independen beroperasi dalam jaringan yang sama sambil mencapai interoperabilitas. Setiap parachain adalah jaringan blockchain independen yang memproses data dan transaksinya. Parachain ini dikoordinasikan dan dikelola melalui Relay Chain, yang menyediakan mekanisme konsensus yang terpadu dan memastikan keamanan jaringan, serta sinkronisasi data dan konsistensi di seluruh parachain.

Parachains juga dapat disesuaikan, memungkinkan struktur pemerintahan yang independen dan fungsionalitas yang disesuaikan untuk memenuhi persyaratan tertentu, sangat meningkatkan fleksibilitas dan skalabilitas jaringan. Arsitektur parachain Polkadot sangat cocok untuk aplikasi terdesentralisasi (DApps) dengan permintaan tinggi, terutama di sektor DeFi, NFT, dan DAO, di mana skalabilitas dan fleksibilitasnya telah terbukti. Misalnya, mekanisme lelang slot parachain Polkadot memungkinkan setiap parachain untuk mengamankan hak koneksi ke Relay Chain dan menggunakan sumber daya komputasi tertentu selama periode sewa. Dengan penambahan lebih banyak parachain, Polkadot dapat mencapai throughput transaksi yang lebih tinggi dan biaya yang lebih rendah.

Pada Polkadot 1.0, alokasi sumber daya inti ditentukan melalui sistem lelang dua tahun. Pada versi 2.0, alokasi sumber daya menjadi lebih fleksibel. Seiring dengan bergabungnya lebih banyak parachain dan distribusi sumber daya yang dinamis, Polkadot siap menjadi ekosistem multi-chain yang efisien yang mendukung berbagai aplikasi terdesentralisasi.


Sumber: Polkadot v1.0

Teknologi Sharding NEAR

Protokol NEAR menggunakan teknologi sharding dinamis Nightshade yang inovatif, memungkinkan sistem untuk menyesuaikan jumlah shard secara fleksibel berdasarkan permintaan jaringan, menjaga operasi efisien dan stabil dalam berbagai beban. Arsitektur Nightshade, yang berhasil diimplementasikan di mainnet NEAR, mengolah volume transaksi besar dan mendukung pengembangan DApp, terutama unggul dalam kondisi beban tinggi.

Keuntungan inti dari Nightshade terletak pada kemampuan sharding dinamisnya, yang menyesuaikan jumlah shard secara real-time untuk meningkatkan kinerja jaringan dan skalabilitas. Dengan upgrade Fase 2 yang akan datang, NEAR memperkenalkan peningkatan signifikan pada arsitektur yang ada, termasuk teknologi 'Stateless Validation'. Inovasi ini memungkinkan node validator NEAR beroperasi tanpa menyimpan secara lokal status shard, namun secara dinamis memperoleh informasi 'state witness' dari jaringan untuk validasi. Pendekatan ini meningkatkan efisiensi pengolahan shard, mengurangi persyaratan perangkat keras untuk validator, dan memungkinkan partisipasi yang lebih luas. Seiring dengan terus berkembangnya teknologi sharding, NEAR berada pada posisi yang baik untuk mendukung pertumbuhan pengguna dalam skala besar dan menyediakan fondasi arsitektur untuk adopsi luas aplikasi terdesentralisasi.


Sumber: Apa itu NEAR Protocol? Sistem Operasi Blockchain (BOS)

Teknologi Sharding TON

Arsitektur TON mengadopsi struktur multi-layer yang terdiri dari masterchain dan workchains, memastikan operasi jaringan yang efisien dan komunikasi cross-chain yang lancar. Masterchain berfungsi sebagai buku besar inti jaringan, menyimpan header blok untuk semua workchains dan mengelola keadaan jaringan secara keseluruhan, termasuk peningkatan protokol dan pemilihan validator. Workchains adalah subchains independen dalam jaringan TON, masing-masing mengkhususkan diri dalam skenario aplikasi atau kebutuhan bisnis tertentu, sehingga mencapai fleksibilitas dan spesialisasi jaringan.

TON menekankan kompatibilitas lintas rantai, memungkinkan interaksi tanpa batas dengan jaringan blockchain lainnya untuk meningkatkan kegunaan ekosistem dan fungsionalitas antar-blockchain. Salah satu inovasi TON yang paling menonjol adalah paradigma sharding tak terbatas, memungkinkan jaringan untuk secara dinamis menyesuaikan jumlah pecahan sesuai dengan beban transaksi. Di bawah beban tinggi, TON membagi pecahan untuk menangani lebih banyak transaksi; Di bawah beban rendah, pecahan bergabung untuk menghemat sumber daya dan meningkatkan efisiensi secara keseluruhan. Desain penskalaan horizontal ini memungkinkan TON untuk memenuhi permintaan transaksi yang meningkat tanpa mengorbankan kinerja, mendukung aplikasi volume tinggi seperti DeFi.

Selain itu, TON memperkenalkan teknologi Hiperkubus, di mana skala waktu transmisi data secara logaritmik dengan jumlah blockchain. Ini berarti bahwa bahkan saat jaringan TON berkembang menjadi jutaan rantai, kecepatan pemrosesan dan waktu responsnya tetap tidak terpengaruh. Secara teoritis, TON dapat mendukung hingga 4,3 miliar rantai kerja, meskipun implementasinya saat ini hanya mencakup masterchain dan rantai dasar. Arsitektur inovatif ini memperlihatkan potensi TON dalam lingkungan beban tinggi dan tingkat konkurensi tinggi, mendorong adopsi luas teknologi blockchain.


Sumber: Shards | Jaringan Terbuka

Arah Penelitian Masa Depan

Potensi Pengembangan Teknologi Sharding

  • Kompatibilitas Antar-Blockchain: Dengan kemajuan dalam teknologi sharding, komunikasi antar-Blockchain akan menjadi semakin penting, terutama seiring permintaan pertukaran informasi dan aset antara jaringan Blockchain yang berbeda semakin meningkat. Teknologi sharding di masa depan dapat lebih mengintegrasikan protokol komunikasi antar-Blockchain, seperti Relay Chain Polkadot dan IBC Cosmos, untuk memungkinkan interaksi yang mulus di seluruh shard dan chain.
  • Keamanan yang Ditingkatkan melalui Pengaturan Shard: Penyesuaian shard yang dinamis dan mekanisme pengaturan yang fleksibel akan menjadi fokus penelitian di masa depan. Rantai-rantai yang ter-shard masih menghadapi tantangan dalam menjaga keseimbangan antara keamanan dan desentralisasi. Model keamanan yang baru muncul, seperti mekanisme insentif ekonomi dan pembagian validator shard, akan dieksplorasi untuk mengurangi risiko serangan pada rantai-rantai yang ter-shard.
  • Integrasi dengan Perlindungan Privasi: Kombinasi antara sharding dan perlindungan privasi akan menjadi krusial dalam aplikasi yang peka terhadap data. Teknologi seperti bukti pengetahuan nol dan Lingkungan Eksekusi Terpercaya (TEE) dapat menjadi bagian integral dari sharding, memastikan keamanan data saat rantai terpisah berkembang.

Potensi Integrasi dan Inovasi dalam Arsitektur Blockchain Lainnya

  • Inovasi Arsitektur Hibrid: Arsitektur blockchain di masa depan mungkin menggabungkan beberapa teknologi, seperti mengintegrasikan sharding dengan DAG (Directed Acyclic Graph) atau arsitektur blockchain multi-layer. Rantai multi-layer dapat memanfaatkan rantai utama dan sampingan untuk mencapai sharding data yang lebih efisien dan ekspansi lintas rantai. Sebagai contoh, blockchain utama dapat fokus pada keamanan dan konsensus, sementara rantai sampingan menangani pemrosesan shard yang lebih fleksibel.
  • Menyesuaikan dengan Komputasi Kuantum: Seiring dengan kemajuan komputasi kuantum, arsitektur blockchain akan semakin mempertimbangkan kompatibilitas kuantum. Keuntungan komputasi dan enkripsi dari komputasi kuantum dapat meningkatkan efisiensi sharding secara potensial. Pada saat yang sama, langkah-langkah pencegahan harus diambil terhadap ancaman kuantum terhadap algoritma enkripsi saat ini, terutama dalam komunikasi antar-shard dan mekanisme validasi.
  • Manajemen Shard Cerdas Berbasis AI: Kecerdasan buatan dan pembelajaran mesin dapat diterapkan untuk mengotomatisasi dan mengoptimalkan jaringan sharding, terutama dalam prediksi beban shard, ramalan lalu lintas, dan penyesuaian shard dinamis. Di masa depan, manajemen shard yang didukung AI akan memungkinkan blockchain untuk secara adaptif mengoptimalkan alokasi sumber daya, meningkatkan efisiensi jaringan secara keseluruhan dan pengalaman pengguna.

Kesimpulan

Teknologi Sharding membagi jaringan blockchain menjadi beberapa "pecahan" independen dan paralel, yang secara efektif mengurangi beban pada node individu dan meningkatkan kemampuan pemrosesan transaksi. Ini menjadi fokus utama dalam memberdayakan bidang blockchain. Dari Danksharding Ethereum 2.0 hingga paradigma sharding tak terbatas TON, semakin banyak jaringan blockchain mengeksplorasi dan menerapkan teknologi sharding untuk memenuhi permintaan throughput transaksi yang terus meningkat. Sementara itu, tantangan seperti kompatibilitas lintas rantai dan ketersediaan data telah mendorong inovasi teknologi baru, memungkinkan kolaborasi dan aliran aset antara blockchain yang berbeda.

Namun, implementasi teknologi Sharding tidaklah tanpa tantangan. Masalah seperti keamanan, konsistensi data, dan efisiensi komunikasi antar shard memerlukan terobosan lebih lanjut. Melihat ke depan, teknologi Sharding akan terus mendorong blockchain menuju era baru kinerja tinggi dan aplikasi yang luas. Seiring dengan matangnya teknologi ini, arsitektur Sharding akan menjadi lebih fleksibel dan aman, mendukung lebih banyak aplikasi terdesentralisasi (DApps) dan inovasi keuangan, akhirnya membawa keberlanjutan dan inovasi yang lebih besar bagi ekosistem blockchain global.

Penulis: Smarci
Penerjemah: Panie
Pengulas: KOWEI、Piccolo、Elisa
Peninjau Terjemahan: Ashely、Joyce
* Informasi ini tidak bermaksud untuk menjadi dan bukan merupakan nasihat keuangan atau rekomendasi lain apa pun yang ditawarkan atau didukung oleh Gate.io.
* Artikel ini tidak boleh di reproduksi, di kirim, atau disalin tanpa referensi Gate.io. Pelanggaran adalah pelanggaran Undang-Undang Hak Cipta dan dapat dikenakan tindakan hukum.
Mulai Sekarang
Daftar dan dapatkan Voucher
$100
!