فناوری بلاکچین از زمان پیدایش خود تحولی عظیم در حوزه امور مالی غیرمتمرکز، قراردادهای هوشمند و ارزهای دیجیتال ایجاد کرده است. با این حال، یکی از مهم‌ترین چالش‌های بلاکچین، مقیاس‌پذیری آن است؛ به این معنا که چگونه می‌توان تعداد تراکنش‌های بیشتر را در زمان کمتر و با کارایی بالاتر پردازش کرد. شاردینگ (Sharding) یکی از امیدبخش‌ترین راهکارهایی است که برای حل این چالش پیشنهاد شده است. در این مقاله به بررسی دقیق شاردینگ، انواع آن، مزایا و معایب، و تاثیر آن بر مقیاس‌پذیری بلاکچین می‌پردازیم.
شاردینگ چیست؟
شاردینگ در اصل از دنیای پایگاه‌های داده آمده و به معنای تقسیم یک دیتابیس بزرگ به چند بخش کوچکتر است. این ایده حالا به دنیای بلاکچین نیز وارد شده تا از طریق تقسیم شبکه به بخش‌های مستقل‌تر، فشار کاری کل سیستم کاهش یابد.
در بلاکچین، شاردینگ به فرآیند تقسیم شبکه به “شارد”های کوچکتر گفته می‌شود که هر کدام می‌توانند تراکنش‌ها یا داده‌های خاص خود را پردازش کنند. به این ترتیب، دیگر لازم نیست هر نود (Node) در شبکه تمام داده‌های بلاکچین را بررسی کند، بلکه فقط شارد خود را مدیریت می‌کند.
چرا شاردینگ برای بلاک چین ضروری است؟
با افزایش تعداد کاربران، اپلیکیشن‌ها و تراکنش‌ها، بلاک‌چین‌های سنتی مانند بیت‌کوین و اتریوم با محدودیت‌هایی در سرعت و توان پردازش مواجه شدند. شاردینگ راهی برای غلبه بر این مشکل محسوب می‌شود.
شبکه‌هایی مانند اتریوم در حالت اولیه فقط می‌توانند تعداد محدودی تراکنش در ثانیه انجام دهند. این محدودیت باعث ازدحام شبکه و بالا رفتن کارمزدها می‌شود. شاردینگ این امکان را فراهم می‌کند که تراکنش‌ها به صورت موازی در بخش‌های مختلف پردازش شوند و بدین ترتیب سرعت کلی شبکه به طور قابل توجهی افزایش یابد.
شاردینگ چگونه کار می کند؟
برای درک بهتر عملکرد شاردینگ، بهتر است ابتدا بفهمیم که بلاکچین چگونه بدون شاردینگ کار می‌کند. در مدل سنتی، همه نودهای شبکه باید همه تراکنش‌ها را تایید و ذخیره کنند. حالا با ورود شاردینگ، این روند تغییر می‌کند.
در روش شاردینگ، کل داده‌ها و پردازش‌ها به قسمت‌هایی (شاردها) تقسیم می‌شود که هر یک توسط گروه خاصی از نودها مدیریت می‌شوند. این فرآیند به شکل زیر انجام می‌شود:
- تقسیم وضعیت (State Sharding): هر شارد فقط بخشی از وضعیت شبکه را ذخیره می‌کند.
- تقسیم داده (Data Sharding): تراکنش‌ها فقط در همان شارد مربوطه ثبت می‌شوند.
- تقسیم پردازش (Transaction Sharding): پردازش تراکنش‌ها بین شاردها توزیع می‌شود.
به‌طور خلاصه، هر شارد مانند یک بلاکچین کوچک و مستقل عمل می‌کند ولی همگی با یکدیگر هماهنگ هستند.
انواع شاردینگ در بلاک چین
شاردینگ در بلاکچین می‌تواند در قالب‌های مختلفی پیاده‌سازی شود. هرکدام از این روش‌ها اهداف و کارایی خاص خود را دارند.
۱. شاردینگ داده (Data Sharding)
در این نوع شاردینگ، داده‌ها به چند قسمت تقسیم شده و در هر شارد تنها بخشی از داده‌های بلاکچین ذخیره می‌شود. این نوع شاردینگ باعث کاهش حجم اطلاعاتی می‌شود که هر نود باید پردازش و ذخیره کند.
۲. شاردینگ تراکنش (Transaction Sharding)
در این روش، تراکنش‌ها به صورت مجزا در شاردهای مختلف اجرا می‌شوند. به‌جای اینکه همه نودها همه تراکنش‌ها را پردازش کنند، هر گروه فقط تراکنش‌های مربوط به شارد خود را مدیریت می‌کند.
۳. شاردینگ وضعیت (State Sharding)
در این روش، وضعیت کل شبکه شامل موجودی‌ها، قراردادهای هوشمند و … نیز بین شاردها تقسیم می‌شود. این نوع شاردینگ پیچیده‌تر است اما بیشترین صرفه‌جویی در منابع را دارد.
مزایای شاردینگ در بلاک چین
شاردینگ مزایای متعددی برای شبکه‌های بلاکچین دارد که می‌تواند در ارتقای عملکرد و پذیرش عمومی آن‌ها بسیار موثر باشد.
- افزایش توان پردازشی: چون هر شارد به صورت موازی عمل می‌کند، تعداد تراکنش‌های قابل پردازش در هر ثانیه افزایش می‌یابد.
- کاهش بار نودها: هر نود فقط مسئول بخشی از شبکه است، بنابراین منابع کمتری نیاز دارد.
- مناسب برای توسعه اپلیکیشن‌های پیچیده: با ارتقاء مقیاس‌پذیری، بستر مناسبی برای دی‌اپ‌ها (dApps) فراهم می‌شود.
- کاهش هزینه‌ها و زمان تایید: ترافیک کمتر در هر شارد منجر به کاهش کارمزد و زمان تایید تراکنش می‌شود.
چالش ها و معایب شاردینگ
با وجود مزایای زیاد، شاردینگ بدون مشکل نیست. پیاده‌سازی صحیح آن نیازمند طراحی دقیق و هماهنگی بالا بین اجزای مختلف شبکه است.
- مسائل امنیتی: حملات خاص مانند حمله به یک شارد خاص (Single Shard Attack) می‌تواند خطرناک باشد.
- پیچیدگی در توسعه: اجرای صحیح شاردینگ نیازمند مهارت فنی بالا و الگوریتم‌های پیچیده است.
- مشکلات هماهنگی بین شاردها: ارتباط بین شاردها باید ایمن و سریع باشد تا انتقال داده بین آن‌ها دچار مشکل نشود.
شاردینگ در اتریوم ۲.۰
یکی از مهم‌ترین پروژه‌هایی که شاردینگ را به عنوان راه‌حل مقیاس‌پذیری در نظر گرفته، اتریوم ۲.۰ است. این نسخه جدید از اتریوم با هدف افزایش توان پردازشی و کاهش هزینه‌ها طراحی شده است.
در اتریوم ۲.۰، شبکه به ۶۴ شارد تقسیم خواهد شد. این شاردها به طور موازی کار می‌کنند و از طریق Beacon Chain هماهنگ می‌شوند. استفاده از الگوریتم اثبات سهام (PoS) نیز در کنار شاردینگ باعث بهبود عملکرد و امنیت خواهد شد.
تفاوت شاردینگ با سایر راهکارهای مقیاس پذیری
برای حل مشکل مقیاس‌پذیری در بلاک‌چین‌ها، راهکارهای مختلفی ارائه شده‌اند که هر یک از زاویه‌ای متفاوت به مسئله نگاه می‌کنند. شاردینگ یکی از این روش‌هاست، اما در مقایسه با گزینه‌هایی مانند رول‌آپ‌ها (Rollups) و زنجیره‌های جانبی (Sidechains)، تفاوت‌های مهمی دارد که باید به آن‌ها توجه کرد.
شاردینگ به عنوان یک راهکار لایه اول (Layer 1) شناخته می‌شود. این یعنی تغییرات و بهبودهایی که از طریق شاردینگ اعمال می‌شود، مستقیماً در ساختار اصلی بلاکچین صورت می‌گیرد. برخلاف آن، رول‌آپ‌ها در لایه دوم (Layer 2) قرار دارند و در واقع یک لایه اضافی روی شبکه اصلی ایجاد می‌کنند که بار پردازشی را کاهش می‌دهد. آن‌ها تراکنش‌ها را خارج از زنجیره اصلی پردازش کرده و نتایج را به صورت فشرده به لایه اول بازمی‌گردانند. به این ترتیب، رول‌آپ‌ها هزینه‌ها را کاهش داده و سرعت را بالا می‌برند بدون اینکه تغییر بنیادینی در خود بلاکچین ایجاد کنند.
در مقابل، زنجیره‌های جانبی یا Sidechains راهکاری کاملاً مستقل هستند. این زنجیره‌ها جدا از شبکه اصلی فعالیت می‌کنند و ممکن است امنیت خاص خود را داشته باشند. تراکنش‌ها روی این زنجیره‌ها انجام می‌شود و در صورت نیاز، می‌توان اطلاعات را بین زنجیره جانبی و زنجیره اصلی منتقل کرد. اگرچه این روش انعطاف‌پذیر است، اما چون امنیت آن‌ها از زنجیره اصلی به ارث نمی‌رسد، ممکن است در برابر حملات آسیب‌پذیرتر باشند.
در نهایت، مهم‌ترین تفاوت بین این روش‌ها در سطح پیاده‌سازی، میزان امنیت، و تعامل آن‌ها با شبکه اصلی است. شاردینگ با اعمال تغییرات عمیق در لایه اصلی بلاکچین، مقیاس‌پذیری را از درون شبکه حل می‌کند، در حالی که رول‌آپ‌ها و زنجیره‌های جانبی بیشتر به عنوان مکمل‌هایی در لایه‌های بالاتر یا مستقل به کمک شبکه اصلی می‌آیند.
آینده شاردینگ در بلاک چین
با رشد روزافزون کاربران و نیاز به اجرای سریع و امن تراکنش‌ها، شاردینگ نقش کلیدی در آینده بلاک‌چین‌ها خواهد داشت. پروژه‌هایی مانند Zilliqa، Near Protocol و Eth 2.0 همگی از شاردینگ به عنوان راه‌حل اصلی خود بهره می‌برند.
همچنین با پیشرفت در الگوریتم‌های هماهنگی بین شاردها، می‌توان انتظار داشت که چالش‌های امنیتی و فنی آن نیز تا حد زیادی برطرف شوند.
جمع بندی
شاردینگ یکی از فناوری‌های نویدبخش برای حل مشکل مقیاس‌پذیری در بلاک‌چین‌هاست. با تقسیم شبکه به بخش‌های کوچکتر، این روش می‌تواند عملکرد سیستم را به طرز چشم‌گیری افزایش دهد. با اینکه چالش‌هایی همچون امنیت و پیچیدگی فنی در مسیر پیاده‌سازی آن وجود دارد، اما آینده بلاکچین بدون تردید به راهکارهایی مانند شاردینگ گره خورده است.
برای آن دسته از پروژه‌هایی که به دنبال رشد، پذیرش گسترده و کاهش هزینه‌های شبکه هستند، شاردینگ یک راهکار استراتژیک محسوب می‌شود که نباید نادیده گرفته شود.