Công nghệ Sharding hay Sharding là một khái niệm thiết kế cơ sở dữ liệu. Như tên gọi của nó, nó là sự tạo ra các bộ phận nhỏ từ các phần tử lớn hơn. Trong bối cảnh sử dụng khi tạo cơ sở dữ liệu, công nghệ này cho phép bạn tạo các phần nhỏ hơn của sổ cái phân tán. Những phần tử này được gọi là “shards”.

Điều quan trọng cần lưu ý là sharding được thực hiện theo chiều ngang, không phải theo chiều dọc. Mỗi “phân đoạn” có thể chứa dữ liệu được tìm thấy trong tất cả các phân đoạn khác. Tuy nhiên, việc truy cập thông tin này chỉ có thể thực hiện được thông qua “shard” chính. Điều này có nghĩa là dữ liệu trong mỗi phần tử của hệ thống là duy nhất. Để truy cập và sử dụng dữ liệu, bạn cần xếp hàng một phân đoạn cụ thể chứa thông tin được chỉ định.

Công nghệ Sharding được sử dụng trong kiến ​​trúc cơ sở dữ liệu vì nó có thể cải thiện cả hiệu suất cơ sở dữ liệu và hiệu suất công cụ tìm kiếm. Tăng tốc hệ thống được cung cấp bằng cách giảm kích thước của chỉ mục trong sách được phân phối. Kết quả là thanh ghi có thể cung cấp tốc độ tìm kiếm nhanh hơn. Ngoài ra, vì các phân đoạn có thể được lưu trữ trên các máy chủ khác nhau, công cụ này có thể hữu ích cho các tập đoàn lớn với cơ sở dữ liệu lớn cần được giữ riêng biệt. Một ví dụ là các tập đoàn đa quốc gia hoạt động ở các quốc gia khác nhau.

Ứng dụng sổ cái phân tán

Sự gia tăng phổ biến của sharding trong cộng đồng tiền điện tử có thể là do các vấn đề về khả năng mở rộng phổ biến của các blockchain. Do đó, chuỗi khối Bitcoin có khả năng xử lý khoảng 7 giao dịch mỗi giây và Ethereum là khoảng 15. Điều này không đáng kể so với các hệ thống thanh toán lớn như Visa và Mastercard.

Trong khi cộng đồng Bitcoin đã cố gắng giải quyết vấn đề mở rộng quy mô theo nhiều cách khác nhau, các nhà phát triển Ethereum đã thực hiện một cách tiếp cận hợp lý hơn. Nó bao gồm việc chuyển sang thuật toán Proof of Stake (PoS) sẽ hoạt động song song với kiến ​​trúc cơ sở dữ liệu dựa trên sharding.

Ethereum có thể hoạt động như thế nào với sharding?

Trong bài phát biểu quan trọng của mình tại một sự kiện được tổ chức tại Trường Kinh doanh Đại học Khoa học Xã hội Singapore, người sáng lập Ethereum Vitalik Buterin đã cố gắng giải thích một cách đơn giản về khái niệm sử dụng các mảnh trên chuỗi khối Ethereum. Trong bài nói chuyện của mình có tựa đề “Con đường phía trước”, ông nói:

“Hãy tưởng tượng rằng Ethereum được chia thành hàng nghìn hòn đảo. Mỗi người trong số họ sẽ có thể hoàn thành chức năng của nó. Mỗi hòn đảo sẽ nhận được các tính năng độc đáo và mọi người thuộc một hòn đảo cụ thể (nghĩa là có tài khoản trên đó) sẽ có thể tương tác với nhau và tự do sử dụng tất cả các chức năng của nó. Nếu họ muốn liên lạc với các hòn đảo khác, họ sẽ phải sử dụng một giao thức nhất định. “

Hiện tại trong mạng Ethereum, cũng như các blockchain khác, mỗi nút là một vị trí lưu trữ trạng thái toàn cầu của mạng. Danh sách dữ liệu được lưu trữ bao gồm số dư tài khoản, mã hợp đồng và tất cả các thông tin bổ sung có liên quan. Ngoài ra, tất cả các nút đều tham gia vào quá trình xử lý tất cả các giao dịch. Trong khi điều này đạt được mức độ bảo mật rất cao, cách tiếp cận này hạn chế nghiêm trọng khả năng mở rộng của mạng, bởi vì blockchain được bao bọc trong khuôn khổ của một dự án cụ thể, trên thực tế, chỉ là một nút mạng.

Nói cách khác, tốc độ của một blockchain được xác định bởi tốc độ của một nút, vì tất cả các nút phải thực hiện từng giao dịch giống nhau.

Để giải quyết vấn đề này, những người tạo ra mạng Ethereum có kế hoạch triển khai một phiên bản mới của nó bằng cách sử dụng “shards”. Là một phần của dự án mới, đối với mỗi nút tham gia vào hệ thống, việc xử lý toàn bộ lịch sử blockchain sẽ không còn bị yêu cầu thêm giao dịch mới vào sổ cái. Thay vào đó, mỗi nút sẽ chỉ xử lý dữ liệu liên quan đến một phân đoạn cụ thể.

Cả hai phân đoạn bậc hai và hàm mũ sẽ được áp dụng. Cách tiếp cận bậc hai liên quan đến việc tách thanh ghi theo cách mà chỉ một “phân đoạn” còn lại trong chuỗi chính. Tuy nhiên, với việc sử dụng công nghệ sharding theo cấp số nhân, các phân đoạn có thể được đặt bên trong các phân đoạn khác.

Mặc dù các nhà phát triển vẫn chưa xác định được họ sẽ sử dụng tiêu chí nào để tách các trạng thái toàn cầu thành các phân đoạn, nhưng có một mô tả về cách thức hoạt động của điều này:

“Ví dụ: một kế hoạch sharding trong Ethereum có thể liên quan đến việc đặt tất cả các địa chỉ bắt đầu từ 0x00 trong một phân đoạn và các địa chỉ bắt đầu bằng 0x01 trong một phân đoạn khác, v.v. Ở dạng đơn giản nhất, mỗi sharding sẽ có lịch sử giao dịch riêng và các giao dịch có hiệu lực trong một phân đoạn k cụ thể sẽ bị giới hạn ở trạng thái của phân đoạn k “.

Sử dụng ví dụ này, cần lưu ý rằng mỗi quá trình xử lý nút được liên kết với ví trong một phân đoạn cụ thể sẽ chỉ ảnh hưởng đến thông tin được tìm thấy trong phân đoạn cụ thể đó. Điều này sẽ làm tăng tốc độ cũng như số lượng giao dịch mà mỗi nút có thể xử lý.

Ngoài ra, thiết kế mới sẽ bao gồm việc sử dụng các hợp đồng thông minh trong chuỗi chính. Hợp đồng thông minh sẽ chịu trách nhiệm xây dựng sự đồng thuận giữa các phân đoạn và chuỗi chính. Nó sẽ được gọi là “hợp đồng phân bổ công văn”. Dự án mới cũng sẽ có các loại người tham gia mạng khác nhau:

“Nhiều phân đoạn sẽ được xử lý riêng biệt bởi các tập hợp con những người đóng góp khác nhau, bao gồm công chứng viên, người khởi xướng, người khai thác và người xác thực.”

Ngoài các loại người tham gia mạng mới, thiết kế mới cũng sẽ dẫn đến việc tạo ra các loại nút khác nhau. Nút siêu hoàn chỉnh sẽ lưu trữ thông tin về ánh xạ của tất cả các phân đoạn với nhau, cũng như chuỗi chính, đảm bảo sự đồng thuận hoàn toàn.

Nút cấp cao nhất sẽ xử lý tất cả các khối chính của chuỗi, hoạt động như một “máy khách nhẹ” để truy cập tất cả các “phân đoạn”. Các nút một phân đoạn sẽ là một loại nút cấp cao nhất tải xuống đầy đủ và xác thực từng ánh xạ dữ liệu trên một phân đoạn cụ thể. Cuối cùng, nút sáng sẽ chịu trách nhiệm tải và xác thực tiêu đề khối của các chuỗi khối chính và sẽ chỉ có quyền truy cập vào dữ liệu mà nó cần cho một giao dịch cụ thể.

Trong khi liên kết chéo ngẫu nhiên sẽ phủ nhận toàn bộ khái niệm, các nhà phát triển có ý định cung cấp nó khi cần thiết. Sử dụng cái gọi là hệ thống biên lai, các mảnh sẽ có thể xác minh thông tin sẽ được trao đổi.

Điều quan trọng cần lưu ý là công nghệ sharding chỉ có thể được triển khai trên mạng Ethereum sau khi chuyển sang thuật toán PoS. Sau khi được triển khai, có thể mong đợi những cải tiến đáng kể về hiệu suất mạng.

Các dự án dựa trên công nghệ hiện có

Tại thời điểm viết bài này, danh sách các dự án nổi tiếng nhất mà các tác giả đã sử dụng hoặc có ý định sử dụng công nghệ “shards” bao gồm:

Zilliqa

Không giống như Ethereum, các nhà phát triển của mạng này sẽ thực hiện một cách tiếp cận khác. Họ muốn cung cấp sự phân biệt rõ ràng giữa những thứ như trạng thái và lịch sử giao dịch. Bạn có thể cố gắng giải thích khái niệm này bằng những từ đơn giản bằng phép ẩn dụ:

“Trạng thái là những gì hiện có và được tạo ra bởi lịch sử của tất cả các giao dịch.”

Vì vậy, hiện tại có bao nhiêu tiền trong tài khoản ngân hàng. Nếu có nhiều tiền thì đây cũng là trạng thái hiện tại của tài khoản, nếu không có gì thì đây cũng là trạng thái hiện tại. Một số giao dịch trước đó đã dẫn đến trạng thái hiện tại. Nếu trong quá khứ người dùng kiếm được nhiều hơn số tiền anh ta bỏ ra, thì trạng thái hiện tại của anh ta là anh ta có tiền. Nếu anh ta đã tiêu nhiều hơn số tiền anh ta kiếm được, thì tình trạng hiện tại là thiếu tiền.

Nguyên tắc này là cần nhiều không gian hơn để lưu trữ lịch sử của các giao dịch hơn là để lưu trữ số dư hiện tại (trạng thái). Tuy nhiên, lịch sử của các giao dịch là rất quan trọng nếu nó trở nên cần thiết để kiểm tra số dư chính xác. Miễn là người dùng biết số dư của mình, anh ta hiểu mình có thể chi tiêu bao nhiêu. Đôi khi, bạn có thể kiểm tra tính chính xác của số dư bằng cách theo dõi toàn bộ lịch sử giao dịch, nhưng theo quy luật, nhu cầu này cực kỳ hiếm khi phát sinh.

Cách tiếp cận mà các nhà phát triển Zilliqa đã chọn để sử dụng công nghệ sharding là mỗi nút riêng lẻ sẽ có một bản sao của trạng thái hiện tại và lịch sử giao dịch sẽ được chia thành nhiều phần. Điều này sẽ tránh sự cần thiết phải có một bản sao hoàn chỉnh của nó cho tất cả các nút mạng.

Một giải pháp thông minh như vậy sẽ khắc phục được vấn đề chính của blockchain nhờ vào “shard”, đây là một bước tiến rất lớn đối với sự phát triển và tiến bộ của công nghệ tiền điện tử.

Quarkchain

Để bắt đầu, cần nhớ rằng kiến ​​trúc Quarkchain là một hệ thống khối hai lớp. Các “mảnh” đàn hồi tạo nên lớp đầu tiên và gốc là blockchain, cũng là lớp thứ hai của hệ thống. Cô ấy chịu trách nhiệm xác nhận các khối của lớp đầu tiên.

Trong hệ thống QuarkChain, các giao dịch được chia thành hai loại:

• các giao dịch với địa chỉ đầu vào và đầu ra trong một “shard”;
• các giao dịch với các địa chỉ vào và ra trong các “phân đoạn” khác nhau.

Tất cả các giao dịch trên mạng trong một “phân đoạn” tương đối đơn giản, vì mỗi phân đoạn đều chứa thông tin đăng ký đầy đủ. Các giao dịch giữa các phân đoạn khác nhau phức tạp hơn do yêu cầu đồng bộ hóa.

Cách tiếp cận này, cùng với việc sử dụng công nghệ sharding, loại bỏ nhu cầu người dùng phải có nhiều tài khoản ở các phân đoạn khác nhau để tương tác với tất cả những người tham gia trong mạng. QuarkChain giúp đơn giản hóa đáng kể cơ chế quản lý tài khoản. Người dùng chỉ cần một tài khoản để quản lý tất cả các địa chỉ trong tất cả các phân đoạn. Nó có thể tự do tương tác với tất cả những người tham gia mạng khác.

Ngoài ra, mạng sử dụng một ứng dụng ví thông minh có chức năng tự động để thực hiện các giao dịch giữa các phân đoạn và bên trong chúng.

Pchain

Những người tạo ra Pchain hứa hẹn sẽ vượt qua những thách thức blockchain bằng cách sử dụng các hệ thống đa năng của riêng họ với sự hỗ trợ EMV (máy ảo Ethereum) và sử dụng các cơ chế dựa trên thuật toán PoS. Dự án này nhằm mục đích trao quyền cho các hợp đồng thông minh và hiệu quả của blockchain.

Trong tương lai, dự án Pchain dự kiến ​​sẽ tăng tốc độ giao dịch, giải quyết các vấn đề về khả năng mở rộng và khả năng tương tác, cũng như cung cấp chức năng chuỗi chéo và cung cấp nền tảng tốt hơn cho các nhà phát triển lưu trữ các loại tiền điện tử khác nhau. Mục tiêu cuối cùng của PCHAIN ​​là cung cấp các ứng dụng blockchain quy mô lớn, toàn cầu cho mọi người trong mọi lĩnh vực của cuộc sống hàng ngày, như Internet.

Pchain sẽ sử dụng công nghệ sharding để cải thiện hiệu suất và mở rộng cấu trúc chuỗi ở tất cả các cấp. Kết hợp với thuật toán PoS, điều này sẽ cho phép các giao dịch hiệu quả hơn và giảm tiêu thụ năng lượng trong quá trình khai thác.

IOStoken

Mục tiêu của nền tảng blockchain IOStoken là cung cấp một hệ sinh thái để phát triển các dApps toàn diện với khả năng cung cấp không giới hạn số lượng người dùng đồng thời.

Nguyên lý hoạt động của dApps dựa trên việc phân phối các phần dữ liệu giữa các nút mạng, vai trò của các phần này do máy tính của người dùng đảm nhiệm. Đối với điều này, công nghệ sharding được sử dụng.

Với việc giới thiệu công nghệ EDS (Mài phân tán hiệu quả) sáng tạo vào mạng, các nhà phát triển dự định đạt được sự gia tăng đáng kể về khả năng mở rộng bằng cách phân chia động mạng thành các không gian con. Điều này sẽ giảm tải cho hệ thống và tăng hiệu suất của nó.

Kết luận

Mặc dù thực tế rằng sharding là một công nghệ tương đối mới trong lĩnh vực blockchain, các nhà phát triển của một số dự án đã tích cực sử dụng hoặc có ý định sử dụng nó trong tương lai gần. Sự quan tâm tích cực như vậy đến sharding là điều dễ hiểu. Công nghệ này có tiềm năng giải quyết các rào cản chính đối với sự phát triển blockchain đang kìm hãm sự mở rộng và áp dụng toàn cầu của nó.

Tuy nhiên, để triển khai cuối cùng các “mảnh” trong blockchain, một số điều kiện sẽ cần được đáp ứng. Đầu tiên, để triển khai rộng rãi hơn, các nhà phát triển hệ thống khối và mật mã phải quan tâm nhiều hơn đến lĩnh vực này. Thứ hai, kết nối dường như trơn tru giữa các nút trong “các phân đoạn” thực sự rất khó khăn về mặt kỹ thuật và đòi hỏi sự phát triển của một giao thức riêng biệt.

Việc đáp ứng các điều kiện quan trọng này có thể đảm bảo việc áp dụng công nghệ sharding rộng rãi hơn. Điều này có thể giúp blockchain khắc phục các vấn đề về khả năng mở rộng hiện tại và cung cấp thông lượng giao dịch cao hơn.