Advertisement

ما هو تقاسم قاعدة البيانات الكبيرة (Sharding) وكيفية استخدامه بأمان ؟

Abderrahman Jalled
sharding


عندما تقسم قاعدة بيانات كبيرة إلى العديد من الأجزاء الأصغر والأسرع ولكن الأكثر قابلية للإدارة ، يطلق عليها Sharding في مصطلح الشخص العادي. هذا يعني ببساطة أن لديك قاعدة بيانات كبيرة تقوم بتقسيمها إلى العديد من قواعد البيانات الصغيرة التي يمكن نشرها عبر عدد من الخوادم.

هناك ضجة حولها تتعلق بآلية التحقق في تطبيق Blockchain. مع التقاسم ، يتم تعزيز عملية التحقق من الصحة هذه فقط. من خلال هذه العملية ، سيتم إجراء التحقق من صحة كل معاملة فقط من مجموعة أصغر إلى حد ما من العقد aka shard ، وليس عقدة الشبكة بالكامل.

في حالة blockchain ، المشهد ليس معقدًا للغاية. يتم تقسيم شبكة Blockchain منطقيا إلى عدد من العقد الصغيرة أو القطع. عندما ينشئ المستخدم معاملة ، سيتم تنفيذ التحقق من صحة القشرة بواسطة أقرانه في مجموعة shard. ومع ذلك ، هناك شيء أكثر ذكاءًا من مجرد المشاركة في العالم مع إمكانات أكبر ، فهو يحمل اسم Adaptive State Sharding.

Elrond ، أول شركة blockchain لتقديم وتطبيق تطبيق Adaptive state Sharding. يمكن قياس مدى تطبيق التقنية من خلال حقيقة أن كل سهم قادر على تحمل أكثر من 3750 معاملة في الثانية.

ولكن ما هو الغرض من التكيف؟

عندما تكون هناك زيادة حادة في الإنتاجية ، يتم تنشيط شظايا جديدة من تلقاء نفسها ، كل ذلك بفضل طبيعتها التكيفية ، مما يحقق قابلية تطوير خطية في Blockchain.



هذه الشبكة قيد التطوير منذ ما يقرب من عامين. في غضون ذلك ، شهدت مساحة blockchain زيادة في الاهتمام وبالتالي موارد مخصصة ؛ وبالتالي ، فقد حدثت بالفعل كميات هائلة من التطوير على البنى التحتية القائمة ، وخاصة Ethereum. الركن الثالث للبنية التحتية للشبكة هو قابلية التشغيل البيني. إن blockchain يتوافق مع Ethereum Virtual Machine (EVM). نظرًا لأن Ethereum كانت الأساس للعديد من مطوري blockchain المستقلين ، فإن هذه الشبكة ستكون الحل الأكثر جاذبية للمشاريع القائمة التي تسعى إلى زيادة قابلية التوسع. لتسهيل عملية الصعود على متن الطائرة ، توفر سلسلة Elrond blockchain التوافق العكسي مع معيار الرمز المميز لـ Ethereum's ERC-20.

توفر هذه الشبكة قابلية التوسع والأمان وقابلية التشغيل البيني في شبكة لا مركزية حقًا. أثبتت الميزات الأساسية لـ blockchain أنها فعالة أثناء اختبارات الشبكة. سيتم عرض شبكة اختبار المشروع قريبًا ، وستتاح للمطورين فرصة مبكرة للبناء ، على الأرجح ، على أحدث سلسلة من المفاتيح المتقدمة حتى الآن.

في ما يلي تفاصيل الطبقات التي تشكل سلسلة المفاتيح هذه.

طبقة التشفير

في قاعدة أي blockchain هو طبقة التشفير. هذا هو في الأساس الحمض النووي لل blockchain لأن هذه الطبقة هي تصميم لشروط المعاملة والتحقق من كتلة.

تستخدم الشبكة Schnorr Scheme لتوقيع المعاملة والتحقق منها ؛ استخدام توقيعات شنور يخلق بصمة بيانات أصغر. إلى جانب كونها بسيطة وفعالة ، يستخدم مخطط شنور خوارزمية مدروسة جيدًا ومختبرة. هذه الوسيلة لإنشاء توقيع رقمي موجودة بالفعل في مختلف altcoin ، وقد قدمت اقتراحات لدمجها في شبكة Bitcoin أيضًا.

نظرًا لأن التحقق من الكتلة يتطلب توقيعًا تجميعيًا من عدة أجهزة تحقق ، فإن هناك حاجة إلى نظام متعدد التوقيعات. وبالتالي ، ستستخدم الشبكة مخطط Boneh-Lynn-Shacham (BLS) للتوقيع المتعدد والتحقق منه.



طبقة الأساسيات والتنفيذ

في blockchain ، توجد الكتل والمعاملات والحسابات في شكل بيانات ؛ يتم تجميع كل هذه البيانات في لب blockchain. يمكن لنماذج البيانات الموجودة في الشبكة الأساسية تمكين التخزين المؤقت أو الدائم.

المعاملات والعناوين موجودة كبيانات ؛ عن طريق فصل نموذج البيانات من نقطة الوصول ، تقوم المخازن المؤقتة بتخزين المعاملات قبل أن يتم تجميعها في كتلة.

يتمثل جانب تنفيذ الطبقة في التأكد من التحقق من صحة إدخالات البيانات ووفاء سلسلة المفاتيح المستحقة للمعاملات. تقوم طبقة التنفيذ بمعالجة المعاملات ثم تجميعها في كتل ؛ ثم يتم الاحتفاظ المعاملات والكتل تنفيذها عبر جميع العقد لضمان الاتساق. وبالتالي ، فإن طبقة التنفيذ تحافظ أيضًا على تزامن العقدة بالتوازي على جميع القطع ؛ تتم المزامنة بين القطع في Metachain.

طبقة الاتصالات

هذه الشبكة هي بروتوكول لامركزي وبالتالي فإن التواصل الفعال بين العقد أمر جوهري. طبقة الاتصال هي تصميم المراسلة والبث ، وقنوات الاتصال.

لأغراض الأمان ، تقوم الشبكة بإعادة تعيين مواقع العقد عشوائياً من مختلف القطع. علاوة على ذلك ، من الضروري أن تظل جميع العقد متزامنة على سرعة نقل المعاملات. يجب أن تكون الشبكة قادرة على نقل الاتصال داخل العقد الموجودة في أداة القطع وفي جميع الأجزاء الموجودة في الشبكة وتمكّن طبقة الاتصال ذلك. كما يضمن استخدام كل من قنوات الاتصال بين الشظايا والقنوات المتقاطعة أن الشبكة تعالج المعاملات المركبة بشكل صحيح.

ببساطة ، بينما تقوم الطبقة الأساسية وطبقة التنفيذ بمعالجة البيانات وعمليات النقل ، توفر طبقة الاتصال القناة للحركة بمجرد اكتمال المعالجة.

تضمن طبقة الاتصال اتصال العقدة ، وتنقل نقل البيانات ذهابًا وإيابًا داخل الشبكة ، وتوفر قناة لطلب المعلومات ، وتتولى بث الكتل والمعاملات والإيصالات داخل العقد الخاصة بقشرة واحدة وعبر كافة شظايا داخل الشبكة. يعتمد الاتصال على الاستخدام الأمثل للغاية لـ libp2p من IPFS. تضمن مشاركة الشبكة أن الاتصال يقتصر على المكان المطلوب. على وجه التحديد ، يتم الاتصال داخل القشرة بين العقد المهتمة فقط. يتيح هذا إمكانية التشغيل المتداخل بين السلاسل دون التسبب في اختناق تدفق البيانات.

نتيجة الصورة لطبقة التوافق + التشفير




طبقة التوافق

القوالب القادرة على العمل كشبكات آمنة وغير مركزية من خلال الحفاظ على توافق الآراء. هذا هو الجانب الأساسي في أي blockchain قوية. بعد أن تقوم الطبقة الأساسية وطبقة التنفيذ بمعالجة وظائف الشبكة ونقلتها طبقة الاتصالات إلى شظايا ، تعمل طبقة الإجماع كآلية لضمان صحة البيانات الصحيحة فقط.

يستند إثبات الملكية الآمن للشبكة (SPOS) على التسامح العملي للخطأ البيزنطي (pBFT). العيوب البيزنطية هي البيانات الخاطئة أو غير الأمينة على الشبكة اللامركزية. كما يوحي الاسم ، يوجد pBFT لضمان قدرة طبقة الإجماع على الصمود في وجه الأخطاء المذكورة. توافق pBFT يفترض أنه لن يكون هناك أكثر من ثلث العقد في الشبكة ضارة. وبالتالي ، في شبكة Elrond ، يتم التحقق من صحة الكتلة فقط عندما يقوم 2/3 + 1 من عقد المصادقة بتجميع التوقيع.

في آلية SPOS ، يتألف كل سهم من أجهزة التصديق التي يتم تحديد أهليتها عبر الحصة ، والتي يتم الاحتفاظ بها في عقد ذكي ، وتصنيف. يقلل التصنيف الأقل من احتمالات اختيار المدقق. مع كل كتلة ، يتم اختيار مجموعة مصادقة جديدة بشكل عشوائي من خلال اختيار عجلة الروليت. تضمن الطبيعة اللامركزية للاختيار العشوائي أن متجهات الهجوم لا يمكنها أبدًا التنبؤ بمن سيكون المدقق ، وبالتالي لا يمكنهم معرفة العقد التي يجب أن يتولوا المناورة للهجوم.

استنادًا إلى نموذج زعيم pBFT التابع لـ PBFT ، تقوم SPOS بتعيين العقدة الأولى في مجموعة المدقق كمقترح للكتلة. وبالتالي ، يتم اختيار كل من مقدم الطلب والمصادقين بشكل عشوائي ، مما يسمح لطبقة الإجماع بتقديم الأمن الأمثل للشبكة.

من فوائد SPOS أنها ، على عكس بروتوكولات إثبات العمل ، فهي صديقة للبيئة. نظرًا لاختيار العقد استنادًا إلى حصة وتصنيف ، لا يوجد ما يدعو للقلق لأن شبكة التجزئة تتركز في اثنين أو ثلاثة مزارع تعدين. بدلاً من ذلك ، يمكن لأي شخص أن يصبح عقدة ، وحيث أن هذه الشبكة تتطلب الحد الأدنى من الموارد للسماح بمشاركة العقدة النشطة ، تظل سلسلة المفاتيح غير مركزية حقًا.

تقاسم قاعدة البيانات التكيفية

تتضمن حالة المشاركة التكيفية مشاركة الشبكة / الاتصال والمعاملة / الحساب والحالة / التخزين. للحصول على فهم عميق لما تستلزمه "حالة الحالة التكيفية" ، من المهم فهم الغرض من كل شكل من أشكال المشاركة.

تبادل المعاملات / الحوسبة: مشاركة المعاملات هي آلية تتبعها العديد من المشاريع. يعالج تحذيرات PoW ، حيث يجب أن توافق كل عقدة على كل معاملة. في مشاركة المعاملات ، يتم تقسيم العقد إلى مجموعات (مجموعات) تقوم بمعالجة المعاملات المختلفة بشكل متوازٍ.

مشاركة الشبكة / الاتصالات: يتم تقسيم البيانات (الرسائل) عبر القطع.

مشاركة المرحلة / التخزين: يجب على Block Block أن تخزن بيانات السجل الكامل للمعاملات التي تقوم بمعالجتها. بدلاً من أن تقوم كل عقدة بتخزين نسخة من جميع البيانات ، تقوم مشاركة الحالة / التخزين بتوزيع عبء التخزين عبر مجموعات مختلفة من العقد (القطع).

تبادل المعاملات / الحوسبة: مشاركة المعاملات هي آلية تتبعها العديد من المشاريع. يعالج تحذيرات PoW ، حيث يجب أن توافق كل عقدة على كل معاملة. في مشاركة المعاملات ، يتم تقسيم العقد إلى مجموعات (مجموعات) تقوم بمعالجة المعاملات المختلفة بشكل متوازٍ.

مشاركة الشبكة / الاتصالات: يتم تقسيم البيانات (الرسائل) عبر القطع.

مشاركة المرحلة / التخزين: يجب على Block Block أن تخزن بيانات السجل الكامل للمعاملات التي تقوم بمعالجتها. بدلاً من أن تقوم كل عقدة بتخزين نسخة من جميع البيانات ، تقوم مشاركة الحالة / التخزين بتوزيع عبء التخزين عبر مجموعات مختلفة من العقد (القطع).

تقوم Elrond Network بدمج جميع أشكال المشاركة الثلاثة والنتيجة هي شبكة تحجيم متناسبة مع عدد المدققين والشظايا. يقوم metachain بتنسيق القطع ويضمن تنشيط القطع الجديدة مع انضمام المزيد من العقد إلى الشبكة. يمكن إضافة القطع بسلاسة نظرًا لأن المحافظ مقسمة بين القطع من خلال نموذج شجرة ثنائي هرمي. تضيف إضافة شدة نصف مساحة العنوان الخاصة بشارة الأصل إلى شقيق الأخ. وفي الوقت نفسه ، تعمل إزالة القطع اللاحقة على دمج مساحة العنوان من قطع الأشجار مرة أخرى إلى القطع الأصلية.



المعاملات المشتركة
تسمح شبكة Elrond بإرسال المعاملات من قشرة إلى أخرى. نظرًا لأن الشبكة تستخدم نموذجًا غير متزامن ، يتم التحقق من الصحة والمعالجة أولاً في قشرة الإرسال ثم في قشرة الاستقبال. عندما يتم إرسال معاملة ، يقوم Metachain بتأمينها من خلال تسجيل الكتلة من مشاركة الإرسال عبر إنشاء واقتراح قاعدة تعريف جديدة ، وهي الكتل التي تم إنشاؤها على Metachain.

تحتوي قاعدة التعريف على المعلومات التالية حول كل كتلة من مجموعات الكتل: معرّف معرّف shard ، و معرّف معرّف shard ، و has-block.

في معاملة مشتركة بين القطع ، يجلب رأس المستلم المتلقي كتلة التجزئة ذات الصلة (الكتل التي تم إنشاؤها في القطع وليس Metachain) من قاعدة التعريف ، ويطلب كتلة القطع من قشرة الإرسال ، ويوزع قائمة المعاملات ، ويطلب المعاملات المفقودة (إن وجد) ، ثم يقوم أخيرًا بتنفيذ نفس كتلة القطع في حد ذاته ويرسل كتلة القطع هذه إلى قاعدة metachain الناتجة. بمجرد أن يتم توثيق هذا من قبل Metachain ، يتم الانتهاء من الصفقة.

الإحتواء

تعد Elrond Network نتيجة للبحث والتطوير شديد التركيز بالإضافة إلى تنفيذ العديد من حلول البنية التحتية للكتل الجديدة. تلعب كل طبقة دورًا حيويًا - من معالجة إنتاجية الشبكة إلى توصيلها أو التحقق من صحتها. تستطيع الشبكة توسيع سعة طبقات معينة عن طريق إضافة شظايا جديدة من خلال استخدامها الأصلي لمشاركة حالة التكيف. يضمن إجماع إثبات الرهان الآمن (SPOS) أنه على الرغم من الطبيعة اللامركزية للكتلة ، فإن تطبيق نظام الحصص والتصنيف لترشيح المصادقة على الكتل ، إلى جانب وسيلة عشوائية بشكل واضح لاختيار مقترح الكتل والمصادقين من المرشحين ، شبكة لا تزال آمنة.

شبكة Elrond مثبتة على مبادئ قابلية التوسع واللامركزية وقابلية التشغيل البيني. من خلال القدرة على معالجة 3،750 معاملة في الثانية لكل شارد ، وضمان أن الكمبيوتر المحمول البسيط يمكنه تشغيل العقدة ، فإن الشبكة تعمل حتى أول دعامتين لها. يوفر توافق Elrond Virtual Machine مع EVM قابلية التشغيل البيني ، مما يضمن إمكانية التوسع بسهولة في توسيع أداة blockchain ، في الصناعات وحالات الاستخدام ، التي تتطلب إنتاجية أكبر ، من شبكات أخرى إلى Elrond. يمكنك العثور على مزيد من المعلومات على https://elrond.com وتصبح جزءًا من مجتمعنا المتنامي.

تعليقات