Что такое данкшардинг и протоданкшардинг?

Данкшардинг и протоданкшардинг являются критически важными компонентами в обновлении уровня консенсуса Ethereum. Эти технологии направлены на повышение масштабируемости и эффективности Ethereum, особенно в контексте роллапов уровня 2.

Данкшардинг - это масштабируемое решение уровня 2, которое было разработано для того, чтобы позволить Ethereum, второму по популярности блокчейну полностью реализовать свой потенциал. Протоданкшардинг - это промежуточный шаг в дорожной карте данкшардинга. Протоданкшардинг, одобренный как часть EIP-4844, был официально включен в предложения по улучшению Ethereum в рамках обновления Ethereum Cancun-Deneb. 

17 января было активировано обновление в тестовой сети Goerli. Согласно графику тестирования Dencun, следующий важный этап запланирован на 30 января, с внедрением в тестовой сети Sepolia. Запуск тестовой сети Holesky запланирован на 7 февраля. Однако команда разработчиков Ethereum еще не раскрыла дату внедрения обновления в основной сети.

Данкшардинг Ethereum стремится сделать решения Ethereum уровня 2, в частности накопительные пакеты, максимально экономичными и быстрыми, ведь блокчейн становится все более перегруженным пользователями. Данкшардинг и протоданкшардинг являются основой будущего масштабирования Ethereum. 

Данкшардинг станет одним из заключительных этапов различных долгосрочных обновлений сети Ethereum для максимального увеличения пропускной способности сети. На данный момент основные элементы этого процесса включают в себя ряд изменений в сети, в том числе поэтапный переход от консенсуса Proof-of-Work к Proof-of-Stake.

Решения Layer 2 расширяют возможности блокчейнов базового уровня, таких как Ethereum. Для Ethereum роллапы стали жизнеспособным и эффективным решением второго уровня.

Термин «решения Layer 2» относится к любому вторичному фреймворку или протоколу, который был построен поверх существующего блокчейна и добавляет функции, улучшающие возможности масштабирования базового блокчейна. Layer 2 работает автономно от базовых блокчейнов уровня 1, где транзакции обрабатываются, а затем периодически проверяются внутри блокчейна. 

В то время как базовый Ethereum может обрабатывать лишь около 15 транзакций в секунду, Layer 2 может обрабатывать тысячи транзакций с низкими затратами благодаря выбору дизайна в периферийной сети, который оптимизирует возможности обработки транзакций решений Layer 2.

Безопасность и децентрализация по-прежнему поддерживаются, так как существует процесс, при котором более крупный децентрализованный базовый блокчейн по-прежнему проверяет транзакции с Layer 2 вне блокчейна. Пользователи блокчейна могут взаимодействовать с интерфейсом Layer 2, таким как Arbitrum, который обрабатывает транзакции намного быстрее и дешевле, чем Ethereum.

Роллапы являются формой решения Layer 2. Решения второго уровня, основанные на накопительных транзакциях, такие как Arbitrum и Optimism, доминируют в транзакциях Ethereum. 

Роллапы выполняют транзакции на Layer 2 перед пакетной обработкой (свертыванием) содержащейся в них информации и периодической отправкой ее в основной блокчейн для проверки. Этот метод позволяет распределять фиксированные затраты по нескольким транзакциям, снижая при этом затраты, который возникают из-за волатильности цен на газ.

Недавно появилось основное решение для повышения масштабируемости Ethereum: накопительные пакеты. Накопительные пакеты, основанные на таких технологиях, как данкшардинг, представляют собой энергичную попытку повышения масштабируемость Ethereum, снижения транзакционных издержек и поддержки основополагающих принципов децентрализации и безопасности сети.

Оптимистичные накопительные пакеты и накопительные пакеты с нулевым разглашением (ZK-rollups) - это две основные доступные формы накопительных пакетов. В настоящее время оптимистичные накопительные пакеты являются наиболее популярной формой решений для масштабируемости Ethereum. Они работают вместе с блокчейном Ethereum и являются компонуемыми, что представляет собой важное преимущество.

Накопительные пакеты называются “оптимистичными”, потому что они предполагают, что транзакции, которые они передают вне блокчейна, являются действительными. Внутри блокчейна нет подтверждения действительности, и возможность оспаривать транзакции встроена в оптимистичные накопительные пакеты для поддержания безопасности. 

Период оспаривания оптимистичного роллапа - это период, когда пользователи могут оспорить транзакцию, которую они считают недействительной. В рамках этого периода они могут оспорить действительность транзакции, представив доказательства мошенничества, которые являются механизмом демонстрации недействительности конкретной транзакции или пакета транзакций. 

Как секвенсор - аналогично валидатору на уровне 1, который отправляет и заказывает блок перевода, - так и участник спора обязаны внести залог. Как правило, залог секвенсора аннулируется, если транзакция признана недействительной. При этом если доказательство мошенничества будет признано недействительным, а транзакция действительной, то залог оспаривающего транзакцию будет аннулирован. 

Другой основной формой роллапа является ZK-роллап. Накопительные пакеты с нулевым разглашением публикуют криптовалютные доказательства действительности для транзакций вне блокчейна. Операторы блокчейнов ZK-роллапа отправляют в основной блокчейн доказательства достоверности, которые демонстрируют, что предлагаемые изменения в состоянии Ethereum вызваны роллапом действительных транзакций, которые были обработаны вне блокчейна.

Оптимистичные накопительные пакеты являются более популярными, чем ZK-накопительные пакеты, ведь они могут выполнять смарт-контракты.  ZK-накопительные пакеты в основном ограничены простыми транзакциями. 

Накопительные пакеты выполняют транзакции за пределами Ethereum, но в настоящее время неэффективно отправляют данные транзакций в основную сеть в виде calldata. Этот процесс оптимизируется с помощью и данкшардинга и протоданкшардинга.

Оптимизация сводных решений Ethereum основана на конкретных компонентах данкшардинга и протоданкшардинга, таких как большие двоичные объекты данных и схема полиномиальных обязательств KZG. Эти технологические элементы служат основой для расширения возможностей накопительной системы Ethereum.

Основой масштабируемой реализации данкшардинга уровня 2 является внедрение больших двоичных объектов. Большие двоичные объекты относятся к большим единицам данных, которые предназначены для того, чтобы быть частью транзакционной структуры Ethereum. В настоящее время для хранения данных транзакций роллапы используют calldata. 

Calldata является несовершенным для роллапов, так как данные, хранящиеся в нем, должны обрабатываться всеми узлами Ethereum, и они навсегда остаются в блокчейне. Это постоянство не всегда является необходимым для роллапов, ведь им обычно требуются данные только на ограниченное время для проверки и выполнения транзакций.

В будущем протоданкшардинг представит большие двоичные объекты данных, которые могут быть прикреплены к блокам транзакций и будут автоматически удаляться через один-три месяца. Большие двоичные объекты - это транзакции, которые несут 125-килобайтную полезную нагрузку “blob”, которая хранится на уровне консенсуса Ethereum, а не на виртуальной машине Ethereum (EVM), как calldata. Этот метод помогает снизить накладные расходы на хранение и позволяет дешевле отправлять данные в накопительных транзакциях, обеспечивая экономию для конечных пользователей (т.е. меньшую плату за газ).

Протоданкшардинг использует схему полиномиальных обязательств KZG, названную в честь трех первоначальных авторов схемы (Кейт, Заверуч и Голдберг). KZG сжимает большие двоичные объекты данных в небольшие криптографические обязательства. 

KZG использует криптографический метод, который позволяет проверять данные, хранящиеся в больших двоичных объектах, без необходимости прямой обработки всего большого двоичного объекта и раскрытия полного содержимого большого двоичного объекта.  Это совместимо с дизайном с нулевым разглашением, который используется некоторыми протоколами уровня 2, что на каком-то этапе будут использоваться при масштабировании Ethereum. 

Данкшардинг является полной реализацией роллапов. В то время как протоданкшардинг позволяет транзакциям роллапа присоединять к блоку один большой двоичный объект, данкшардинг планирует расширить это до 64 больших двоичных объектов. Данкшардинг настроен на то, чтобы создать огромное пространство для оптимистичных сводных данных сброса сжатых данных транзакций. Данкшардинг надеется поддержать расширяющуюся экосистему сводных данных и обеспечить тысячи транзакций в секунду.

Для блокчейна практически невозможно достижение баланса между масштабируемостью, децентрализацией и безопасностью. Оптимизированные уровни 2 помогают преодолеть эту трилемму. 

Концепция блокчейн-трилеммы утверждает, что для блокчейн-сети очень сложно одновременно достичь масштабируемости, децентрализации и безопасности. Термин был введен Виталиком Бутериным, соучредителем Ethereum, и, по его мнению, блокчейн-платформы могут эффективно достигать только двух из этих трех целей. Блокчейнам часто приходится находить готовые способы эффективного масштабирования и поддержания пропускной способности блокчейн-транзакций без ущерба для безопасности и децентрализации.

В отличие от традиционных финансовых сетей, блокчейны для ведения учета и проверки реестров транзакций не полагаются на третьи стороны, такие как банки. В блокчейне этот процесс осуществляется децентрализованной сетью независимых компьютеров, называемых узлами.

Чем больше узлов в блокчейне, тем теоретически более безопасным он становится. Чтобы захватить более крупную сеть и провести атаку 51% или захват сети, потенциальному злоумышленнику потребуется вложить больше вычислительных мощностей. 

Безопасность, обеспечиваемая более высокой степенью децентрализации, напрямую влияет на масштабируемость сети, ведь каждая транзакция должна быть подтверждена на большом количестве узлов. Это означает, что по мере роста сети все большему числу участников требуется обрабатывать больше информации. 

Эти проблемы часто возникают с более крупными блокчейнами, такими как Bitcoin и Ethereum, где транзакции для конечных пользователей становятся дорогими и медленными в периоды перегрузки сети, ведь модели безопасности блокчейна предписывают процесс, который невозможно переопределить. При разработке протокола Ethereum приоритетное внимание уделялось масштабированию для решения этих проблем, особенно с учетом значительного роста сети.

В то время как блокчейн-системы по своей сути могут с трудом соответствовать эффективности обработки транзакций централизованных гигантов, таких как Visa, решения Layer 2, такие как роллапы, оптимизированные с помощью таких технологий, как данкшардинг, меняют ситуацию.

Централизованные платежные системы, такие как Visa, могут обрабатывать транзакции в больших масштабах гораздо быстрее, ведь эти сети закрыты и не требуют общего консенсуса. Такие решения, как данкшардинг и протоданкшардинг, призваны бросить вызов трилемме путем сегментирования блокчейна. Автономная обработка транзакций на уровне 2 построена таким образом, чтобы обеспечить увеличение пропускной способности сети Ethereum, а данкшардинг помогает оптимизировать одно из основных решений Ethereum уровня 2: накопительные пакеты.   

Хотя и данкшардинг, и протоданкшардинг содержат слово “шардинг”, ни один из них не следует традиционной модели технологии блокчейна, целью которой является разделение на несколько частей.

Вместо этого данкшардинг использует для масштабирования Ethereum распределенную выборку данных из больших двоичных объектов. Это намного проще в реализации, чем более продвинутые методы сегментирования блокчейна. Эту модель иногда называют “сегментированием данных”.

Дата завершения разработки дорожной карты Ethereum является гибкой, и может изменяться по мере появления новой информации и технологических достижений. 

В течение ближайших шести месяцев ожидается внедрение нескольких обновлений. Некоторые усовершенствования, такие как квантовая устойчивость, могут не применяться в течение пяти-десяти лет.

Поскольку компоненты разрабатываются одновременно и с разной скоростью, трудно определить, как скоро будет завершена разработка дорожной карты. Кроме того, внешние переменные могут привести к тому, что срочность обновления с течением времени будет меняться. 

Эволюцию Ethereum можно сравнить с биологической эволюцией, где адаптивность имеет решающее значение, и по мере того, как сеть становится более производительной, масштабируемой и безопасной, требуется меньше изменений.​