シャーディングにおける暗号資産：この技術がブロックチェーンのスケーラビリティをどのように革命的に変えるか

なぜシャーディングが欠かせない存在になっているのか

ブロックチェーンは、開発者が何年も解決に苦しんできた基本的な問題に直面しています。それは、セキュリティや分散化を犠牲にすることなく、ネットワークの能力をどのように向上させるかということです。これが有名な「ブロックチェーントリレンマ」です。暗号シャーディングは、この行き詰まりを打破する最も有望なソリューションの1つとして浮上しています。レイヤー2ソリューションとは異なり、シャーディングはブロックチェーンネットワークのアーキテクチャ自体を変更し、それをより小さく、並行処理可能な部分に分割します。

シャーディングの理解 : 単なる断片化を超えて

シャーディングは、分散データベースからその概念を借用しています。簡単に言えば、大規模なデータベースを「シャード」と呼ばれる管理可能なセグメントに分割することです。ブロックチェーンに適用されると、各シャードは独立したミニブロックチェーンとして機能し、他のシャードと同時にトランザクションやスマートコントラクトを処理することができます。

従来のブロックチェーンネットワークを想像してみてください。各ノードが取引履歴全体を保存しています。これは逐次モデルであり、すべてがすべてのノードを通過しなければなりません。クリプトのシャーディングを使用すると、このアプローチは消えます。その代わりに、ネットワークは水平にフラグメントに分割され、それぞれが独自の取引作業負荷を管理します。

水平分割 : シャーディングの基礎

シャーディングは主に水平分割と呼ばれる戦略に基づいています。縦分割(がデータを列によって分割するのに対し、水平分割はデータを行によって断片化し、各サブセットを異なるノードに分配します。

例を挙げてみましょう：顧客テーブルには、名前、状態、説明、写真の列があります。垂直パーティショニングでは、列)名と状態を1つのサーバーに分け、説明と写真を別のサーバー(に分けます。水平パーティショニングでは、行を分割します：顧客A-Mは1つのシャードに、N-Zは別のシャードにします。

なぜ水平パーティショニングはブロックチェーンネットワークで支配的なのか？

優れたスケーラビリティ: 各シャードは独立してデータを処理します。これにより、ネットワークは新しいシャードが追加されるにつれて取引能力をほぼ線形に増加させることができます。

分散化の維持： ノードはネットワーク全体を保存する必要がなくなりました。ノードは単一のシャードを検証できるため、コンセンサスに参加するための障壁が低くなります。

保証された整合性： 各シャードは完全な取引データを含んでおり、縦割り戦略に関連する不整合のリスクを排除します。

ブロックチェーンのパフォーマンスにおけるシャーディングの利点

暗号のシャーディングは、分散型ネットワークの実現可能性を変える具体的な利点を提供します。

取引の劇的な加速： 取引を一つずつ処理するのではなく、シャーディングにより並行処理が可能になります。Ziliqaがその最良の例です：シャーディングの実装により、毎秒何千もの取引を処理し、非分割型ブロックチェーンの数十件と比べています。

リソースの大幅な削減： 伝統的に、フルストレージノードは数百ギガバイトのストレージを持つ高価なサーバーを必要とします。シャーディングを使用することで、各ノードはネットワークのデータの一部だけを管理します。これにより参加が民主化されます：はるかに控えめな機器でもバリデーションが可能です。参加者が増えることで、アクセシビリティを損なうことなく分散化が強化されます。

グローバル容量の増加: 逆説的に、従来のブロックチェーンはノードの数が増えるとパフォーマンスが低下します )同期が遅くなり、通信が増加します(。シャーディングはこのダイナミクスを逆転させます。新しいノードは既存のシャードに参加するか、新しいシャードを作成することができ、 collateralの遅延なしにグローバル容量を向上させます。ユーザーエクスペリエンスが向上します：よりスムーズな取引、より迅速な確認。

シャーディングの非自明な課題

期待されるものの、シャーディングは開発者が無視できない複雑さをもたらします。

シャードによる脆弱性の増加： これは裏側の側面です：シャーディングがネットワーク全体を検証するために必要な計算能力を減少させる一方で、単一のシャードを攻撃するために必要な能力も減少させます。全体のパワーの1%しか持たない攻撃者が、シャードを支配する可能性があるのです。この「シングルシャード攻撃」は、厳格なセキュリティプロトコルで対処する必要がある正当な脅威です。

クロスシャードのトランザクションの複雑さ: 異なる2つのシャード間でトランザクションが相互作用する必要があるとき、事態は複雑になります。一方のシャードがもう一方と完全に同期していない場合、二重支出のリスクが浮上します。速度を損なうことなく、これらのトランザクションを調整することは、主要なエンジニアリングの課題です。

データの可用性の問題： シャードのノードが利用できなくなると、ネットワークの状態が不完全になります。これにより、システム全体の整合性に影響を及ぼすカスケード的な混乱が生じる可能性があります。フラグメンテーションを行いながら冗長性を維持することは、微妙なバランスを要求します。

同期と負荷分散： シャード間のデータとリソースのバランスはほぼ完璧でなければなりません。不均等な分配はボトルネックやパフォーマンスの低下を引き起こす可能性があります。さらに、ノード間の同期はネットワーク遅延を引き起こし、シャードの数によっては問題となることがあります。

イーサリアムとシャーディング暗号：野心的なロードマップ

イーサリアムは、シャーディングを成長の鍵となる要素として特定しました。アップグレードのイーサリアム2.0 )Eth2 / Serenity(は、複数のフェーズで構成されたシャーディングの完全な実装を予定しています。

現在、Ethereumは段階的に進行しています。Proof of WorkからProof of Stakeへの移行が最初のステップを示しました。第二段階では、シャーディングが段階的に統合され、Ethereumは大規模により多くのトランザクションを処理しつつ、ガスコストを削減できるようになります。この段階的アプローチはセキュリティリスクを最小限に抑えます：各段階はデプロイ前に厳密にテストされます。

Ethereumの開発者は何事も軽視していません。各実装の前に、徹底的なテストが行われ、安全性と分散化が損なわれていないことが確認されます。リスクが高すぎるため、急ぐことはできません。

シャーディングとブロックチェーンの未来

クリプトシャーディングは、単なる技術的最適化以上のものを表しています。それはブロックチェーンのトリレンマに対する直接的な回答です。新たな複雑さをもたらしますが、分散化を犠牲にすることなくスケーラビリティのロックを解除する可能性は、この分野で最も有望な技術の1つです。

多くのブロックチェーンが既にシャーディングを現在の制限からの解決策として探求しています。Ethereumが先頭に立ち、ネットワークの分断が避けられないことを認識している他のプロトコルもあります。

暗号のシャーディングの成功は、継続的な研究、厳格なテスト、そして綿密なエンジニアリングに依存します。しかし、一つ確かなことは、分割されたブロックチェーンはもはや理論的な抽象ではないということです。それらは分散型スケーラビリティの未来を表しています。