Розуміння доступності даних у системах блокчейн
Що таке доступність даних у контексті технології блокчейн?
Під доступністю даних у Web3 розуміється здатність вузлів мережі блокчейн отримувати доступ до даних транзакцій і перевіряти їх. Ця концепція дуже важлива, оскільки вона гарантує, що кожна транзакція і зміна стану в блокчейні можуть бути незалежно перевірені будь-яким учасником. Без доступності даних цілісність і безпеку блокчейна можуть бути порушені, оскільки вузли не зможуть підтвердити правильність стану блокчейна.
Важливість доступності даних для цілісності та безпеки блокчейна
Чому це важливо? Коли дані легко доступні, вузли можуть перевіряти транзакції та зміни стану, гарантуючи, що жодна зловмисна діяльність не залишиться непоміченою. Така прозорість життєво важлива для довіри в децентралізованих системах, де жоден суб’єкт не контролює дані. Наприклад, у мережі блокчейн, якщо вузол не може отримати доступ до даних, необхідних для перевірки транзакції, це може призвести до невідповідностей і потенційних вразливостей у системі безпеки.
Як доступність даних впливає на продуктивність блокчейна
На продуктивність блокчейна суттєво впливає доступність даних. Коли дані легко доступні, вузли можуть швидко перевіряти транзакції, що призводить до прискорення часу роботи блоку і підвищення пропускної здатності. І навпаки, якщо доступність даних низька, вузли можуть відчувати затримки з доступом до необхідної інформації, що призводить до уповільнення обробки транзакцій і зниження загальної продуктивності.
Виклики у підтримці стану блокчейну
Поширені проблеми з доступністю даних
Забезпечення доступності даних у блокчейн-системах пов’язане з кількома проблемами. Однією з найпоширеніших проблем є величезний обсяг даних, які необхідно зберігати і до яких вузли повинні мати доступ. Зі зростанням блокчейну збільшується обсяг даних, які повинен обробляти кожен вузол, що потенційно може призвести до виникнення вузьких місць у зберіганні та пошуку. Крім того, забезпечення доступу всіх вузлів до одних і тих же даних в децентралізованій мережі може бути складним завданням, особливо якщо мова йде про мережеві розділи або зловмисників, які намагаються приховати дані.
Вузькі місця в сховищах та їх вплив на системи блокчейн
Вузькі місця в сховищі виникають, коли пропускна здатність вузлів для зберігання та отримання даних випереджає обсяг даних, що генеруються блокчейном. Це може призвести до уповільнення часу обробки транзакцій і збільшення затримок. Наприклад, в мережі блокчейн, де кожна транзакція вимагає декількох операцій читання і запису, вузькі місця в сховищі можуть значно знизити продуктивність.
Мережева затримка і продуктивність блокчейну
Мережева затримка — це час, необхідний для передачі даних між вузлами в мережі блокчейн. Висока мережева затримка може негативно вплинути на продуктивність блокчейну, затримуючи поширення транзакцій і блоків. Ця затримка може призвести до збільшення часу підтвердження і зниження пропускної здатності. Наприклад, у глобальній мережі блокчейн вузли, розташовані далеко один від одного, можуть відчувати більшу затримку, що впливає на загальну швидкість і ефективність мережі.
Автентифіковані системи зберігання в блокчейні
Огляд аутентифікованих систем зберігання даних
|Системи автентифікованого зберігання призначені для забезпечення цілісності та автентичності даних, що зберігаються в блокчейні. Ці системи використовують криптографічні методи для забезпечення достовірних доказів того, що дані не були підроблені. Одним з поширених підходів є використання дерев Меркла, які дозволяють вузлам перевіряти цілісність даних з мінімальними обчислювальними витратами. Використовуючи автентифіковані системи зберігання, мережі блокчейн можуть підвищити доступність і безпеку даних.
Зменшення підсилення при читанні та записі в блокчейні
Ампліфікація читання і запису виникає, коли кількість операцій читання і запису, необхідних для виконання завдання, є непропорційно великою. У системах блокчейн це може призвести до неефективності та збільшення затримок. Щоб вирішити цю проблему, автентифіковані системи зберігання можуть оптимізувати структури даних, щоб мінімізувати кількість необхідних операцій. Наприклад, використання автентифікованого дерева Меркла (Authenticated Merkle Tree, AMT) може зменшити підсилення при читанні та записі, надаючи ефективні докази цілісності даних, тим самим підвищуючи загальну продуктивність.
Переваги використання AMT (автентифікованого дерева Меркла) в блокчейн-сховищі
Використання AMT в блокчейн-сховищі має кілька переваг. По-перше, це компактний і ефективний спосіб перевірки цілісності даних, що зменшує обчислювальне навантаження на вузли. По-друге, AMT забезпечує швидший пошук даних, оскільки вузли можуть швидко перевірити автентичність даних без необхідності доступу до всього набору даних. Це особливо корисно в сценаріях, де вузлам потрібно перевіряти великі обсяги даних, наприклад, у додатках децентралізованих фінансів (DeFi), іграх або он-лайн штучному інтелекті (ШІ). Нарешті, AMT підвищують доступність даних, гарантуючи, що всі необхідні дані можуть бути ефективно перевірені та доступні учасникам мережі.
Роль вузлів блокчейну в доступності даних
Повні вузли проти легких вузлів: Ролі та обов’язки
У мережі блокчейн вузли можна класифікувати на повні та легкі вузли, кожен з яких виконує певні функції та обов’язки. Повні вузли зберігають весь блокчейн і беруть участь у перевірці та поширенні транзакцій і блоків. Вони забезпечують доступність даних, зберігаючи повну копію блокчейну і перевіряючи всі транзакції. З іншого боку, легкі вузли зберігають лише підмножину даних блокчейну, як правило, заголовки блоків. Вони покладаються на повні вузли для надання необхідних даних для перевірки транзакцій.
Як повні вузли забезпечують доступність даних
Повні вузли відіграють вирішальну роль у забезпеченні доступності даних в мережах блокчейн. Зберігаючи весь блокчейн, повні вузли можуть незалежно перевіряти дійсність транзакцій і блоків. Вони також слугують джерелом даних для легких вузлів, надаючи необхідну інформацію для перевірки транзакцій. Наприклад, у мережі Біткоїн повні вузли перевіряють транзакції, перевіряючи всю історію транзакцій, щоб не допустити подвійних витрат.
Лайт-вузли і підтримка доказів
Легкі вузли, хоча і не зберігають весь блокчейн, все ж сприяють доступності даних, зберігаючи докази дійсності транзакцій. Ці докази дозволяють легким вузлам перевіряти транзакції без необхідності доступу до всього блокчейну. Такий підхід зменшує вимоги до зберігання та обчислювальних ресурсів для легких вузлів, роблячи їх більш доступними для користувачів з обмеженими ресурсами. Однак легкі вузли повинні покладатися на повні вузли для надання точних і своєчасних даних, що підкреслює важливість надійної мережі повних вузлів. 0G підтримує це завдяки своїй архітектурі Validator Storage Node, ефективно балансуючи доступність даних та ефективність системи【4:7†джерело】.
Базові зобов’язання держави та їх важливість
Розуміння механізму кореневих зобов’язань держави
Зобов’язання в кореневому ланцюжку — це криптографічні хеші, які представляють стан блокчейну в певний момент часу. Ці зобов’язання включаються в заголовки блоків і слугують еталоном поточного стану блокчейну. Порівнюючи кореневі зобов’язання стану, вузли можуть переконатися, що вони мають однакове уявлення про стан блокчейну, забезпечуючи узгодженість і доступність даних по всій мережі.
Як кореневі зобов’язання стану підвищують цілісність даних
Кореневі зобов’язання підвищують цілісність даних, надаючи посилання на стан блокчейну, яке можна перевірити. Коли вузол отримує новий блок, він може порівняти зобов’язання кореня стану в заголовку блоку з власним розрахованим коренем стану. Якщо зобов’язання збігаються, вузол може бути впевнений, що блок дійсний і що стан блокчейну не був змінений. Цей механізм має вирішальне значення для підтримки довіри і безпеки в децентралізованих мережах.
Векторні зобов’язання та їх роль у блокчейні
Векторні зобов’язання — це тип криптографічних зобов’язань, який дозволяє ефективно перевіряти окремі елементи в наборі даних. В контексті блокчейну векторні зобов’язання можуть використовуватися для підвищення доступності даних, дозволяючи вузлам перевіряти конкретні транзакції або зміни стану без необхідності доступу до всього набору даних. Такий підхід знижує вимоги до обчислювальних ресурсів і сховищ для вузлів, що полегшує підтримку доступності даних у великих і складних блокчейн-мережах. 0G інтегрує векторні зобов’язання для підвищення ефективності роботи з даними, забезпечуючи швидку і надійну перевірку транзакцій по всій системі.
Оптимізація виконання та пропускної здатності транзакцій
Методи оптимізації часу виконання транзакцій
Оптимізація часу виконання транзакцій має важливе значення для підвищення продуктивності мереж блокчейн. Одним з методів є використання паралельної обробки, коли кілька транзакцій обробляються одночасно, що скорочує загальний час виконання. Інший підхід полягає в оптимізації базових структур даних для мінімізації кількості необхідних операцій читання і запису. Крім того, впровадження ефективних алгоритмів консенсусу може скоротити час, необхідний для перевірки і підтвердження транзакцій.
Підвищення пропускної здатності транзакцій в блокчейні
Пропускна здатність транзакцій — це кількість транзакцій, які мережа блокчейн може обробити за секунду. Підвищення пропускної здатності має вирішальне значення для масштабування блокчейн-додатків. Такі методи, як шардінг, коли блокчейн ділиться на менші, керовані сегменти, можуть значно збільшити пропускну здатність, дозволяючи паралельно обробляти транзакції. Інший підхід полягає у використанні рішень другого рівня, таких як роллапи, які вивантажують обробку транзакцій на вторинний рівень, зберігаючи при цьому безпеку основного блокчейну.
Усунення вузьких місць у сховищі для підвищення продуктивності
Вузькі місця в сховищах можуть знижувати продуктивність мереж блокчейн, сповільнюючи обробку транзакцій і збільшуючи затримки. Щоб усунути ці вузькі місця, блокчейн-мережі можуть впроваджувати оптимізовані рішення для зберігання даних, наприклад, використовувати AMT або інші ефективні структури даних. Крім того, використання таких методів, як стиснення та обрізання даних, може зменшити вимоги до сховища для вузлів, покращуючи загальну продуктивність та масштабованість.
Шардинг для масштабованих блокчейн-рішень
Що таке шардинг і як він працює?
Шардинг — це технологія, призначена для підвищення масштабованості мереж блокчейн шляхом поділу блокчейну на менші, більш керовані сегменти, відомі як шарди. Кожен шард обробляє підмножину всіх транзакцій, забезпечуючи паралельну обробку і значно збільшуючи пропускну здатність мережі. Цей метод зменшує обчислювальне навантаження та навантаження на сховище на окремі вузли, що полегшує масштабування мережі при зростанні кількості транзакцій. Наприклад, у шардовому блокчейні кожен шард працює незалежно, обробляючи власні транзакції та підтримуючи власний стан. 0G досягла успіху в реалізації шардінгу, використовуючи розділені мережі зберігання даних і спільний стейкінг між валідаторами для підвищення масштабованості та ефективності.
Переваги шардингу для доступності та масштабованості даних
Шардінг пропонує кілька ключових переваг для забезпечення доступності та масштабованості даних. Розподіляючи робоче навантаження між кількома шардами, значно зменшуються вимоги до сховища та обчислювальних ресурсів для окремих вузлів, що полегшує підтримку доступності даних. Крім того, шардинг підвищує загальну відмовостійкість мережі. Оскільки кожен шард працює незалежно, збій або атака на один шард не ставить під загрозу всю мережу. Ця незалежність гарантує, що дані залишаються доступними і можуть бути перевірені по всій мережі, навіть в умовах локальних проблем.
Виклики та рішення при впровадженні шардингу
Впровадження шардингу в мережах блокчейн пов’язане з кількома проблемами. Однією з головних проблем є забезпечення ефективної комунікації та обміну даними між шардами для підтримки узгодженості та безпеки в мережі. Іншою проблемою є управління координацією та синхронізацією шардів, що може бути складним та ресурсоємним процесом. Вирішення цих проблем включає використання міжшардових протоколів зв’язку та застосування ефективних алгоритмів консенсусу для координації роботи шардів. Крім того, впровадження надійних механізмів доступності даних, таких як векторні зобов’язання, може допомогти забезпечити доступність і перевірку даних на всіх шардах. Наприклад, для вирішення цих проблем були розроблені такі протоколи, як RapidChain і Monoxide, що забезпечують масштабовані та ефективні рішення для шардингу.
Протоколи консенсусу та доступність даних
Огляд протоколів консенсусу в блокчейні
Протоколи консенсусу — це механізми, які використовуються для досягнення згоди між вузлами мережі блокчейн щодо дійсності транзакцій і стану блокчейну. Ці протоколи необхідні для забезпечення доступності та безпеки даних в децентралізованих мережах. До поширених протоколів консенсусу відносяться алгоритми Proof-of-Work (PoW), Proof-of-Stake (PoS) і Byzantine Fault Tolerance (BFT). Кожен протокол має свої сильні та слабкі сторони, що впливають на продуктивність та безпеку блокчейну. Наприклад, PoW відомий своєю безпекою і децентралізацією, але є ресурсоємним, в той час як PoS пропонує вищу ефективність і менше споживання енергії.
Ключові особливості високопродуктивних протоколів консенсусу
Високопродуктивні протоколи консенсусу призначені для максимізації пропускної здатності транзакцій, мінімізації затримок і забезпечення доступності даних. Ключовими особливостями цих протоколів є ефективний зв’язок і координація між вузлами, надійні механізми безпеки для запобігання атакам і масштабованість для обробки зростаючих обсягів транзакцій. Наприклад, протоколи PoS можуть забезпечити вищу пропускну здатність і меншу затримку в порівнянні з протоколами PoW, що робить їх більш придатними для додатків, які потребують швидкої та ефективної обробки транзакцій. Крім того, такі протоколи, як Algorand і Bitcoin-NG, були розроблені для підвищення продуктивності і масштабованості при збереженні безпеки і доступності даних.
Proof-of-Work і його роль у забезпеченні доступності даних
Proof-of-Work (PoW) — це протокол консенсусу, який вимагає від вузлів розв’язання складних математичних головоломок для підтвердження транзакцій і створення нових блоків. PoW відіграє вирішальну роль у забезпеченні доступності даних, оскільки зловмисникам складно вносити зміни в блокчейн через великі обчислювальні витрати. Висока обчислювальна вартість PoW забезпечує безпеку і цілісність, гарантуючи, що всі вузли мають доступ до одних і тих же даних і можуть незалежно перевіряти стан блокчейну. Однак PoW може бути ресурсоємним і не підходити для додатків, що вимагають високої пропускної здатності і низької затримки. Незважаючи на свої недоліки, PoW залишається наріжним каменем безпеки блокчейну, особливо в таких мережах, як Біткоїн.
Передові методи для забезпечення доступності даних
Методи агрегації доказів
Методи агрегації доказів використовуються для об’єднання декількох криптографічних доказів в один компактний доказ. Цей підхід зменшує вимоги до зберігання та обчислювальних ресурсів для перевірки даних, підвищуючи доступність даних в мережах блокчейн. Наприклад, використовуючи агреговані докази, вузли можуть перевіряти дійсність декількох транзакцій за допомогою одного доказу, зменшуючи накладні витрати, пов’язані з індивідуальними перевірками. Ця технологія особливо корисна в тих випадках, коли необхідно ефективно перевіряти великі обсяги даних. Pointproofs і Hyperproofs є прикладами протоколів, які використовують агрегацію доказів для підвищення ефективності та доступності даних.
Ефективна підтримка доказів у блокчейні
Ефективне зберігання доказів має важливе значення для забезпечення доступності даних в мережах блокчейн. Це передбачає оптимізацію зберігання і пошуку криптографічних доказів, мінімізацію обчислювальних витрат для вузлів. Такі методи, як використання аутентифікованих дерев Меркла (Authenticated Merkle Trees, AMT) і векторних зобов’язань, можуть спростити підтримку доказів, забезпечуючи ефективні структури даних для зберігання і перевірки доказів. Крім того, впровадження автоматичного оновлення доказів може зменшити навантаження на вузли, гарантуючи, що докази завжди будуть актуальними і легкодоступними.
OG: Майбутнє доступності даних та технології блокчейн
Новий підхід до доступності даних
0G пропонує новий підхід до доступності даних, який можна нескінченно масштабувати. Щоб зрозуміти перспективи цього підходу, важливо спочатку зрозуміти три основні частини нової архітектури 0G:
- 0G Storage: система зберігання даних загального призначення, яка управляється вузлами зберігання.
- 0G DA: система доступності даних, побудована на базі 0G Storage.
- 0G Consensus: мережа консенсусу 0G.
Для зберігання даних у системі 0G дані спочатку кодуються зі стиранням (з прискоренням на графічному процесорі), що означає, що дані, які зберігаються, фрагментуються на надлишкові менші частини, розподілені по декількох місцях зберігання. Це дозволяє швидко відновити дані у випадку збою будь-якого вузла зберігання, а потім з цих даних формується дерево мерклів (merkle tree). Воно передається на рівень консенсусу 0G (“0G Consensus”), який допомагає виявити будь-які зміни в даних, а також забезпечує швидке відновлення даних у разі потреби.
Крім кодування на стирання, дані розбиваються на “фрагменти даних”, які потім надсилаються на різні вузли зберігання. Вузли зберігання підтримують мережу 0G Storage Network, відповідальну за такі завдання, як швидке і точне зберігання та пошук фрагментів даних, а також координацію з 0G DA для підтвердження доступності даних.
Фактичне підтвердження доступності даних залежить від 2 робочих процесів:
- Смуга публікації даних: Для гарантії доступності даних.
- Лінія зберігання даних: Для передачі великих обсягів даних до сховища 0G Storage.
Канал публікації даних є критично важливим для властивості доступності даних 0G і працює завдяки тому, що мережа консенсусу перевіряє агреговані підписи відповідних вузлів зберігання даних. Це означає, що вузли зберігання даних 0G повинні надійно засвідчити, що дані дійсно існують у сховищі 0G, що перевіряється мережею консенсусу 0G.
Це робиться надзвичайно швидко, оскільки канал публікації даних вимагає лише крихітного біта даних, що проходять через протокол консенсусу, щоб уникнути будь-яких вузьких місць.
0G використовує підхід, схожий на EigenDA, згідно з яким “чесна більшість” групи обраних вузлів зберігання даних повинна погодитися з тим, що дані є правильними (в обмін на винагороду за майнінг). На відміну від EigenDA, для випадкового вибору вузлів зберігання використовується функція Verifiable Random Function (VRF), щоб уникнути будь-якої можливості змови.
0G Consensus може швидко перевіряти доступність даних, що в 1000 разів швидше, ніж данкшардинг Ethereum, і в 4 рази швидше, ніж FireDancer від Solana.
0G Consensus може складатися з довільної кількості мереж, покладаючись на один і той же набір валідаторів, які можуть одночасно перевіряти всі мережі. Наприклад, може бути 5 консенсусних мереж або 5 000, які безпечно управляються одним і тим же набором валідаторів за допомогою процесу, відомого як спільний стейкінг (shared staking).
Ці валідатори вкладають свої активи в основну мережу (якою, швидше за все, буде Ethereum), і будь-яка подія, що призводить до слешингу в мережі, викликає зворотний слешинг в основній мережі. Коли валідатор отримує винагороду в мережі, яку він перевіряє, він може спалити свої токени, щоб отримати їх в основному ланцюжку.
Оскільки екосистема 0G продовжує зростати, можна додавати додаткові консенсусні мережі для нескінченного масштабування системи.
Заключні думки
Архітектура 0G оптимізує доступність даних, використовуючи інноваційні підходи до вузьких місць у сховищах, проблем затримок, ризиків безпеки та механізмів консенсусу. Ця інновація починається із забезпечення швидшої доступності даних за рахунок розділення каналів публікації та зберігання даних. Продумане використання 0G аутентифікованих дерев Меркла (Authenticated Merkle Trees, AMT) та інших структур спрощує перевірку даних. А використання паралельних мереж консенсусу в 0G дозволяє обробляти більшу кількість транзакцій в секунду, що робить його більш придатним для додатків, які потребують високої пропускної здатності. Детальне розділення та оптимізація вузлів валідаторів та вузлів зберігання даних 0G є прикладом передового підходу до поєднання цілісності даних з масштабованістю. Крім того, 0G посилює безпеку, використовуючи спільні механізми стейкінгу між вузлами валідаторів, що забезпечує надійну та масштабовану перевірку даних.
0G: Ми прагнемо подолати проблеми з доступністю даних і прокласти шлях до нового покоління он-лайн ШІ, дефі та ігрових додатків. Використовуючи найсучасніші архітектури, такі як розділені мережі зберігання даних, механізми спільного стейкінгу та вдосконалені протоколи консенсусу, 0G забезпечує надійну та масштабовану блокчейн-інфраструктуру. Завдяки унікальному поєднанню технологій і прогресивного дизайну, 0G є лідером в індустрії блокчейн, готовим задовольнити вимоги наступного покоління блокчейн-додатків.
Приєднуйтесь до нас і створюйте з нескінченно масштабованим програмованим шаром DA для AI Dapps.
