Giới thiệu
Công nghệ blockchain đã mở ra tiềm năng chưa từng có về phân quyền, minh bạch và bảo mật. Tuy nhiên, nó đối mặt với một thách thức lớn: khả năng mở rộng.
Đây là một phần trong “blockchain trilemma,” bao gồm bảo mật, phân quyền và khả năng mở rộng. Việc đạt được cả ba yếu tố này đồng thời là một bài toán nan giải.
Đây là lúc các giải pháp chiến lược như “sharding” phát huy vai trò.
Sharding là gì?
Sharding là một khái niệm bắt nguồn từ quản lý cơ sở dữ liệu truyền thống. Nó đề cập đến việc phân chia một cơ sở dữ liệu lớn thành các phần nhỏ hơn, dễ quản lý hơn, được gọi là shard.
Ứng dụng của sharding trong blockchain nhằm cải thiện khả năng mở rộng mà vẫn duy trì nguyên tắc phân quyền.
Cụ thể, sharding chia mạng blockchain thành các phần nhỏ hơn, mỗi phần có khả năng xử lý giao dịch và hợp đồng thông minh song song.
Sharding hoạt động như thế nào?
Để hiểu cách sharding vận hành trong mạng blockchain, cần nắm rõ cách dữ liệu blockchain thường được lưu trữ và xử lý. Có hai phương thức xử lý chính: tuần tự và song song.
Thông thường, mỗi nút (node) trong blockchain chịu trách nhiệm xử lý toàn bộ khối lượng giao dịch trong mạng.
Phương pháp này được gọi là xử lý tuần tự, yêu cầu mỗi nút lưu trữ tất cả thông tin quan trọng như số dư tài khoản và lịch sử giao dịch.
Dù mô hình này tăng cường bảo mật nhờ ghi nhận mọi giao dịch trên tất cả các nút, nhưng nó làm chậm tốc độ xử lý dữ liệu đáng kể.
Ngược lại, xử lý song song cho phép nhiều tác vụ được thực hiện đồng thời. Sharding tận dụng lợi thế này bằng cách phân chia tải giao dịch trong mạng blockchain.
Điều này có nghĩa là không phải tất cả các nút đều cần quản lý toàn bộ dữ liệu mạng. Thay vào đó, sharding chia nhỏ dữ liệu qua phân vùng ngang, với mỗi shard hoạt động như một cơ sở dữ liệu độc lập, xử lý giao dịch tách biệt với các shard khác.
Phân vùng ngang và dọc
Phân vùng ngang và phân vùng dọc là hai phương pháp mở rộng cơ sở dữ liệu chủ yếu. Mặc dù cả hai đều nhằm quản lý tập dữ liệu lớn hiệu quả hơn, chúng hoạt động theo cách khác biệt.
Sharding là một dạng của phân vùng ngang.
Trong phân vùng ngang, dữ liệu được chia thành các hàng và phân tán qua các nút khác nhau, mỗi nút chứa một phần dữ liệu.
Mỗi hàng là một thực thể độc lập, do đó việc phân chia không ảnh hưởng đến tính toàn vẹn dữ liệu.
Ví dụ điển hình về phân vùng ngang là mạng blockchain của Ethereum hoặc Bitcoin.
Ngược lại, phân vùng dọc chia dữ liệu thành các cột. Mỗi phân vùng chứa một tập hợp thuộc tính cụ thể của dữ liệu.
Ví dụ, trong bảng khách hàng với các cột Tên, Trạng thái, Mô tả và Ảnh, phân vùng dọc có thể lưu Tên và Trạng thái trong một bảng, còn Mô tả và Ảnh trong một bảng khác.
Tại sao phân vùng ngang được ưu tiên?
Phân vùng ngang được ưu tiên hơn trong mạng blockchain vì ba lý do chính: khả năng mở rộng, phân quyền và bảo mật.
- Khả năng mở rộng
- Sharding giúp xử lý nhiều giao dịch đồng thời, cải thiện tốc độ và hiệu suất mạng.
- Trong khi đó, phân vùng dọc đòi hỏi độ phức tạp cao hơn khi truy xuất dữ liệu đầy đủ, hạn chế khả năng mở rộng.
- Phân quyền
- Phân vùng ngang cho phép giảm tải xử lý dữ liệu, giúp nhiều nút tham gia mạng hơn mà không yêu cầu tài nguyên tính toán và lưu trữ lớn.
- Bảo mật và tính toàn vẹn dữ liệu
- Trong phân vùng ngang, mỗi shard chứa toàn bộ dữ liệu giao dịch, đảm bảo tính toàn vẹn.
- Phân vùng dọc, ngược lại, làm phức tạp việc đảm bảo an toàn dữ liệu do các phần dữ liệu bị phân tán.
Lợi ích của Sharding
Sharding mang lại nhiều lợi ích đáng kể cho công nghệ blockchain:
- Tăng tốc độ giao dịch
- Sharding cho phép xử lý giao dịch song song trên các shard riêng biệt, cải thiện đáng kể tốc độ giao dịch và khả năng xử lý người dùng.
- Một ví dụ là Zilliqa, blockchain sử dụng sharding để đạt hàng nghìn giao dịch mỗi giây.
- Giảm chi phí xử lý và lưu trữ
- Với sharding, mỗi nút chỉ cần lưu trữ và xử lý một phần nhỏ dữ liệu mạng, giảm yêu cầu phần cứng, khuyến khích nhiều người tham gia làm trình xác thực.
- Cải thiện hiệu suất mạng
- Sharding giúp tăng khả năng mở rộng và giảm gánh nặng đồng bộ hóa, cải thiện trải nghiệm người dùng.
Hạn chế của Sharding
Tuy nhiên, sharding cũng mang đến một số thách thức:
- Tấn công chiếm quyền điều khiển shard
- Các shard riêng lẻ dễ bị tấn công hơn do yêu cầu sức mạnh tính toán thấp hơn.
- Giao dịch giữa các shard
- Các giao dịch phức tạp giữa các shard có nguy cơ gây ra lỗi hoặc gian lận như chi tiêu hai lần.
- Vấn đề về khả dụng dữ liệu
- Nếu một shard không hoạt động, toàn bộ mạng có thể bị ảnh hưởng.
- An ninh mạng
- Phân bổ không đều dữ liệu giữa các shard có thể dẫn đến bất ổn mạng.
- Đồng bộ hóa nút
- Quá trình này có thể gây chậm trễ, ảnh hưởng đến hiệu suất mạng.
Sharding trong Ethereum
Ethereum đã lên kế hoạch triển khai sharding trong bản nâng cấp Ethereum 2.0 để giải quyết vấn đề khả năng mở rộng và chi phí giao dịch.
Quá trình này đang diễn ra qua nhiều giai đoạn, với giai đoạn cuối bao gồm sharding hoàn chỉnh.
Kết luận
Sharding là bước tiến quan trọng nhằm giải quyết bộ ba khó khăn của blockchain. Dù còn tồn tại những hạn chế, tiềm năng tăng cường khả năng mở rộng mà không ảnh hưởng đến phân quyền mở ra triển vọng to lớn cho tương lai của blockchain.
Thành công của sharding sẽ phụ thuộc vào nghiên cứu, phát triển và thử nghiệm nghiêm ngặt, đóng góp vào sự phát triển bền vững của hệ sinh thái blockchain.
