알고리즘 샤딩

알고리즘 샤딩 구조

알고리즘 샤딩(Algorithm Sharding)은 데이터베이스 아이디를 단순하게 나누어 샤딩하는 방식이다.

특징

• 장점

같은 값을 가지는 key-value 데이터베이스에 적합하다.

• 단점

클러스터를 포함하는 노드 갯수가 변하게 되면 리샤딩(Resharding)이 필요하며, 해시 키로 분산되기 때문에 공간에 대한 효율이 부족하다.

활용

블록 플로우

기본 크로스 샤드 트랜잭션을 지원하는 새로운 샤딩 프로토콜은, 크로스 샤드 TX에 2단계 커밋이 필요하지 않으며, 이를 블록 플로우라고한다. 일반적인 샤딩 알고리즘이지만 이더 리움에 적용될 수 있다. 블록 플로우에서는 먼저 샤드 주소를 $G$그룹으로 분할한 다음 입력 주소 및 출력 주소를 기반으로 모든 트랜잭션을 $GxG$ 샤드로 분배한다. 샤드 $(i,j)$는 그룹 $i$에서 그룹 $j$까지의 트랜잭션으로 구성되어 있다고 가정하면, 그룹 $i$의 경우 샤드 $(j,i)$ 및 $(i,j)$의 트랜잭션만 다운로드하면되므로 총 $GxG$ 샤드 대신 $2G-1$ 샤드가 필요하며, 확장성에 이바지한다. 그룹 $i$에서 그룹 $j$로의 트랜잭션은 샤드 $(i,j)$에 직접 제출되며, 이는 2단계 커밋을 피하는 첫 번째 방법이다. 특정 데이터 구조 + 최종 알고리즘을 사용하여 모든 샤드에 대한 합의에 도달하여, 데이터 구조 덕분에 알고리즘은 1% 공격 대신 51% 공격을 받는다. 이 샤딩 알고리즘을 사용하는 비용은 샤드 종속성을 저장하는 새로운 데이터 구조를 위해 추가 스토리지가 필요하며 비용은 블록당 약 $100B-200B$이고, 수퍼 노드는 필요하지 않지만 풀 노드는 각 그룹당 하나의 $G$ 노드로 구성되어 완전한 원장을 구성한다. 또한 스마트 계약 확장을 위한 혁신적인 기능으로, 현명한 계약을 토큰 부분과 데이터 부분으로 분해한 다음 토큰 수준 프로그래밍을 위한 스크립팅 언어를 제공하면, 데이터 부분에 내장된 VM 언어를 원하지 않기 때문에 실질적인 절충안이다.

시스템에는 $GxG$ 샤드가 있으며 $G$는 주소 그룹의 수이고, 각 주소 그룹마다 $G$ 샤드가 있어, 이 설정에서 크로스 샤드 트랜잭션은 그룹 간 트랜잭션이 된다. 토큰 기반 접근 방식과 같은 상태 기반이 아닌 UTXOs + 데이터를 확장하는 것이 주정부 계약을 확장하기보다 훨씬 쉽다는 것을 알았으므로 처음에 결정적인 디자인 절충안이었다. 애플리케이션은 UTXO와 함께 데이터 블록을 사용하여 상태를 가질 수 있어, 일부 응용 프로그램은 기존 블록체인과 거의 동일한 샤드 $(i,i)$를 고수 할 수도 있고, 응용 프로그램의 일반성을 잃어버렸지만 훨씬 간단한 확장 가능한 솔루션이다. 종속성은 방향성 비순환 그래프를 형성하며, DAG는 각 샤드의 포크를 결정하는 데 사용되고, 예를 들어 최신 블록 ${3,5}$는 ​​최신 블록 ${3,4}$를 종속성으로 사용하고 최신 블록 ${3,4}$는 최신 블록 ${3,5}$를 종속성으로 사용한다. 이 두 개의 최신 블록 ${3,4}{3,5}$를 동시에 만들 수 있으나 최신 블록 ${3,1}$에 대한 종속성으로 함께 사용될 수 있다. 블록 시간은 다른 샤드에 대해 약간 무작위이므로 가능한 한 많은 블록을 포함하기 위해 다른 행의 최신 블록을 사용하고, 예를 들어, $G$개의 개별 노드에 분산된 전체 수퍼 체인에 대한 견해를 결정해, 종속성 구성은 뷰가 올바른지 확인한다.

참고자료

• DevBlog, 〈(Databases) Database Sharding(샤딩)이란?〉, 《티스토리》, 2019-01-29
• 청왕, 〈BlockFlow : 단일 단계 크로스 샤드 트랜잭션으로 새로운 샤딩 알고리즘 소개〉, 《EthResearch》, 2019-02-18

같이 보기

• 샤드
• 샤딩

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