深入了解 Shardeum：利用動態分片的自動擴展第一層區塊鏈

在本期節目中，Shardeum 的首席技術官 Srinivasan Parthasarathy 分享了 Shardeum 如何通過動態狀態分片和無塊交易模型構建自動擴展的第一層區塊鏈。該架構實現了線性可擴展性，同時保持了節點要求的低門檻，提供了性能與去中心化之間的獨特平衡。

他還討論了測試網操作的經驗教訓、關鍵的漏洞獎勵發現以及網絡的安全方法，包括每 60 秒輪換節點責任的定制 Proof of Quorum（法定人數證明）。作爲一個開源、社區驅動的項目，Shardeum 計劃於 5 月 5 日推出其主網，後續將分階段支持智能合約和激勵計劃。

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介紹與 Shardeum 概述

Ehan：歡迎來到吳說不加密播客。今天，我們很高興邀請到 Shardeum 的首席技術官 Srinivasan。歡迎您，請您介紹一下自己和 Shardeum。

Srinivasan：是的，大家好，我是 Srinivasan。我是 Shardeum 的首席技術官。在 Shardeum，我們正在構建世界上第一個自動擴展的第一層區塊鏈，我非常高興能夠在這裏。

我進入區塊鏈的旅程始於 2016 年。在 2017 年，我構建了我的第一個 NFT 市場。從那時起，我在多個地方工作，並構建了許多與 Web3 相關的產品。我曾在 DraftKings 擔任工程副總裁，幫助構建他們旗艦產品的區塊鏈基礎設施。最近，我在一家名爲 Six 的公司工作，我們銷售代表美國資源權利的 NFT 代幣。

現在在 Shardeum，我領導着一個出色的團隊，我們專注於構建這一開創性的自動擴展第一層區塊鏈。

Shardeum 如何在保持節點訪問低門檻的同時擴展？

Ehan：Shardeum 聲稱是第一個自動擴展的第一層。其架構是如何在保持節點要求可訪問的同時實現高交易吞吐量的？

Srinivasan：我覺得用一個視覺類比來解釋區塊鏈的工作原理以及 Shardeum 的不同之處會很有幫助 — — 這樣可以嗎？

一個很好的思考事件驅動型區塊鏈的方式是想象它像一個電子表格，包含行和列。每一行代表一個區塊，而每個單元格則是一個交易。這個電子表格對任何人開放，具有透明性，但一次只能由一個人寫入 — — 特別是，每次只有一個人可以寫入新的行。在大多數區塊鏈中，關鍵問題是：誰有權寫入下一行？所有共識協議的本質都是確定誰可以寫入這一行。

現在，想象這個電子表格有十億行，且有一個單一的進程來管理這一切。隨着行數從十億增加到二十億、再到一百億，它將變得越來越緩慢且缺乏可擴展性。但如果不是一個巨大的表格，而是有 1000 個選項卡，就像 Google Sheets 一樣呢？你可以通過字母分組算法將數據分配到這些選項卡中，因此你將在許多表格中分散較小的數據集。這基本上就是分片的工作原理，這也是 Shardeum 所做的。

但是 Shardeum 更進一步。我們並不是固定數量的選項卡 — — 比如 1000 個 — — 而是在運行時動態調整它們。你可能一開始只有 10 個選項卡，但隨着交易量的增加，你可以擴展到 200、1000 或更多的選項卡。當交易量下降時，又可以縮減回去。這被稱爲動態狀態分片，正是它使我們能夠自動擴展。

還有一個重要的區別。大多數區塊鏈圍繞 “區塊” 的概念運作，這意味着編寫者必須在我們電子表格的類比中寫入完整的一行。這使得寫入行的人可以看到待處理的交易，從而可能進行操控 — — 例如重新排序交易。

Shardeum 不依賴於區塊的概念。相反，我們以最純粹的形式處理交易。我們執行的最小單位是該行中的一個單元格。我們不需要一次性寫入整個行。雖然爲了與 EVM 兼容，我們在外部模擬區塊 — — 以便 JSON-RPC 客戶端知道如何與我們互動 — — 但在內部，我們並不真正受限於這種結構。

這種架構使我們能夠修改單個單元格，而非整個行，根據交易量動態分片和重新分配工作負載，並以最小的性能瓶頸水平橫向擴展。這是一個難以解決的技術難題，但正是這一點使 Shardeum 與衆不同。

Ehan：那麼，這種自動擴展設計有什麼權衡嗎？

Srinivasan：顯而易見的權衡是，這種設計引入了節點之間更高水平的通信。在傳統區塊鏈中，每個驗證節點都保存整個區塊鏈狀態的完整副本 — — 在我們之前的類比中，基本上是整個電子表格。這意味着每個節點需要大量的處理能力和存儲容量。

在 Shardeum 中，由於我們將數據劃分爲更小的片段 — — 或選項卡 — — 每個節點只需要處理一小部分，比如 1000 個選項卡中的一個。這顯著降低了每個節點的計算和存儲要求，使其更易於訪問。然而，缺點是每個節點現在只能看到整體狀態的一部分。就像只能訪問電話目錄的 “A” 部分。

因此，當一個節點需要其分配段外的數據時，它必須首先確定哪個節點持有所需數據，然後向其請求數據。這引入了一層節點間的通信，使事情變得更加復雜。

盡管如此，我們通過定制的通信協議解決了這一挑戰，使節點能夠高效地定位和共享數據。是的，這增加了復雜性，但回報是巨大的 — — Shardeum 可以僅通過增加更多節點幾乎線性地擴展交易吞吐量。

因此，盡管去中心化的進程間通信是一個艱難的技術挑戰 — — 並且在其他系統中尚未完全解決 — — 我們相信我們已經破解了一個可擴展的模型，使 Shardeum 成爲真正獨特的第一層區塊鏈。

從激勵測試網中學到了什麼？

Ehan：在運營大規模、真正去中心化的激勵測試網中，你們獲得了哪些關鍵見解？

Srinivasan：是的，這個問題很好。我們運行了四個激勵測試網，參與程度令人難以置信 — — 人們幾乎遍布全球運行節點。我們的主頁上寫着 “爲所有人去中心化”，我們確實是這樣想的。我們希望建立一個系統，不僅允許擁有昂貴硬件的發達國家的人參與，也允許任何人 — — 即使是資源有限的人 — — 也能啓動一個節點。

這種方法有助於推動去中心化，同時增強網絡安全。因此，從我們的激勵測試網中獲得的關鍵經驗之一是如何使節點參與真正全球化和可訪問。我們必須弄清楚如何清晰地傳達節點要求、入門步驟、質押與解質押的工作原理，以及如何創建一種用戶體驗，使這些過程直觀易懂。

許多用戶體驗改進直接來自於觀察人們與測試網的互動。我們了解到哪種界面效果最好，哪些方面會引起混淆。除了用戶體驗之外，我們還利用測試網識別並修補了多個安全問題。

另一個主要的見解是關於網絡協調。當你有許多節點，每個節點只有部分數據時，你需要一個強大的協議來達成共識 — — 尤其是因爲我們並不控制任何節點。有人可能在福州啓動一個節點，另一個在西伯利亞，另一個在印度 — — 他們所有人都需要在去中心化的環境中達成共識。 你可以想象，在西伯利亞有一個節點，在印度還有一個節點 — — 它們都需要在一個去中心化環境中達成共識。確保這種協調能夠在沒有中心化控制的情況下實時順利進行，是一個巨大的技術挑戰。但解決這個問題正是 Shardeum 獨特之處的關鍵。

漏洞賞金計劃中發現了哪些關鍵漏洞？

Ehan：你能分享一下在漏洞賞金計劃中發現的最關鍵的漏洞，以及你們是如何解決它們的嗎？

Srinivasan：當然可以。我們已經進行了多個漏洞賞金計劃，發現的一些問題相當獨特。首先，我們所做的一切都是開源的，因此所有的修復和更改都是公開可見的。任何人都可以訪問我們的 GitHub 倉庫，查看我們爲支持網絡所做的具體修改。

話雖如此，在這些計劃中我們確實發現了一些重要問題。其中一些問題涉及我們如何籤署交易 — — 例如選擇了錯誤的哈希或籤署過程中的不一致性。這些漏洞可能帶來風險，例如重播攻擊，即來自測試網的交易有可能在主網中被重播。因此，我們必須仔細分析並修復所有這些漏洞。

漏洞賞金計劃對我們來說極具價值。我們發現了大量問題，尤其是在多重籤名支持等協議層特性方面，這些問題我們已直接在協議層實施。白帽黑客幫助我們對這些功能進行了嚴格測試，他們的反饋促成了關鍵的安全改進。

所有這些修復現在已經整合到我們即將推出的主網版本中 — — 計劃於 5 月 5 日上線。

主網啓動後你們將如何處理安全問題？

Ehan：Shardeum 在主網啓動後將採取什麼措施進行持續的安全監控和威脅緩解？

Srinivasan：我們採取了一種多層次的方法。我們有一個專門的內部安全團隊，專注於監控系統的健康狀況和評估潛在的攻擊向量。

我們還建立並持續開發一個全面的遙測和可觀察性系統，使我們能夠實時了解網絡中發生的事情。這使我們能夠檢測異常、跟蹤系統行爲並對威脅做出及時響應。

雖然我們已經建立了這個系統，但在接近主網啓動時我們會不斷改進它。實際上，我們正在從頭建立一個完整的開放遙測框架，以確保網絡在擴展時依然安全。

你們的 RPC 層與其他 EVM 鏈有什麼不同？

Ehan：Shardeum 的 RPC 層在性能、可擴展性或可靠性方面與其他典型的 EVM 兼容鏈有何不同？

Srinivasan：這是個好問題。正如我之前提到的，使用電子表格類比 — — 大多數 EVM 兼容鏈將整個區塊鏈狀態視爲一個巨大的電子表格，每個節點都維護完整的數據。相比之下，Shardeum 將這個電子表格拆分爲多個分片或標籤，每個標籤由一部分節點管理。

每個過程負責一個或多個特定的標籤 — — 例如，標籤 33 — — 而這個分配是動態的。Shardeum 在一個 60 秒的內部時鍾周期上運行。在每個周期結束時，系統會輪換節點：可能會用五個新節點替換一千個活躍節點中的五個，這些新節點是從待命池中根據某些標準（如非活動時長）選擇的。然後，系統重新分配職責 — — 所以一個剛進入的節點可能突然負責標籤 33 和 37，而事先並不知道，也不知道其他哪些節點共享這些職責。

這個機制大大增強了安全性。隨機性和輪換使得針對或影響網絡特定部分變得極其困難。任何交易要最終確認，必須有超多數 — — 比如 100 個參與節點中的 67 個同意。而這 100 個節點並不知道組內還有誰，也不知道他們是如何被選中的。這種不確定性有助於確保去中心化和防篡改。

我們稱這種共識機制爲 Proof of Quorum（法定人數證明）。它與我們的 60 秒周期結構緊密集成。要想破壞網絡，攻擊者需要在一個周期內識別並控制隨機分配的驗證者集合中的三分之二 — — 這是幾乎不可能的。

從性能角度來看，我們的架構允許近乎線性的可擴展性。我們可以在 100 到 10,000 個分片（或標籤）之間動態擴展，並在需要時縮減。這種靈活性使 Shardeum 在可擴展性、可靠性和安全性方面表現出色，同時通過我們的 RPC 層保持全面的 EVM 兼容性。

你們會繼續進行審計和漏洞賞金計劃嗎？

Ehan：你們的安全策略是否包括持續的第三方審計或社區驅動的漏洞賞金計劃？

Srinivasan：是的，絕對會。我們是一個開源項目 — — 我們的整個代碼庫都在 GitHub 上可用 — — 我們所做的每一個技術決策都完全遵循我們對去中心化的承諾。我們很幸運有一個出色的社區支持我們，我們對此深表感謝。

我們計劃繼續與第三方審計師合作，並開展社區驅動的漏洞賞金計劃。實際上，我們有一個專門的團隊致力於與社區合作，圍繞 Shardeum 構建產品。其中一些項目我們會幫助啓動，最終交由社區接手。

我們還計劃舉辦黑客馬拉松和其他活動，以鼓勵社區的積極參與。一旦我們在 5 月 5 日推出主網，所有這些舉措將加速進行。我們期待社區在 Shardeum 的持續成功中發揮核心作用。

你們是如何壯大社區和生態系統的？

Ehan：Shardeum 是如何建立其社區和生態系統的？哪些具體項目或激勵措施最有效？

Srinivasan：我們的社區確實是我們最大的優勢之一。例如，在我們最近的激勵測試網 ITN4 中，我們全球參與的驗證者約有 5,200 名（測試網 171,000 名）。我們在 Discord 和 X 等社交平台上建立了龐大且活躍的存在，我們的生態系統團隊全心致力於與這個社區互動並壯大它。

我們採取了分階段的發展方法 — — 首先是代幣轉移功能，隨後將推出智能合約和其他關鍵特性的支持。在每個階段的進展中，我們的社區都會參與其中。

我們還有一個專門的團隊，專注於設計和執行社區項目。這包括激勵措施、入門培訓、教育內容以及合作活動，以確保生態系統以可持續和去中心化的方式不斷擴展。

目前正在 Shardeum 上構建哪些項目？

Ehan：那麼，目前在 Shardeum 上正在開發哪些類型的項目或應用？

Srinivasan：這是個好問題。作爲一個自動擴展的第一層區塊鏈，Shardeum 特別適合那些可擴展性和交易成本是主要關注點的用例。讓我舉個例子：在我之前的公司，我們以 1,200 美元的價格出售代表現實資源（如馬匹）的 NFT。當時，以太坊的燃氣費用約爲每筆交易 200 美元。購買價格上再加上 20% 的費用毫無意義 — — 這根本無法持續。

而在 Shardeum，由於我們實現了線性擴展，無論網絡擁堵與否，我們的燃氣費用都保持低且穩定 — — 即使某個 meme 幣在鏈上推出。這使得該平台非常適合對費用敏感的金融和去中心化金融應用。

由於 Shardeum 兼容 EVM，開發者能夠以最小的努力部署基於 Solidity 的智能合約。任何在其他 EVM 鏈上運行的合約都可以輕鬆遷移過來。這意味着我們繼承了 EVM 生態系統的巨大網絡效應 — — 十年的工具、開發者知識和基礎設施。

因此，雖然我們已經預見到去中心化金融和 NFT 項目將遷移到 Shardeum，但我相信…… 結構。

盡管我們已經預見到去中心化金融（DeFi）和非同質化代幣（NFT）項目將會遷移到 Shardeum，但我相信社區會給我們帶來意想不到的驚喜。一旦主網啓動，我希望能夠看到一波創新應用的湧現，這些應用將充分利用 Shardeum 的 EVM 兼容性、低費用、可靠性能和動態可擴展性。

代幣將如何用於質押和治理？

Ehan：Shardeum 代幣將如何應用於質押、治理或網絡激勵？

Srinivasan：我們仍在最終敲定治理的具體細節，相關信息將很快公布。也就是說，我們的核心原則是完全去中心化 — — 任何持有少量 Shardeum 代幣的人都可以運行一個節點。這些代幣將在我們的代幣銷售中提供。

在激勵方面，獎勵機制基於節點在 “活躍集合” 中的參與時間，這個集合是當前參與共識的節點組。當你啓動一個節點時，它首先會加入 “待命池”。每 60 秒，在我們內部時鍾的每個周期中，我們會將部分活躍集合中的節點輪換出去，並從待命池中引入新節點。一旦節點進入活躍集合，就開始獲得獎勵。

獎勵與節點參與網絡任務的活躍時間成正比 — — 包括驗證交易、籤署區塊和維護網絡安全。節點選擇也會考慮過往的表現記錄。那些符合預期的節點 — — 在線時間、響應能力、行爲正確 — — 更可能在活躍集合中停留更長時間，從而獲得更多獎勵。

我們不會懲罰表現不佳的節點，但如果一個節點未能達到性能標準，它將更快地被輪換出活躍集合，減少其獲得獎勵的能力。這是一種更溫和、基於激勵的方式來引導行爲，而非直接懲罰。

這些內容仍在完善中，關於治理和獎勵機制的更多細節將在主網啓動前公布。請關注我們的網站以獲取更新。

你們如何確保透明度和獨立性？

Ehan：Shardeum 如何確保運營透明度和治理獨立性？

Srinivasan：這是一個很好的問題。正如我之前提到的，Shardeum 是一個完全開源的項目。我們所做的一切都是公開的 — — 就像在一個魚缸裏工作。我們的所有代碼都在 GitHub 上可用，任何人都可以查看我們的系統是如何工作的。

你可以查看我們的共識機制、用於節點選擇和獎勵分配的算法，以及協議的其他每一個方面。節點性能評估和網絡擴展決策背後的邏輯完全透明。

在主網啓動後，我們將不再對誰可以啓動節點或在哪裏啓動節點有任何集中控制。該網絡的設計旨在適應去中心化環境，動態處理節點參與和共識。這種開放性和缺乏集中權威是 Shardeum 對透明度和獨立性承諾的基礎。

主網何時啓動，爲什麼這很重要？

Ehan：你能分享一下最近宣布的主網啓動日期，以及這個裏程碑對 Shardeum 的意義嗎？

Srinivasan：我們的主網將於 5 月 5 日啓動，這對 Shardeum 來說是一個重要的裏程碑。這個網絡已經開發了一段時間，我們有一個出色的團隊在爲此努力。

此次啓動的重要性在於我們所構建的復雜性。自動擴展一級區塊鏈，以及設計全新的交易協議，都是極具挑戰性的技術工作 — — 這需要時間和深厚的專業知識。

我們相信，現在是 Shardeum 進入下一個階段的最佳時機。主網的推出將分階段進行，第一階段將於 5 月 5 日開始。從那時起，我們將逐步引入更多面向社區的功能，繼續改善性能，並使系統對全球用戶更加可擴展和可訪問。

你們將如何吸引和發展貢獻者基礎？

Ehan：你們有什麼戰略來促進社區增長和有意義的貢獻者參與？

Srinivasan：如果我理解你的問題正確的話，正如我之前提到的，我們有一個專門的團隊與社區緊密合作，指導構建的內容以及如何發布。我們在過去的激勵測試網中已經看到了巨大的參與度，我要感謝所有參與其中的朋友。

我們的社區團隊積極與合作夥伴和貢獻者合作，我們預計在主網啓動後，這種參與程度將顯著增長。我們期待繼續與社區共同建設。

Ehan：還有什麼想與我們的觀衆分享的嗎？

Srinivasan：是的 — — 感謝大家的巨大支持。你們在測試網期間的反饋和參與對我們確保網絡安全和塑造 Shardeum 起到了不可或缺的作用。請訪問 shardium.org 獲取最新動態，我們非常感謝你們的持續支持。