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Comment nous abordons le problème du faible TPS de Blockchain tout en conservant ses valeurs fondamentales [Part I]

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Comment nous abordons le problème du faible TPS de Blockchain tout en conservant ses valeurs fondamentales [Part I]

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@qizhouQi Zhou

Fondateur et PDG de QuarkChain

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Comme nous le savons, la blockchain souffre désormais de ses faibles transactions par seconde (TPS). Par exemple, Bitcoin ne traite que 6 à 7 TPS, et Ethereum traite actuellement environ 15 TPS, tandis qu'Alipay – un système de paiement centralisé – a été en mesure de livrer plus de 200000 TPS le 11 novembre 2017.

Le faible TPS de la blockchain limite considérablement ses applications plus larges.

Même si les systèmes centralisés peuvent offrir un excellent TPS de nos jours, l'évolutivité a été un problème central dans le monde centralisé en raison de la grande population d'utilisateurs d'Internet.

Pour répondre aux besoins de tous les utilisateurs d'Internet, un grand nombre d'informaticiens et d'ingénieurs de sociétés Internet telles que Google et Facebook, la communauté open source et le monde universitaire ont consacré d'énormes efforts et ressources à l'évolutivité, produisant divers systèmes hautement évolutifs et les vérifiant en production depuis des années.

Certains projets notables incluent Google File System, BigTable, Hadoop, Cassandra, etc.

QuarkChain vise à résoudre le problème d'évolutivité de la blockchain en utilisant les technologies mentionnées ci-dessus. Cependant, parmi ces technologies d'évolutivité centralisées, nombre d'entre elles ne sont pas les mieux adaptées au monde décentralisé et ne peuvent pas être appliquées directement.

Pour faire évoluer la blockchain tout en conservant les valeurs fondamentales de la blockchain – la décentralisation et la sécurité, nous devons sélectionner soigneusement les technologies les mieux adaptées à la blockchain, les intégrer ensemble et les appliquer au monde décentralisé.

Suivre cette voie signifie également que nous devons construire l'infrastructure à partir de zéro, car il n'y a pas d'exemple dans le monde décentralisé. Mais la bonne chose est que les membres de notre équipe sont des ingénieurs logiciels seniors de Google, Facebook et Uber, qui ont une vaste expérience dans la conception, les tests, la maintenance et l'optimisation de leurs systèmes évolutifs.

L'expérience et l'expérience uniques nous permettent de développer QuarkChain à un rythme très rapide et d'éviter de nombreux pièges découverts dans les systèmes centralisés au début du développement de QuarkChain.

Pour discuter en détail des technologies d'évolutivité derrière QuarkChain, examinons d'abord brièvement l'histoire de l'évolutivité dans le monde centralisé.

Bref historique de l'évolutivité dans le monde centralisé

Avant l'ère d'Internet (années 2000), afin de satisfaire les besoins de performance des services en croissance, les gens comptent principalement sur une classe générale d'évolutivité appelée évolutivité verticale (ou mise à l'échelle). L'idée de base de l'évolutivité verticale est d'améliorer un système à nœud unique en mettant du matériel plus avancé / plus cher:

  • Ajoutez des processeurs plus rapides pour le goulot d'étranglement de calcul; ou
  • Ajoutez plus de mémoire pour le goulot d'étranglement mémoire / cache; ou
  • Ajoutez des disques plus ou plus rapides pour le goulot d'étranglement de stockage.

Il existe quelques sociétés qui sont des experts en matière d'évolutivité verticale dans différents domaines tels que:

  • Oracle, célèbre pour sa base de données;
  • SUN, célèbre pour son poste de travail;
  • EMC, célèbre pour son stockage.

Le principal avantage de l'évolutivité verticale est qu'il est relativement simple à gérer – simplement en ajoutant plus de ressources. Cependant, il existe quelques inconvénients majeurs:

Le coût initial des solutions verticales peut être élevé. Par exemple, un niveau d'entrée de stockage EMC peut coûter beaucoup plus cher qu'un PC standard.L'augmentation de la capacité d'évolutivité verticale peut être coûteuse lorsque la capacité approche du plafond.

En raison des limites physiques des ressources matérielles, l'augmentation de la capacité 2x d'un système vertical coûte beaucoup plus que 2x ressources la plupart du temps.

Par exemple, sur ark.intel.com le 11 juin 2018, un Intel Xeon E5–1620 v4 avec 4 cœurs et jusqu'à 3,80 GHz par cœur coûte environ 300 $ (total 15,2 GHz avec 19,7 $ par GHz) tandis qu'Intel Xeon E5–1680 v4 avec 8 cœurs et jusqu'à 4,00 GHz par cœur coûte environ 1723 $ (total 32 GHz avec 53 $ par GHz).

Avec l'explosion des applications d'Internet, le nombre d'utilisateurs augmente de façon exponentielle dans le temps, et servir tous les utilisateurs via des solutions verticales devient extrêmement coûteux et parfois même impossible.

Pour répondre aux besoins de services des utilisateurs à l'échelle mondiale, les nouvelles sociétés Internet telles que Google et Facebook ont ​​recours à évolutivité horizontale (scale-out) pour résoudre le problème d'évolutivité en construisant des systèmes distribués à grande échelle sur des PC de base.

Cela apporte les principaux avantages suivants:

Coût initial réduit. Un nouveau service n'a besoin que de configurer quelques nœuds pour répondre à ses demandes initiales d'utilisateurs à un stade précoce. En ajoutant plus de nœuds, la capacité du système peut augmenter linéairement. Cela signifie que le nombre d'utilisateurs augmente, la capacité du système peut être augmentée à la demande en ajoutant plus de nœuds avec un coût linéaire.

Certains systèmes célèbres sont conçus et exécutés pour offrir une grande évolutivité horizontale. Cela comprend:

  • Système de fichiers Google (stockage)
  • BigTable de Google (magasin de valeurs-clés)
  • MapReduce de Google (calcul)
  • Hadoop avec certains homologues open source du système Google, notamment HDFS, HBase, Map
  • ReduceCassandra (magasin de valeurs-clés)

La technologie clé qui permet à ces systèmes est sharding – un moyen qui partitionne l'état du système global en plusieurs sous-états (fragments) relativement indépendants et construit un cluster avec plusieurs nœuds qui traitent chaque sous-état en parallèle.

Avec une bonne conception de partitionnement, la capacité du système peut être augmentée en ajoutant plus de fragments et de nœuds dans le cluster de manière linéaire.

Évolutivité dans un monde décentralisé

Compte tenu de l'historique d'évolutivité du monde centralisé, nous pensons que l'évolutivité de la blockchain peut bénéficier des leçons susmentionnées (notez que nous ne discutons que des solutions en chaîne):

Actuellement, la plupart des solutions en chaîne existantes visent à augmenter les performances de la blockchain unique, que nous appelons solutions d'évolutivité verticale.

Par exemple, BTC a un intervalle de blocs de 600 s et une taille de bloc de 1M. Le LTC améliore le BTC en réduisant l'intervalle de bloc de 600 à 150, et le BCH améliore le BTC en augmentant la taille de bloc de 1M à 8M.

Cependant, en raison de la limite de propagation globale du réseau P2P, une diminution supplémentaire de l'intervalle de bloc et / ou une augmentation de la taille des blocs augmentera la probabilité de blocage des blocs et donc de gaspiller la puissance de hachage. et PoS délégué (dPoS).

Deux améliorations notables sont la mise en œuvre GHOST d'Ethereum et le dPoS d'EOS, où le dPoS d'EOS ne permet qu'à 21 nœuds (ou producteurs de blocs) de produire un bloc dans la chaîne.

À l'instar des systèmes centralisés, nous pensons que l'évolutivité verticale de la blockchain approche de sa limite en raison des contraintes physiques du réseau P2P et d'un nœud complet.

Pour construire une blockchain qui répond aux besoins commerciaux mondiaux, nous croyons en l'évolutivité horizontale, qui démontre déjà son succès dans les systèmes centralisés.

L'idée de base de l'évolutivité horizontale de la blockchain est de partitionner un état de blockchain unique en plusieurs états de blockchain, c'est-à-dire des fragments. Chaque blockchain (un fragment) pourrait traiter les transactions de manière relativement indépendante, et chaque fragment pourrait interagir avec un autre fragment de manière transparente.

En augmentant le nombre de fragments dans le réseau, le débit du réseau blockchain augmente linéairement.

QuarkChain fait la promotion de la blockchain évolutivité horizontale technologie (sharding) pour construire une blockchain que tout le monde peut utiliser n'importe quand et n'importe où. Dans les articles suivants, nous élaborerons les détails de la technologie QuarkChain et les inspirations correspondantes des homologues centralisés.

Les sujets incluent:

  • Comment QuarkChain partitionne l'état du système?
  • Comment QuarkChain développe le consensus pour conduire tous les fragments de manière décentralisée tout en assurant la sécurité en termes de diverses attaques telles que les attaques à double dépense, les attaques sur liste noire, etc.?
  • Comment QuarkChain effectue des transactions entre fragments de manière efficace et sûre?
  • Comment QuarkChain prend en charge les contrats intelligents?
  • Comment QuarkChain remplace un nœud super-complet par un cluster de nœuds?

En outre, nous énumérerons également certaines questions ouvertes auxquelles nous sommes confrontés dans le réseau QuarkChain et discuterons des orientations potentielles pour améliorer le système. Nous accueillons sincèrement tous les commentaires et suggestions constructifs du voyage.

À propos de QuarkChain

QuarkChain vise à résoudre le problème d'évolutivité de la chaîne de blocs en utilisant des technologies d'évolutivité horizontale. La mission de QuarkChain est de permettre à tout le monde dans le monde d'utiliser les technologies de blockchain à tout moment et en tout lieu.

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Traduction de l’article de Qi Zhou : Article Original

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