Optimasi Penyimpanan Blockchain: Sistem Penyimpanan Berbasis Path pada Smart Chain

Pendahuluan

Mengelola full node merupakan tanggung jawab besar yang membutuhkan perhatian penuh dan keahlian teknis tinggi. Cara tradisional dalam mengelola node menghadirkan tantangan berat, khususnya terkait proses pruning offline yang selama ini menjadi kendala utama bagi operator node di berbagai jaringan blockchain.

Path-Based Storage Scheme yang diperkenalkan pada Geth V1.13.0 menawarkan solusi transformatif atas masalah tersebut. Pendekatan inovatif ini secara signifikan meningkatkan performa dan pengalaman pengguna dengan mengubah secara fundamental cara penyimpanan dan pengelolaan data state blockchain.

Panduan ini membahas tiga aspek utama: alasan strategis di balik adopsi PBSS oleh smart chain utama, peningkatan performa utama PBSS dibandingkan skema State Berbasis Hash tradisional, serta optimasi khusus yang diimplementasikan beserta hasil uji empirisnya.

Mengapa Smart Chain Mengadopsi PBSS?

Sebelum PBSS hadir, jaringan EVM-compatible utama mengalami inefisiensi signifikan dalam skema penyimpanan berbasis hash. Keterbatasan ini menjadi semakin menonjol karena karakteristik operasional unik: waktu pembuatan blok yang sangat cepat (3 detik) dan gas limit yang sangat tinggi (140 juta).

Meskipun spesifikasi tersebut memberikan transaction throughput yang tinggi, tekanan penyimpanan pun meningkat. Akumulasi data state yang cepat memaksa pengguna menghentikan node untuk melakukan pruning offline yang memakan waktu—proses eksklusif skema state berbasis hash sejak Geth versi 1.10.

PBSS menjawab masalah ini dengan menghadirkan fitur online state prune yang efektif mengurangi penumpukan state tanpa perlu operasi offline. Alih-alih menghentikan layanan node, PBSS mengelola ukuran penyimpanan secara dinamis melalui proses latar belakang berkelanjutan, memberikan pengalaman pengguna yang lancar. Peningkatan kinerjanya nyata: waktu impor blok rata-rata berkurang dari 698 ms menjadi 531 ms, penurunan 24% dalam waktu pemrosesan blok.

Path-Based vs Hash-Based

Perbedaan mendasar PBSS dan model hash-based lama terletak pada mekanisme penyimpanannya. PBSS memakai model berbasis path yang mengorganisasi node trie dengan path terenkode sebagai kunci, sedangkan model hash-based menggunakan hash konten tiap node trie. Perbedaan ini berdampak besar pada performa sistem.

Model path-based memungkinkan pemangkasan data state secara inline dan efisiensi pemanfaatan penyimpanan node trie. Hasilnya, performa sistem meningkat dan konsumsi sumber daya menurun.

Perbedaan pola pertumbuhan penyimpanan sangat jelas. Pada mode hash, database state bertambah cepat sekitar 50GB per minggu karena akumulasi entri state historis. Sebaliknya, mode path hanya bertambah kurang dari 5GB per minggu—laju ekspansi sepuluh kali lebih kecil, sehingga lebih berkelanjutan untuk operasi node jangka panjang.

Inovasi PBSS pada Smart Chain

Meski PBSS menjadi fondasi kuat, smart chain berkinerja tinggi menghadapi tantangan khusus dalam menangani volume transaksi sangat tinggi di infrastruktur EVM mereka. Untuk mengatasi hal ini, peneliti dan engineer melakukan penyesuaian dan optimasi khusus sesuai perbedaan operasional. Inovasi ini fokus pada dua tantangan besar: blok kosong pada validator dengan volume transaksi di atas 1.000 TPS, dan fluktuasi kinerja saat memproses batch transaksi besar.

Async Node Buffer

Inovasi: Smart chain berkinerja tinggi mengimplementasikan strategi asynchronous node buffer, berbeda dari pendekatan sinkron konvensional. Jaringan tradisional dengan waktu blok longgar memungkinkan proses node buffer sinkron yang menghentikan proses utama bila perlu untuk flushing disk dan sinkronisasi cache saat pembuatan blok.

Pada jaringan dengan interval blok 3 detik, latensi operasi disk sinkron tidak bisa ditoleransi. Agar efisiensi optimal dan produksi blok tetap lancar, engineer merancang buffer asynchronous di layer disk yang memproses flushing secara bersamaan di latar belakang, menjaga produksi blok tanpa gangguan.

Proses asynchronous node buffer meliputi:

• Differential layer tertua melakukan commit perubahan ke disk layer secara sinkron. Sistem tidak menunggu node buffer selesai flush ke disk, walau ukuran buffer melebihi batas preset.
• Node buffer pada disk layer menjalankan flushing database terus-menerus di latar belakang, sehingga proses lain berjalan tanpa hambatan. Operasi latar belakang ini menjaga integritas transaksi dan konsistensi data state dengan jaminan keamanan ketat.
• Database selalu menjaga snapshot data state utuh sesuai ketinggian blok historis tertentu untuk memastikan konsistensi dan ketersediaan data validasi.

Optimasi Trie Node Cache

Inovasi: Smart chain berkinerja tinggi menyesuaikan parameter cache node trie untuk meningkatkan stabilitas sistem dan menghilangkan fluktuasi kinerja. Optimasi ini menjawab tantangan dari peningkatan asynchronous node buffer.

Peningkatan frekuensi flushing disk pada disk layer meningkatkan kemungkinan event kompaksi database. Kompaksi database—proses menggabung dan menulis ulang data untuk optimasi storage serta mempercepat baca—dapat menurunkan throughput dan menaikkan latensi.

Masalah ini diatasi dengan menggandakan ukuran buffer pada disk layer, sehingga menurunkan frekuensi kompaksi. Buffer lebih besar menampung lebih banyak data sebelum perlu write atau flush ke database, mengurangi siklus write dan overwrite—pemicu utama kompaksi.

Dilengkapi manajemen memori canggih: clean cache dua kali lebih besar dari node buffer cache. Alokasi memori besar ini mengurangi risiko overwrite saat sinkronisasi antara node buffer cache dan clean cache. Ketika node buffer commit ke disk melalui clean cache, memori lebih besar memastikan data penting tetap mudah diakses—krusial untuk throughput tinggi dan latensi rendah.

Optimasi Bandwidth Disk

Inovasi: Smart chain berkinerja tinggi mengimplementasikan PebbleDB (engine database open-source) yang dioptimalkan untuk mengatur flush dan kompaksi dengan cerdas, mencegah lonjakan latensi yang menurunkan performa. Ini peningkatan signifikan dari arsitektur lama.

Implementasi PBSS modern mengganti sistem database lama dengan engine Pebble DB yang dioptimalkan. Sistem lama tanpa throttle flush/kompaksi, selalu beroperasi maksimum, menyebabkan lonjakan latensi baca/tulis. Pada volume transaksi tinggi, lonjakan ini menurunkan performa yang terasa pengguna.

Sebaliknya, PebbleDB punya rate limiter terpisah untuk flush dan kompaksi yang menyesuaikan kecepatan operasi dengan kebutuhan. Operasi berjalan hanya secepat perlu, mencegah beban bandwidth disk berlebih dan menjaga performa tetap stabil saat beban tinggi.

PebbleDB semakin banyak digunakan di jaringan EVM, dan pengujian intensif dilakukan untuk mengoptimalkan konfigurasi sesuai trafik dan profil transaksi, memastikan performa optimal di berbagai kondisi operasi.

Benchmark Pengujian

Pengujian komprehensif melibatkan beberapa validator dengan versi binary identik dan hardware standar. Satu validator memakai mode hash dengan database tradisional, satunya lagi mode path dengan PebbleDB, dengan variabel lain dikendalikan.

Konfigurasi hardware validator pilot:

• Instance AWS im4gn.4xlarge EC2
• 16 core CPU dan 64 GB RAM
• Penyimpanan Nitro SSD 7TB

Hasil uji sepanjang 2024 hingga 2025 menunjukkan peningkatan performa signifikan pada metrik utama berikut:

Data empiris menunjukkan skema penyimpanan path-based konsisten meningkatkan performa inti. Meski membutuhkan bandwidth disk lebih besar, rate-limiting PebbleDB secara efektif menekan lonjakan latensi yang berpotensi mengganggu sistem.

Kesimpulan

Implementasi Path-Based Storage Scheme adalah pencapaian penting dalam optimasi infrastruktur blockchain. Dengan menghilangkan pruning offline, manajemen state online, serta menghadirkan inovasi seperti asynchronous node buffer, strategi cache unggul, dan pengelolaan bandwidth disk cerdas, smart chain berkinerja tinggi berhasil meningkatkan efisiensi storage dan performa operasional secara signifikan.

Penurunan waktu impor blok sebesar 24% dan laju pertumbuhan storage yang jauh lebih rendah (dari 50GB menjadi kurang dari 5GB per minggu) membuktikan PBSS jadi fondasi skalabel untuk blockchain berkinerja tinggi. Inovasi seperti asynchronous node buffer dan PebbleDB mengatasi tantangan nyata EVM-compatible chain berthroughput tinggi, sekaligus solusi untuk jaringan blockchain lain dengan kendala serupa.

Tekanan akibat state bloat dan tuntutan performa di jaringan blockchain makin tinggi. PBSS beserta optimasi khusus menghadirkan solusi praktis untuk infrastruktur blockchain yang efisien dan berkelanjutan. Perkembangan ini menempatkan smart chain modern sebagai pemimpin teknis di optimasi EVM, sekaligus contoh bagi EVM-compatible network lain untuk scaling dengan stabilitas dan performa tetap terjaga.

FAQ

Apa itu BSC Storage? Apa fungsi dan tujuannya?

BSC Storage adalah solusi penyimpanan terdesentralisasi berbasis Binance Smart Chain yang mendukung penyimpanan dan manajemen data efisien untuk smart contract. Fungsi utamanya meliputi menyediakan storage aman dan skalabel, memangkas biaya on-chain, serta mempercepat konfirmasi transaksi aplikasi blockchain.

Bagaimana cara menyimpan dan mengelola data di BSC Storage?

Unduh klien SDK BSC Storage dan buat bucket. Upload file dengan SDK, lalu akses file melalui format URL yang disediakan. Gunakan struktur folder tertata dan penamaan konsisten agar manajemen data efisien.

Apakah aman menyimpan data di BSC Storage? Risiko apa saja yang perlu diperhatikan?

BSC Storage menawarkan storage data aman dengan enkripsi dan kontrol akses. Risiko utama meliputi akses tidak sah dan kebocoran data. Aktifkan enkripsi kuat dan manajemen izin ketat demi keamanan optimal.

Apa kelebihan dan kekurangan BSC Storage dibanding cloud storage tradisional?

Kelebihan: keamanan terdesentralisasi, biaya rendah, kepemilikan data pengguna, tahan sensor. Kekurangan: aksesibilitas lebih terbatas, ekosistem kecil, butuh keahlian teknis, teknologi baru dengan stabilitas belum matang.

Bagaimana perhitungan biaya BSC Storage? Berapa biaya penggunaannya?

BSC Storage selalu gratis tanpa biaya penggunaan. Hanya pengguna dengan izin membuat scorecard, input data, atau mengelola akun yang dikenai biaya, dibayar bulanan per pengguna. Akses read-only gratis dan tak terbatas.

Jenis file dan storage data apa yang didukung BSC Storage?

BSC Storage mendukung berbagai file seperti gambar, video, dokumen, dan backup. Sistem ini juga efisien menangani dataset besar serta object storage untuk kebutuhan data beragam.