Definição
O sharding é uma técnica de escalonamento horizontal emprestada da arquitetura de bancos de dados que divide uma rede blockchain em unidades menores de processamento paralelo chamadas "shards". Em vez de cada nó validar todas as transações (a abordagem tradicional que cria gargalos de desempenho), cada shard processa apenas um subconjunto de transações simultaneamente – com diferentes nós responsáveis por diferentes shards. Isso permite que o desempenho seja escalonado linearmente: dobrar o número de shards praticamente dobra a capacidade de transação. Aplicado ao blockchain, o sharding resolve o "trilema da escalabilidade" aumentando o desempenho sem sacrificar a segurança ou a descentralização. A atualização de sharding planejada há muito tempo para o Ethereum (agora evoluída para "danksharding", com foco na disponibilidade de dados) e o Nightshade do NEAR Protocol representam importantes implementações de sharding em blockchain.
Origem e história
| Data | Evento |
| 1990s | Conceito de sharding desenvolvido para sistemas de gerenciamento de banco de dados (Oracle, MySQL) |
| 2014 | Vitalik Buterin discute o sharding da blockchain em pesquisas iniciais sobre o Ethereum. |
| 2018 | Roteiro de sharding do Ethereum formalizado; pré-requisito para PoS identificado |
| 2019 | O protocolo NEAR utiliza o sharding Nightshade como arquitetura central. |
| 2020 | A rede principal NEAR é lançada com sharding integrado desde a sua criação. |
| 2020 | Lançamento da Ethereum Beacon Chain; início da Fase 0 do roteiro do Ethereum 2.0 |
| 2022 | A fusão do Ethereum foi concluída; o plano original de cadeias fragmentadas (anteriormente Fase 1) evolui para um roteiro de danksharding. |
| 2024 | EIP-4844 (Proto-Danksharding) introduz "blobs" como um passo em direção ao danksharding completo. |
| 2024 | O Near Protocol alcança operação com 4 shards com o Nightshade 2.0; escala dinamicamente. |
| 2024–? | Plano completo de danksharding para Ethereum; proporciona escalabilidade na disponibilidade de dados. |
"O sharding é como as blockchains passam de 15 TPS para 15,000 TPS sem sacrificar a descentralização que as torna valiosas em primeiro lugar."
Como Funciona
| Blockchain | Tipo de fragmentação | shards | TPS (teórico) |
| Ethereum | Danksharding (disponibilidade de dados) | ~64 fragmentos de dados | Mais de 100,000 (com rollups) |
| NEAR | Beladona (dinâmica) | Atualmente 4 | 100,000+ |
| o Harmony | PoS eficaz + fragmentação | 4 shards | 10,000+ |
| MultiversoX | Sharding Estado Adaptável | 3 shards | 15,000+ |
Em termos simples
- Divida o trabalhoEm vez de cada nó realizar todo o trabalho, o particionamento atribui tarefas diferentes a nós diferentes. É como dividir uma rodovia em várias faixas, permitindo que mais tráfego flua simultaneamente.
- Escalabilidade linear de vazãoCada fragmento adicional aumenta a capacidade de processamento proporcionalmente. 10 fragmentos equivalem a aproximadamente 10 vezes a capacidade de transação de uma rede sem fragmentos.
- O desafio entre fragmentosQuando um usuário no Shard 1 precisa enviar dados para um usuário no Shard 3, um mecanismo de coordenação é necessário. Isso adiciona latência e complexidade às transações entre shards.
- A abordagem evoluída do EthereumO roteiro de implementação de sharding do Ethereum evoluiu do "sharding de execução" (processamento de transações em paralelo) para o "sharding de disponibilidade de dados" (armazenamento de dados de rollup de forma barata e em paralelo). Isso complementa os rollups de camada 2, em vez de substituí-los.
- Considerações sobre segurança por fragmentoSe os shards tiverem poucos validadores, eles se tornam mais fáceis de atacar. As soluções incluem atribuição aleatória de validadores (impedindo ataques direcionados), provas de fraude entre shards e consenso intra-shard no estilo BFT.
Exemplos do mundo real
| Cenário | Implementação | Resultado |
| PERTO de Beladona | O NEAR aumenta automaticamente o número de shards à medida que o uso cresce. | Mais de 100,000 TPS teóricos; o custo permanece em torno de US$ 0.001/transação, independentemente da escala. |
| Ethereum Proto-Danksharding | Os blobs EIP-4844 reduzem os custos de dados da camada 2 em 10 a 100 vezes. | rede Arbitrum As taxas caem de US$ 0.10 para US$ 0.01 após a atualização para o EIP-4844. |
| Fragmentação Harmony ONE | 4 shards ativos; transações entre shards em torno de 2 segundos. | Demonstração de fragmentação de produção; ponte posteriormente hackeada por US$ 100 milhões. |
| Fragmentação adaptativa MultiversX | Começa com 1 fragmento; adiciona fragmentos à medida que validadores se juntam. | Escalabilidade dinâmica demonstrada; 3 shards = 15,000 TPS no lançamento. |
Vantagens
| A Vantagem | Descrição |
| Escalabilidade linear | A adição de fragmentos aumenta proporcionalmente a taxa de transferência. |
| Descentralização mantida | Cada fragmento pode ter vários validadores; não é necessária centralização. |
| Requisitos de nó reduzidos | Os nós armazenam/processam apenas os dados do seu shard; requisitos de hardware mais baixos |
| Escalabilidade da camada 1 | Escalabilidade nativa sem pressuposições de confiança na camada 2. |
Desvantagens e Riscos
| Desvantagem | Descrição |
| Complexidade entre shards | Transações entre shards aumentam a latência e a complexidade de programação. |
| Segurança por fragmento | Menos validadores por fragmento reduzem o custo de ataque em comparação com uma cadeia monolítica. |
| Dificuldade de implementação | O sharding está entre as abordagens de escalabilidade de blockchain mais complexas tecnicamente. |
| Fragmentação do Estado | A divisão de dados e estado entre shards aumenta a complexidade para o desenvolvedor. |
| sobrecarga de coordenação | A camada de coordenação/cadeia de beacons adiciona complexidade à infraestrutura. |
Dicas de gerenciamento de risco:
- Ao usar blockchains fragmentadas, entenda em qual shard seus ativos estão localizados; alguns exploradores são específicos para determinados shards.
- Transações entre shards podem ter maior latência; leve isso em consideração em operações DeFi sensíveis ao tempo.
- Monitore a distribuição de validadores de fragmentos; conjuntos muito pequenos de validadores de fragmentos representam um risco concentrado de ataque.
Perguntas frequentes
Por que o Ethereum mudou seu plano de sharding?
O sharding original do Ethereum (sharding de execução) planejava executar transações em 64 shards paralelos. No entanto, os rollups de camada 2 (L2 rollups) se tornaram a abordagem de escalabilidade dominante, e o Ethereum migrou para o "danksharding" – fornecendo disponibilidade de dados a baixo custo para rollups – em vez de competir com os rollups de camada 2. O resultado é mais eficiente: os rollups cuidam do sharding de execução, enquanto o Ethereum fornece o sharding de disponibilidade de dados.
O particionamento é o mesmo que a Camada 2?
Não. O sharding é uma solução de escalabilidade de camada 1 – ele divide o processamento da própria blockchain em fragmentos paralelos. A camada 2 escala processando transações fora da cadeia e realizando liquidações periódicas na camada 1. A abordagem do Ethereum combina ambas: sharding de dados na camada 1 (danksharding) + escalabilidade de execução na camada 2 (rollups).
O que é Danksharding?
O Danksharding é a implementação de fragmentação planejada para o Ethereum (nomeada em homenagem ao pesquisador Dankrad Feist) que se concentra em fornecer 64 canais de dados paralelos ("blobs") para armazenar dados de rollup de forma econômica. Ele não fragmenta a execução (o cache de camada 1 do Ethereum ainda processa todos os blocos); ele fragmenta o armazenamento de disponibilidade de dados.
O que é Proto-Danksharding (EIP-4844)?
A EIP-4844 introduziu os "blobs" – grandes blocos de dados temporários anexados a blocos – como um passo intermediário para o danksharding completo. Os blobs reduzem drasticamente os custos de dados da camada 2 sem a complexidade do danksharding completo. Implementado em março de 2024 no Ethereum.
O particionamento de dados compromete a segurança?
Um sharding bem projetado mantém a segurança por meio de: atribuição aleatória de validadores aos shards (impedindo ataques direcionados), provas de fraude ou de validade entre shards e garantia de que cada shard tenha validadores suficientes. Um sharding mal projetado (com poucos validadores por shard) pode reduzir a segurança.
