Shard Chain

O que é uma shard chain em cripto?

Uma shard chain é um segmento menor de uma blockchain, projetado para processar parte dos dados, das transações ou do estado de uma rede blockchain maior.

Em vez de exigir que uma única cadeia processe todas as transações de todos os usuários, um projeto baseado em shard chains divide a carga de trabalho entre várias cadeias conectadas.

Cada shard chain pode processar suas próprias atividades atribuídas e, ao mesmo tempo, permanecer conectada ao sistema blockchain mais amplo.

O principal objetivo de uma shard chain é aumentar a escalabilidade.

Quando uma blockchain se populariza, mais usuários, carteiras, aplicativos e contratos inteligentes disputam o espaço limitado dos blocos.

Isso pode deixar a rede mais lenta e mais cara em períodos de alta demanda.

As shard chains foram propostas como uma forma de aumentar a capacidade, permitindo que várias partes da rede trabalhem em paralelo.

Em termos simples, uma shard chain é como uma faixa de um sistema rodoviário maior.

Cada faixa recebe parte do tráfego, mas a rodovia inteira ainda precisa de regras compartilhadas, coordenação e sistemas de segurança.

No universo das criptomoedas, uma shard chain precisa ser mais do que uma rede lateral separada.

Ela deve estar conectada à segurança, à coordenação dos validadores e às regras de consenso do protocolo principal.

Definição simples de shard chain

Uma shard chain é uma das cadeias de uma arquitetura de blockchain fragmentada.

Ela armazena ou processa uma parte específica das atividades da rede, em vez de toda a carga de trabalho global.

Uma blockchain pode usar muitas shard chains para aumentar a capacidade de processamento e reduzir a carga de cada nó.

O conceito está estreitamente relacionado ao sharding, que consiste em dividir um sistema grande em partes menores chamadas shards.

Uma shard chain é a versão baseada em cadeias dessa ideia.

Ela dá a cada shard seu próprio histórico de blocos ou fluxo de dados, enquanto uma camada de coordenação mantém todas as shard chains alinhadas.

Como funciona uma shard chain

Uma shard chain funciona ao atribuir parte das atividades da rede a uma cadeia menor.

Essas atividades podem incluir transações, dados de contratos inteligentes, saldos de contas ou tarefas de disponibilidade de dados.

Em seguida, validadores ou grupos de nós são designados para verificar a shard chain e confirmar que seus dados seguem as regras do protocolo.

Em muitos projetos, os validadores alternam entre shard chains para reduzir o risco de uma delas ficar sob o controle de um pequeno grupo.

Uma camada central de coordenação, uma beacon chain ou um sistema de consenso principal normalmente acompanha o estado de cada shard chain.

Essa camada de coordenação ajuda a rede a chegar a um consenso sobre quais blocos das shard chains são válidos.

Ela também pode ajudar a gerenciar designações de validadores, finalização, aleatoriedade e comunicação entre shards.

Sem essa coordenação compartilhada, as shard chains poderiam se tornar blockchains separadas, com segurança mais fraca ou inconsistente.

O objetivo é permitir que as shard chains processem tarefas em paralelo e, ainda assim, funcionem como um ecossistema blockchain maior e integrado.

Por que as shard chains foram importantes para a escalabilidade das blockchains

As shard chains se tornaram importantes porque os primeiros projetos de blockchain não foram criados para uso global ilimitado.

Uma rede de cadeia única pode ser simples e segura, mas pode ficar congestionada quando muitos usuários enviam transações ao mesmo tempo.

Todos os nós podem precisar baixar, verificar e armazenar as mesmas informações.

Isso preserva a ausência de confiança, mas também limita a capacidade de processamento.

As shard chains foram projetadas para reduzir esse gargalo.

Se uma blockchain puder ser dividida em muitas shard chains, a rede poderá processar um volume total maior de atividades sem exigir que cada nó execute todas as tarefas.

Isso pode tornar aplicativos descentralizados mais úteis para pagamentos, jogos, finanças descentralizadas, sistemas de identidade e ativos tokenizados.

No entanto, as shard chains também criam novos desafios.

A rede precisa coordenar muitas cadeias, proteger cada shard contra ataques e permitir que os usuários interajam com segurança entre shards.

Shard chain vs. sharding

Sharding é o método geral de dividir a carga de trabalho de uma blockchain em partes menores.

Uma shard chain é uma possível estrutura criada pelo sharding.

O sharding pode ser aplicado à rede, às transações, ao estado ou à disponibilidade de dados.

Uma shard chain geralmente se refere a uma partição independente, semelhante a uma cadeia, que processa uma parte do sistema.

Por exemplo, uma blockchain pode ter muitas shard chains, cada uma processando um conjunto diferente de contas ou contratos inteligentes.

Cada shard chain pode produzir blocos, manter seu estado local e enviar informações a uma camada de consenso compartilhada.

Por isso, shard chains são mais específicas do que a ideia mais ampla de sharding.

Shard chain vs. sidechain

Uma shard chain não é o mesmo que uma sidechain.

Uma sidechain geralmente é uma blockchain separada que funciona ao lado de uma blockchain principal e pode ter seu próprio conjunto de validadores, bridge e modelo de segurança.

Uma shard chain geralmente é projetada para fazer parte do mesmo protocolo e compartilhar a segurança mais ampla da rede.

Essa diferença é importante para os usuários.

Se uma sidechain tiver segurança mais fraca, os ativos transferidos para ela poderão depender de pressupostos de confiança diferentes.

Uma shard chain bem projetada deve permanecer conectada ao sistema de consenso e de validadores da rede principal.

Na prática, cada protocolo pode definir esses termos de forma diferente. Por isso, os usuários devem sempre verificar como uma cadeia protege de fato os fundos e os dados.

Shard chain vs. Layer 2

Uma shard chain também é diferente de uma rede Layer 2.

Um sistema Layer 2 processa transações fora da camada base e, depois, publica provas, dados ou resultados na blockchain base.

Uma shard chain costuma ser considerada parte da própria estrutura de escalabilidade do protocolo de camada base.

Tanto os sistemas Layer 2 quanto as shard chains podem ajudar na escalabilidade, mas usam métodos diferentes.

A escalabilidade Layer 2 transfere a execução para fora da camada base.

As shard chains dividem o trabalho da camada base entre várias cadeias conectadas.

Atualmente, a escalabilidade da Ethereum se concentra mais em rollups e disponibilidade de dados do que nas shard chains tradicionais.

A documentação oficial de escalabilidade da Ethereum explica que o sharding esteve por muito tempo no roteiro da Ethereum, mas a ascensão da escalabilidade Layer 2 alterou as prioridades do roteiro.

Ethereum e a história das shard chains

A Ethereum é o contexto mais comum em que os usuários de cripto encontram o termo shard chain.

Nos planos anteriores da Ethereum, esperava-se que as shard chains ajudassem a escalar a rede, dividindo-a em muitas cadeias paralelas.

Essas shard chains teriam aumentado a quantidade de dados e transações que a rede poderia processar.

A Beacon Chain foi introduzida como uma camada de coordenação Proof of Stake que poderia dar suporte a futuras atualizações de escalabilidade.

A documentação oficial da Beacon Chain da Ethereum explica que o sharding exigia o consenso Proof of Stake para ser integrado com segurança ao ecossistema.

Depois que a Ethereum concluiu The Merge, o roteiro continuou evoluindo.

Os rollups se tornaram o principal caminho de escalabilidade, e a Ethereum abandonou as shard chains tradicionais.

O roteiro oficial Danksharding da Ethereum afirma que as shard chains não fazem mais parte do roteiro.

Essa é uma das atualizações mais importantes para entender o termo atualmente.

As shard chains ainda fazem parte do roteiro da Ethereum?

As shard chains tradicionais não fazem mais parte do roteiro atual da Ethereum.

A direção de escalabilidade da Ethereum agora se concentra em rollups, blobs, Proto-Danksharding, Danksharding e amostragem de disponibilidade de dados.

Isso não significa que a palavra sharding tenha desaparecido.

Significa que a Ethereum deixou de usar shard chains de execução e passou a adotar o sharding focado em dados.

Em vez de criar muitas shard chains separadas para executar transações, a Ethereum está aumentando a quantidade de dados que os rollups podem publicar na camada base.

Isso ajuda os sistemas Layer 2 a processar mais transações enquanto a Ethereum continua fornecendo liquidação, consenso e disponibilidade de dados.

Portanto, o roteiro atual da Ethereum é centrado em rollups, e não em shard chains.

Para os usuários atuais, isso significa que shard chain costuma ser um termo histórico da Ethereum, e não um recurso usado diretamente hoje.

O que substituiu as shard chains da Ethereum?

As shard chains da Ethereum foram substituídas por um roteiro de escalabilidade de dados centrado no Danksharding.

O Danksharding foi projetado para aumentar a escalabilidade da Ethereum ao expandir a disponibilidade de dados para rollups.

Os rollups precisam de espaço para dados porque processam transações fora da camada base, mas precisam publicar informações suficientes para que os usuários e verificadores possam conferir as atividades.

O primeiro grande passo da Ethereum em direção a esse modelo foi o Proto-Danksharding.

O Proto-Danksharding foi introduzido por meio do EIP-4844 e adicionou transações que transportam blobs.

A especificação EIP-4844 descreve as transações que transportam blobs como um formato que contém grandes quantidades de dados, cujo compromisso pode ser acessado pela Ethereum Virtual Machine.

Blobs são objetos de dados temporários projetados para tornar mais eficiente a publicação de dados de rollups.

A atualização Dencun ativou o Proto-Danksharding na Ethereum Mainnet em 13 de março de 2024.

A FAQ oficial da Dencun da Ethereum explica que a Dencun introduziu blobs de dados temporários para reduzir o custo de armazenamento de rollups.

Shard chains e disponibilidade de dados

A disponibilidade de dados é um dos principais problemas técnicos relacionados às shard chains.

Disponibilidade de dados significa que os dados necessários para verificar as atividades da blockchain podem ser acessados pela rede.

Uma shard chain pode processar seus próprios dados, mas a rede mais ampla ainda precisa ter confiança de que esses dados estão disponíveis e são válidos.

Se os dados de uma shard chain ficarem ocultos, os usuários talvez não consigam verificar saldos, transações ou resultados de contratos inteligentes.

Isso pode criar sérios riscos de segurança.

As pesquisas atuais sobre escalabilidade se concentram bastante na disponibilidade de dados porque a produção rápida de blocos não é suficiente.

Uma blockchain também precisa permitir que participantes honestos verifiquem o que aconteceu.

A documentação oficial da Ethereum sobre disponibilidade de dados explica por que rollups e clientes leves precisam de acesso confiável aos dados para fazer verificações.

Por isso, a amostragem de disponibilidade de dados é importante nas discussões atuais sobre sharding.

Ela permite que os nós verifiquem pequenas partes aleatórias dos dados, em vez de baixar todos os dados diretamente.

Shard chains e validadores

Os validadores são responsáveis por manter a segurança dos sistemas de shard chains.

Em uma blockchain Proof of Stake, os validadores bloqueiam ativos em staking e ajudam a rede a chegar a um consenso sobre blocos válidos.

Um projeto com shard chains pode designar validadores diferentes para cada shard chain.

Esses validadores verificam transações, votam na validade dos blocos e ajudam a finalizar o estado do shard.

A designação aleatória costuma ser usada para dificultar que atacantes atinjam um shard específico.

A alternância de validadores também pode reduzir o risco de controle prolongado sobre uma shard chain.

A documentação oficial da Ethereum sobre Proof of Stake explica como os validadores propõem blocos e fazem atestações no sistema de consenso da Ethereum.

Embora a Ethereum não planeje mais usar shard chains tradicionais, a coordenação de validadores continua sendo central para seu roteiro de escalabilidade e segurança.

Comunicação entre shards

Comunicação entre shards significa enviar informações ou valor entre shard chains.

Essa é uma das partes mais difíceis do projeto de shard chains.

Se dois usuários estiverem na mesma shard chain, a transação entre eles pode ser simples.

Se uma transação precisar interagir com outra shard chain, a rede precisará de uma forma segura de transmitir mensagens entre os shards.

Os contratos inteligentes podem tornar isso mais complexo, pois um contrato pode precisar de dados de outro contrato localizado em um shard diferente.

Um sistema fraco de comunicação entre shards pode causar atrasos, falhas em transações ou vulnerabilidades de segurança.

Um sistema robusto precisa impedir gastos duplos, ataques de repetição, atualizações inconsistentes de estado e problemas de ordenação de mensagens.

Esse é um dos motivos pelos quais muitos roteiros de blockchain avançaram com cautela na pesquisa sobre shard chains.

Benefícios das shard chains

O principal benefício das shard chains é o aumento da escalabilidade.

Várias shard chains podem processar atividades em paralelo, o que pode aumentar a capacidade total de uma rede blockchain.

As shard chains também podem reduzir a carga de trabalho dos validadores ou nós.

Em vez de exigir que todos os nós processem todas as transações, um nó pode precisar cuidar apenas das tarefas da shard chain que lhe foram atribuídas.

Isso pode ajudar a manter requisitos de hardware mais razoáveis.

Uma menor exigência de hardware pode favorecer a descentralização, pois mais pessoas talvez consigam participar da rede.

As shard chains também podem oferecer mais espaço para que desenvolvedores criem aplicativos que precisam de transações frequentes ou grandes volumes de dados.

Se forem implementadas com segurança, podem melhorar a experiência do usuário ao reduzir o congestionamento e os custos.

Riscos das shard chains

As shard chains também introduzem riscos sérios.

Um deles é a segurança mais fraca no nível do shard.

Se um atacante assumir o controle de validadores suficientes designados a uma shard chain, esse shard poderá ficar vulnerável.

Outro risco é a complexidade da comunicação entre shards.

As transações entre shard chains exigem transmissão cuidadosa de mensagens, regras de finalização e sincronização de estado.

As shard chains também podem tornar o desenvolvimento e a manutenção de software blockchain mais difíceis.

Uma complexidade maior pode aumentar a probabilidade de bugs, falhas de clientes e comportamentos inesperados da rede.

A disponibilidade de dados é outro risco importante.

Se os usuários não conseguirem acessar os dados por trás de um bloco de shard chain, talvez não consigam verificar a validade da cadeia.

Esses riscos explicam por que projetos de shard chains exigem pesquisa aprofundada, auditorias, testnets e implementação gradual.

Shard chain no uso atual de cripto

Hoje, shard chain costuma ser usada de duas maneiras.

Primeiro, pode descrever uma arquitetura geral de blockchain na qual muitas cadeias menores compartilham um mesmo modelo de segurança.

Segundo, pode se referir ao antigo plano de escalabilidade da Ethereum, que foi substituído por uma abordagem focada em dados.

Essa distinção é importante porque muitos artigos antigos ainda descrevem as shard chains da Ethereum como se fossem uma novidade futura.

Essa explicação está desatualizada.

O roteiro atual da Ethereum se concentra em rollups e sharding de dados, em vez de shard chains tradicionais.

Em outros ecossistemas de blockchain, ainda pode haver projetos semelhantes a shards, mas a estrutura exata depende do protocolo.

Por exemplo, algumas redes usam shards, chunks ou estados particionados para aumentar a capacidade de processamento.

Os usuários devem sempre consultar a documentação técnica atual da blockchain específica que estão estudando.

Shard chain e blockchains modulares

As shard chains também estão relacionadas à ideia de blockchains modulares.

Uma blockchain modular separa funções importantes, como execução, liquidação, consenso e disponibilidade de dados.

Um projeto de shard chain pode ser visto como uma forma de dividir o trabalho da blockchain entre diferentes componentes.

No entanto, os projetos modulares atuais costumam depender mais de rollups e camadas especializadas de disponibilidade de dados do que das shard chains de execução clássicas.

Essa mudança reflete uma tendência mais ampla na infraestrutura cripto.

Em vez de fazer uma única cadeia executar todas as funções, os protocolos estão cada vez mais separando responsabilidades entre diferentes camadas.

Isso pode melhorar a escalabilidade e, ao mesmo tempo, manter a camada base focada em segurança e verificação.

Exemplo de uma shard chain

Imagine uma blockchain com quatro shard chains.

A shard chain A processa um grupo de contas.

A shard chain B processa outro grupo de contas.

A shard chain C lida com um grupo separado de contratos inteligentes.

A shard chain D lida com outra parte das atividades da rede.

Cada shard chain produz blocos para a área que lhe foi atribuída.

Uma camada central de consenso registra resumos ou compromissos de todas as shard chains.

Se um usuário da shard chain A precisar interagir com um contrato na shard chain C, a rede usará a comunicação entre shards para concluir a ação.

Essa estrutura pode aumentar a capacidade, mas também exige coordenação cuidadosa.

Equívocos comuns sobre shard chains

Uma shard chain não é automaticamente mais rápida em todas as situações.

A velocidade depende do projeto do protocolo, do desempenho dos validadores, da largura de banda da rede e da comunicação entre shards.

Uma shard chain não é automaticamente mais barata para os usuários.

As taxas ainda dependem da demanda, dos custos de dados, dos custos de execução e das atividades dos aplicativos.

Uma shard chain não é o mesmo que uma blockchain separada com uma bridge independente.

Uma shard chain propriamente dita deve fazer parte de um protocolo e de um modelo de segurança compartilhados.

Uma shard chain também não faz parte do plano atual de escalabilidade da Ethereum.

Agora, a Ethereum usa um roteiro centrado em rollups, com atualizações de disponibilidade de dados, em vez de shard chains tradicionais.

Por que as shard chains são importantes para os usuários

As shard chains são importantes porque explicam uma das principais formas pelas quais as blockchains tentaram resolver o problema da escalabilidade.

Mesmo que os usuários nunca interajam diretamente com uma shard chain, o conceito afeta taxas, velocidade das transações, projeto de aplicativos e segurança da rede.

Entender as shard chains também ajuda os usuários a evitar informações desatualizadas.

Muitas explicações antigas sobre cripto ainda apresentam as shard chains como o futuro da escalabilidade da Ethereum.

Isso já não corresponde ao roteiro atual da Ethereum.

Os usuários devem entender que a escalabilidade atual depende cada vez mais de rollups, blobs, amostragem de disponibilidade de dados e arquitetura modular.

Esse conhecimento ajuda os usuários a tomar decisões melhores ao avaliar redes, carteiras, aplicativos e afirmações sobre infraestrutura.

Por que as shard chains são importantes para desenvolvedores

As shard chains são importantes para desenvolvedores porque mudam a forma como os aplicativos podem armazenar dados e se comunicar pela rede.

Um aplicativo de cadeia única muitas vezes pode presumir que todos os contratos inteligentes compartilham o mesmo ambiente de execução.

Um aplicativo baseado em shard chains pode precisar lidar com comunicação assíncrona entre shards.

Isso pode afetar a experiência do usuário, o projeto dos contratos, a ordenação das transações e o tratamento de erros.

Os desenvolvedores também precisam entender os pressupostos de segurança de cada modelo de escalabilidade.

Desenvolver em um sistema centrado em rollups é diferente de desenvolver em um sistema tradicional de shard chains.

No desenvolvimento atual da Ethereum, é mais provável que os desenvolvedores considerem a execução Layer 2 e a disponibilidade de dados baseada em blobs do que a implantação direta de shard chains.

Perguntas frequentes

O que significa shard chain?

Uma shard chain é uma cadeia menor dentro de um sistema de blockchain fragmentada, que processa parte dos dados, das transações ou do estado da rede.

Qual é o objetivo de uma shard chain?

O objetivo de uma shard chain é melhorar a escalabilidade, permitindo que diferentes partes de uma rede blockchain processem tarefas em paralelo.

Shard chain é a mesma coisa que sharding?

Não. Sharding é o método geral de escalabilidade, enquanto uma shard chain é uma partição baseada em cadeia criada por um projeto de sharding.

Shard chain é a mesma coisa que sidechain?

Não. Uma shard chain geralmente faz parte do mesmo protocolo e do mesmo modelo de segurança compartilhado, enquanto uma sidechain costuma ter um modelo de segurança separado.

A Ethereum ainda planeja usar shard chains?

Não. O roteiro atual da Ethereum não inclui mais shard chains tradicionais e, em vez disso, se concentra em rollups, blobs, Proto-Danksharding, Danksharding e amostragem de disponibilidade de dados.

O que substituiu as shard chains na Ethereum?

A Ethereum substituiu o roteiro tradicional de shard chains por uma escalabilidade focada em dados, por meio de Proto-Danksharding, Danksharding, blobs e disponibilidade de dados para rollups.

Por que é difícil criar shard chains?

É difícil criar shard chains porque elas exigem designação segura de validadores, comunicação entre shards, disponibilidade de dados e coordenação entre muitos segmentos de cadeia.

As shard chains podem reduzir as taxas de transação?

As shard chains podem ajudar a reduzir as taxas ao aumentar a capacidade, mas as taxas ainda dependem da demanda da rede, dos custos de dados, dos custos de execução e do projeto do protocolo.

As shard chains são seguras?

As shard chains podem ser seguras se usarem consenso robusto, designação aleatória de validadores, segurança compartilhada, disponibilidade confiável de dados e comunicação segura entre shards.

Por que os usuários de cripto devem aprender sobre shard chains?

Os usuários de cripto devem aprender sobre shard chains porque o conceito explica a escalabilidade das blockchains e ajuda a diferenciar alegações desatualizadas de escalabilidade dos roteiros atuais dos protocolos.

Conclusão

Uma shard chain é uma partição baseada em cadeia dentro de uma arquitetura de blockchain fragmentada.

Seu objetivo é melhorar a escalabilidade, permitindo que a rede divida o trabalho entre várias cadeias conectadas.

Quando projetadas corretamente, as shard chains podem aumentar a capacidade de processamento, reduzir a carga dos nós e dar suporte a mais usuários.

Elas também criam desafios relacionados à segurança dos validadores, à comunicação entre shards, à disponibilidade de dados e à complexidade do protocolo.

A Ethereum popularizou as shard chains nas primeiras discussões sobre escalabilidade, mas seu roteiro atual não usa mais shard chains tradicionais.

A abordagem atual da Ethereum se concentra em rollups, blobs, Proto-Danksharding, Danksharding e amostragem de disponibilidade de dados.

Para os usuários de cripto de hoje, a forma mais precisa de entender as shard chains é como um conceito importante de escalabilidade e uma parte histórica do roteiro da Ethereum.

A lição mais ampla continua importante: as blockchains precisam de formas de escalar sem sacrificar a descentralização, a segurança ou a verificabilidade pública.