Sharding

O que é sharding no mercado cripto?

Sharding é um método de escalabilidade de blockchain que divide os dados, a carga de trabalho ou o estado de uma rede em partes menores chamadas shards.

Cada shard processa apenas uma parte da atividade total da rede, o que pode ajudar a blockchain a processar mais transações e oferecer suporte a mais usuários.

No mercado cripto, o sharding é discutido principalmente como uma forma de melhorar a escalabilidade sem obrigar todos os nós a processar todas as transações da mesma maneira.

Uma blockchain tradicional frequentemente exige que muitos nós armazenem, validem e atualizem o mesmo conjunto completo de dados.

Esse design pode ser seguro e fácil de verificar, mas também pode limitar o throughput de transações quando a demanda na rede cresce.

O sharding tenta resolver esse problema permitindo que diferentes grupos de nós processem diferentes partes da rede.

O objetivo é tornar os sistemas blockchain mais rápidos, baratos e eficientes, mantendo robustas a descentralização e a segurança.

Sharding não é um único recurso que funciona da mesma forma em todas as blockchains.

Protocolos diferentes podem usar sharding de rede, de transações, de estado, de dados ou uma combinação dessas abordagens.

Nas discussões cripto modernas, o sharding é frequentemente relacionado à escalabilidade da Ethereum, disponibilidade de dados, rollups, Proto-Danksharding, Danksharding e outros designs modulares de blockchain.

Definição simples de sharding

Sharding é o processo de dividir uma blockchain em seções menores para que a rede possa processar mais trabalho em paralelo.

Um shard pode ser entendido como uma seção do sistema maior de dados ou processamento da blockchain.

Em vez de fazer todos os validadores ou nós administrarem tudo, uma blockchain com sharding pode atribuir funções diferentes a grupos diferentes.

Isso pode reduzir a carga de trabalho de cada nó e melhorar a capacidade total da rede.

Em termos simples, sharding é como dividir uma sala de aula muito grande em grupos menores para que cada grupo conclua uma parte da tarefa mais rapidamente.

O desafio é garantir que todos os grupos ainda concordem com o resultado final e sigam as mesmas regras.

Por que o sharding é importante em blockchain

O sharding importa porque a escalabilidade é um dos maiores desafios das criptomoedas.

Uma blockchain que só consegue processar um pequeno número de transações por segundo pode ficar lenta e cara em períodos de alta demanda.

Quando as taxas aumentam e os tempos de confirmação se elevam, os usuários podem evitar aplicativos descentralizados ou mover a atividade para outro lugar.

O sharding busca aumentar a capacidade da rede para que mais usuários possam interagir com carteiras, aplicativos de finanças descentralizadas, jogos, ferramentas de pagamento e ativos tokenizados.

Também apoia o objetivo de longo prazo de tornar a infraestrutura blockchain útil para sistemas financeiros e digitais globais.

No entanto, a escalabilidade não pode ocorrer à custa da segurança.

Uma blockchain que se torna rápida, mas centralizada, pode perder muitos dos benefícios que tornam as redes cripto públicas valiosas.

Por isso, um bom design de sharding deve equilibrar velocidade, custo, descentralização, coordenação de validadores e disponibilidade de dados.

Como funciona o sharding

O sharding funciona dividindo a carga de trabalho da blockchain em partes menores e atribuindo essas partes a diferentes participantes da rede.

Em um design básico com sharding, um grupo de validadores pode processar transações de um shard, enquanto outro grupo processa transações de outro shard.

Cada shard pode atualizar sua própria seção da rede, em vez de esperar que todos os outros shards concluam todo o trabalho primeiro.

Esse processamento paralelo pode aumentar o throughput total porque a rede deixa de ficar limitada a um único caminho de execução.

Geralmente, é necessária uma camada de coordenação para manter os shards conectados.

Essa camada pode ajudar a atribuir validadores, registrar resultados de shards, verificar dados, gerenciar a comunicação cross-shard e proteger a rede contra ataques.

Sem coordenação adequada, os shards poderiam ficar isolados ou inconsistentes.

Um sistema de sharding robusto deve garantir que todos os shards continuem fazendo parte de um ecossistema de blockchain seguro.

Principais tipos de sharding

Sharding de rede

O sharding de rede divide a rede peer-to-peer em grupos menores de nós.

Cada grupo pode se comunicar com mais frequência com nós responsáveis pelo mesmo shard.

Isso pode reduzir a sobrecarga de comunicação, pois nem todo nó precisa enviar todas as mensagens a todos os outros nós.

O sharding de rede pode melhorar a eficiência, mas deve ser cuidadosamente projetado para evitar pontos fracos na descoberta de pares, propagação de dados e coordenação de validadores.

Sharding de transações

O sharding de transações divide o processamento de transações entre diferentes shards.

Por exemplo, transações de um grupo de contas podem ser processadas por um shard, enquanto transações de outro grupo de contas são processadas por outro shard.

Isso pode aumentar o throughput de transações porque vários shards podem processar transações ao mesmo tempo.

A parte difícil é processar transações que envolvem contas ou contratos inteligentes localizados em shards diferentes.

Essas transações cross-shard exigem regras confiáveis de mensagens e liquidação.

Sharding de estado

O sharding de estado divide o estado da blockchain entre vários shards.

O estado inclui saldos de contas, armazenamento de contratos inteligentes, dados de aplicativos e outras informações necessárias para entender a condição atual da blockchain.

O sharding de estado pode reduzir consideravelmente a quantidade de dados que cada nó precisa armazenar.

Também é uma das formas mais difíceis de sharding, pois a rede deve gerenciar com segurança interações entre estados armazenados em shards diferentes.

Se o sharding de estado não for bem projetado, os usuários poderão enfrentar atrasos, resultados inconsistentes ou riscos de segurança maiores ao interagir entre shards.

Sharding de dados

O sharding de dados se concentra em dividir responsabilidades de disponibilidade de dados, em vez de dividir toda a execução de transações.

Esse modelo é especialmente importante no roteiro atual de escalabilidade da Ethereum.

A Ethereum discutiu anteriormente as shard chains, mas seu roteiro atual não usa mais shard chains tradicionais como principal plano de escalabilidade.

Em vez disso, a Ethereum se concentra em rollups, blobs, amostragem de disponibilidade de dados, Proto-Danksharding, Danksharding e atualizações relacionadas.

O roteiro oficial de Danksharding da Ethereum explica que as shard chains não fazem mais parte do roteiro e que o Danksharding usa amostragem de dados distribuída entre blobs.

Sharding e Ethereum

A Ethereum é um dos exemplos mais importantes ao explicar sharding porque seu roteiro moldou grande parte da discussão sobre escalabilidade no setor cripto.

Nos primeiros planos da Ethereum, sharding significava criar várias shard chains que ampliariam a capacidade da rede.

Com o tempo, o roteiro mudou porque os rollups se tornaram o principal caminho para escalonar a execução de transações.

Os rollups processam transações fora da camada-base da Ethereum e, então, publicam dados ou provas compactados de volta na Ethereum.

Isso permite que a Ethereum se concentre em liquidação, segurança, consenso e disponibilidade de dados, enquanto sistemas Layer 2 processam grande parte da carga de execução.

O roteiro de escalabilidade da Ethereum oficial explica que os rollups enviam dados de transações à Ethereum para que a rede possa verificar a atividade dos rollups.

Como os rollups precisam de espaço de dados acessível, o roteiro de sharding da Ethereum agora se concentra em dados, e não em shard chains de execução separadas.

Por isso, as discussões modernas sobre sharding da Ethereum costumam usar termos como Proto-Danksharding, Danksharding, blobs e amostragem de disponibilidade de dados.

Sharding e Proto-Danksharding

Proto-Danksharding é uma atualização de escalabilidade da Ethereum introduzida por meio da EIP-4844.

Ela adicionou transações com blobs, que permitem aos rollups publicar dados temporários na Ethereum com mais eficiência.

Um blob é um grande objeto de dados que pode ser usado para disponibilidade de dados de rollups sem armazenar permanentemente a mesma informação no calldata comum de transações.

A especificação EIP-4844 oficial descreve transações com blobs como um novo formato de transação que apoia o roteiro de escalabilidade de dados da Ethereum.

O Proto-Danksharding entrou em operação na Ethereum Mainnet pela atualização Dencun em 13 de março de 2024.

O FAQ oficial da Ethereum sobre Dencun explica que o Proto-Danksharding prepara o caminho para o Danksharding completo ao ajudar a distribuir dados de rollups entre operadores de nós.

Proto-Danksharding não é o mesmo que sharding completo.

É uma etapa intermediária que torna os dados mais baratos e prepara a rede para melhorias maiores de disponibilidade de dados.

Sharding e Danksharding

Danksharding é o design de sharding de dados de longo prazo da Ethereum.

Ele é diferente de shard chains tradicionais porque não divide a Ethereum em várias chains de execução separadas.

Em vez disso, o Danksharding é projetado para aumentar a quantidade de dados que a Ethereum pode disponibilizar aos rollups.

Isso ajuda os rollups a publicar mais dados com menor custo, o que pode melhorar a experiência do usuário na atividade Layer 2.

O Danksharding também depende da amostragem de disponibilidade de dados, que permite aos nós verificar pequenas partes aleatórias dos dados, em vez de baixar tudo.

Isso pode ajudar a rede a oferecer suporte a mais dados, mantendo os requisitos para nós mais administráveis.

O objetivo é escalar a Ethereum sem torná-la cara ou difícil demais para usuários independentes executarem nós.

Sharding e disponibilidade de dados

Disponibilidade de dados significa que os dados necessários para verificar a atividade da blockchain estão realmente disponíveis para a rede.

Essa é uma parte crítica do sharding porque dividir o trabalho entre shards pode criar novos desafios de verificação.

Se os dados estiverem ocultos ou indisponíveis, os usuários talvez não consigam provar se um bloco, shard ou lote de rollup é válido.

Por esse motivo, uma blockchain não pode focar apenas em velocidade ao projetar o sharding.

Ela também deve provar que os dados por trás das transações e mudanças de estado podem ser verificados por participantes honestos.

A documentação oficial da Ethereum sobre disponibilidade de dados explica por que rollups e clientes leves precisam de fortes garantias de que os dados estão disponíveis para verificação.

A disponibilidade de dados é especialmente importante para rollups porque eles frequentemente executam transações fora da camada-base, mas ainda dependem da camada-base para segurança.

Se os dados do rollup não estiverem disponíveis, os usuários e verificadores independentes talvez não consigam confirmar o estado correto do sistema.

Sharding e validadores

Os validadores são essenciais para a maioria dos designs modernos de sharding.

Em uma blockchain Proof of Stake, os validadores ajudam a propor blocos, atestar blocos, verificar dados e manter o consenso.

Uma rede com sharding pode atribuir validadores a diferentes shards ou responsabilidades de dados.

A atribuição aleatória pode tornar mais difícil que invasores controlem um shard.

A rotação de validadores também pode reduzir o risco de captura de longo prazo ao mover validadores entre funções ao longo do tempo.

O sistema de coordenação deve garantir que os validadores saibam por qual shard são responsáveis e quando suas obrigações começam.

Ele também deve garantir que validadores desonestos possam ser detectados e punidos quando violarem as regras do protocolo.

No sistema Proof of Stake da Ethereum, a documentação da Ethereum sobre Proof of Stake explica como os validadores propõem e atestam blocos sob o mecanismo de consenso.

Benefícios do sharding

O maior benefício do sharding é uma escalabilidade maior.

Ao dividir o trabalho entre vários shards, uma blockchain pode processar mais atividade do que um design de chain única com os mesmos requisitos de nós.

O sharding também pode reduzir o congestionamento porque nem todas as transações precisam competir pelo mesmo espaço exato de execução.

Um congestionamento menor pode ajudar a reduzir taxas, especialmente quando combinado com rollups e sistemas eficientes de disponibilidade de dados.

O sharding também pode melhorar a experiência do usuário, tornando os aplicativos descentralizados mais rápidos e acessíveis.

Para desenvolvedores, o sharding pode criar mais espaço para aplicativos complexos que seriam caros demais em uma camada-base congestionada.

Para validadores e operadores de nós, um bom design de sharding pode reduzir a quantidade de dados ou computação exigida de cada participante.

Isso pode ajudar a preservar a descentralização porque mais pessoas podem conseguir executar nós sem precisar de hardware caro.

Riscos e desafios do sharding

O sharding é poderoso, mas também é difícil de projetar com segurança.

Um grande desafio é a comunicação cross-shard.

Se uma transação precisar interagir com contas ou contratos em shards diferentes, a rede deverá coordenar o resultado sem criar erros ou atrasos.

Outro desafio é a segurança dos shards.

Se um invasor conseguir controlar validadores suficientes em um shard, esse shard poderá se tornar vulnerável, mesmo que toda a rede seja grande.

Atribuição aleatória de validadores, rotação, provas criptográficas e penalidades econômicas podem ajudar a reduzir esse risco.

A disponibilidade de dados é outro grande desafio, porque os nós devem conseguir verificar que os dados dos shards não foram ocultados.

O sharding também aumenta a complexidade do protocolo.

Mais complexidade pode criar mais espaço para bugs, problemas de clientes e comportamento econômico inesperado.

Por isso, atualizações sérias de sharding geralmente exigem anos de pesquisa, testnets, auditorias e implementação em etapas.

Sharding vs. escalabilidade Layer 2

Sharding e escalabilidade Layer 2 estão relacionados, mas não são a mesma coisa.

O sharding altera como a blockchain-base ou sua camada de dados processa a carga de trabalho.

A escalabilidade Layer 2 move a execução de transações para fora da camada-base, mantendo o uso da camada-base para liquidação ou segurança.

Os rollups são um dos métodos mais importantes de escalabilidade Layer 2.

Eles agrupam várias transações e enviam o resultado para a blockchain-base.

No roteiro atual da Ethereum, o sharding apoia os rollups ao tornar a disponibilidade de dados mais barata e escalável.

Isso significa que sharding e sistemas Layer 2 podem trabalhar juntos, em vez de competir entre si.

Uma blockchain centrada em rollups pode usar sharding de dados para oferecer aos rollups mais espaço para publicar as informações necessárias à verificação.

Sharding vs. sidechains

Sharding é diferente de sidechains.

Uma sidechain geralmente é uma blockchain separada que opera ao lado de uma blockchain principal e possui seu próprio modelo de segurança.

Um shard geralmente faz parte do mesmo protocolo geral e é projetado para compartilhar segurança com o restante da rede.

Essa diferença importa porque uma sidechain pode não herdar o mesmo conjunto de validadores ou garantias de segurança da blockchain-base.

Em um sistema com sharding bem projetado, os shards devem trabalhar juntos sob uma estrutura de consenso coordenada.

No entanto, cada protocolo é diferente, portanto os usuários devem sempre entender o modelo de segurança real antes de mover ativos ou usar aplicativos.

Sharding vs. blockchains modulares

Blockchains modulares separam funções importantes de blockchain, como execução, liquidação, consenso e disponibilidade de dados.

O sharding pode fazer parte de um design modular porque pode se concentrar em escalar uma função específica.

Por exemplo, o sharding de dados se concentra em disponibilizar mais dados para verificação.

Isso combina naturalmente com rollups, que processam a execução fora da camada-base.

Em um roteiro modular, a camada-base pode fornecer segurança e disponibilidade de dados, enquanto ambientes de execução separados processam transações dos usuários.

Essa abordagem pode ajudar blockchains a escalar sem que uma única camada seja responsável por todas as tarefas.

Exemplo real de sharding

Imagine uma blockchain que oferece suporte a milhões de usuários em pagamentos, jogos, finanças descentralizadas e ativos tokenizados.

Se cada nó precisar processar todas as transações de todos os aplicativos, a rede poderá ficar congestionada.

Com sharding, a rede pode dividir algumas responsabilidades em seções menores.

Um shard pode processar um grupo de dados, enquanto outro shard processa outro grupo.

A rede então usa regras de consenso e sistemas de comunicação para manter os shards alinhados.

Os usuários podem não perceber os detalhes técnicos quando o sharding funciona bem.

Eles podem simplesmente perceber transações mais rápidas, custos menores e desempenho mais fluido dos aplicativos.

Sharding em outros designs de blockchain

A Ethereum não é o único ecossistema de blockchain que explorou o sharding.

Alguns protocolos blockchain usam sharding como parte central de sua arquitetura desde o início.

Por exemplo, a NEAR usa um design de sharding conhecido como Nightshade para oferecer suporte à escalabilidade.

A documentação oficial da NEAR descreve o protocolo como fragmentado e escalável por meio do sharding Nightshade.

Blockchains com sharding diferentes podem usar nomes, estruturas de validadores, regras de finalidade e métodos de comunicação cross-shard distintos.

Por isso, os usuários não devem supor que a palavra sharding significa o mesmo design técnico em todos os lugares.

Equívocos comuns sobre sharding

O sharding não torna automaticamente a capacidade de uma blockchain ilimitada.

Todo sistema com sharding ainda tem limites baseados em largura de banda, desempenho dos validadores, disponibilidade de dados, design de consenso e demanda dos usuários.

O sharding não faz as taxas desaparecerem automaticamente.

As taxas ainda podem subir quando aumenta a demanda por espaço em blocos, espaço de blobs ou atividade de aplicativos.

O sharding não elimina a necessidade de segurança.

Na verdade, o sharding frequentemente exige uma coordenação mais forte, pois a rede é dividida em áreas menores de trabalho.

Sharding também não é o mesmo que simplesmente executar várias blockchains lado a lado.

Um design de sharding verdadeiro deve manter os shards conectados sob um protocolo e modelo de segurança compartilhados.

Por que o sharding é importante para investidores e usuários de criptomoedas

O sharding é importante para os usuários porque pode afetar a velocidade das transações, as taxas de rede, a qualidade dos aplicativos e a adoção de blockchain no longo prazo.

Uma rede com tecnologia de escalabilidade robusta pode conseguir dar suporte a mais casos de uso no mundo real.

Isso pode incluir pagamentos com stablecoins, ferramentas de negociação descentralizada, protocolos de empréstimo, economias de jogos, sistemas de identidade e ativos reais tokenizados.

Os usuários devem entender que sharding é um método técnico de escalabilidade, e não uma garantia de desempenho de investimento.

A presença de sharding não torna automaticamente um ativo cripto valioso.

Os investidores também devem considerar segurança, adoção, atividade de desenvolvedores, governança, tokenomics e demanda real.

Do ponto de vista prático do usuário, a questão mais importante é se o sharding melhora a confiabilidade e a acessibilidade da rede.

Por que o sharding é importante para desenvolvedores

Os desenvolvedores se interessam por sharding porque o design de aplicativos depende do desempenho da rede e do acesso aos dados.

Uma blockchain com sharding pode exigir que desenvolvedores pensem cuidadosamente sobre onde os dados ficam e como os contratos se comunicam entre shards.

Chamadas cross-shard podem ser mais complexas do que interações de contratos em uma única chain.

Os criadores de aplicativos podem precisar projetar em torno de comunicação assíncrona, liquidação atrasada ou regras especiais de passagem de mensagens.

Em um modelo de sharding de dados centrado em rollups, os desenvolvedores podem se concentrar mais na execução Layer 2, enquanto dependem da camada-base para disponibilidade de dados.

Isso pode tornar os aplicativos mais baratos e rápidos para os usuários, mantendo a conexão com uma camada de liquidação segura.

Termos-chave relacionados ao sharding

Um shard é uma seção menor dos dados, estado ou carga de trabalho de uma blockchain.

Um validador é um participante da rede que ajuda a proteger uma blockchain Proof of Stake propondo, verificando ou atestando blocos.

Disponibilidade de dados é a garantia de que os dados necessários para verificar a atividade da blockchain podem ser acessados pela rede.

Um rollup é um sistema Layer 2 que processa muitas transações e publica dados ou provas de volta em uma blockchain-base.

Um blob é um objeto temporário de dados usado no design Proto-Danksharding da Ethereum para apoiar a disponibilidade de dados de rollups.

Danksharding é o roteiro de sharding de dados de longo prazo da Ethereum para escalar a capacidade de dados de rollups.

Comunicação cross-shard é o processo de enviar informações ou valor entre shards diferentes.

FAQ

O que significa sharding no mercado cripto?

Sharding no mercado cripto significa dividir a carga de trabalho, os dados ou o estado de uma blockchain em partes menores para que a rede possa processar mais atividade em paralelo.

Qual é o principal objetivo do sharding?

O principal objetivo do sharding é melhorar a escalabilidade da blockchain, mantendo a rede descentralizada e segura.

Sharding é o mesmo que Layer 2?

Não. O sharding altera como a blockchain-base ou a camada de dados processa a carga de trabalho, enquanto sistemas Layer 2 processam transações fora da camada-base e fazem a liquidação de volta nela.

A Ethereum ainda usa shard chains?

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

O que é sharding de dados?

Sharding de dados é um método de escalabilidade que aumenta a capacidade de disponibilidade de dados, em vez de dividir toda a execução de transações entre shard chains separadas.

O que é sharding de estado?

Sharding de estado divide o estado da blockchain, como saldos e dados de contratos inteligentes, entre vários shards para que cada nó não precise armazenar tudo.

Por que o sharding é difícil?

O sharding é difícil porque precisa administrar atribuição de validadores, comunicação cross-shard, disponibilidade de dados, segurança e complexidade de protocolo ao mesmo tempo.

O sharding pode reduzir taxas de gas?

O sharding pode ajudar a reduzir taxas ao aumentar a capacidade, mas as taxas ainda dependem da demanda, do design da rede, dos mercados de dados e da atividade dos aplicativos.

O sharding é seguro?

O sharding pode ser seguro quando usa consenso robusto, atribuição aleatória de validadores, verificações de disponibilidade de dados e comunicação cross-shard confiável.

Por que o sharding é importante para rollups?

O sharding é importante para rollups porque o sharding de dados pode tornar mais barato e fácil para os rollups publicar os dados necessários para verificação.

Conclusão

Sharding é um dos conceitos de escalabilidade mais importantes em criptomoedas porque divide o trabalho da blockchain em partes menores que podem ser processadas com mais eficiência.

A ideia básica é simples, mas o design técnico é complexo porque blockchains públicas devem proteger segurança, descentralização e verificabilidade.

O sharding tradicional pode envolver a divisão da atividade de rede, transações ou estado entre vários shards.

O sharding de dados moderno se concentra mais em expandir a disponibilidade de dados para rollups e sistemas modulares de blockchain.

O roteiro da Ethereum mostra como o significado de sharding evoluiu de shard chains para Proto-Danksharding, Danksharding, blobs e amostragem de disponibilidade de dados.

Para os usuários, o sharding pode resultar em transações mais rápidas, custos menores e melhor desempenho de aplicativos quando implementado corretamente.

Para desenvolvedores, o sharding cria novas escolhas de design relacionadas a dados, execução, comunicação cross-shard e integração com Layer 2.

Para o setor cripto em geral, o sharding continua sendo um caminho essencial rumo a blockchains que possam apoiar adoção em larga escala sem abandonar os princípios abertos e descentralizados que tornam as criptomoedas valiosas.