Blockchain-Sharding

Sharding ist eine Methode, um eine Blockchain in der Lage zu versetzen, viel mehr Benutzer und Transaktionen zu verarbeiten, indem sie in kleinere Blockchains namens Shards aufgeteilt wird. Jeder Shard verarbeitet seine eigenen Transaktionen und führt seinen eigenen Zustand aus. Knoten müssen nur Daten für ihre zugewiesenen Shards speichern und validieren. Dies reduziert den Speicher- und Rechenbedarf für einzelne Knoten. Es ermöglicht auch dem Netzwerk, viele Transaktionen gleichzeitig zu verarbeiten. Wenn Shards parallel laufen, steigt der Gesamtdurchsatz erheblich. Einige große Netzwerke planen, Sharding zu verwenden, um deutlich höhere Transaktionsraten pro Sekunde als heute zu erreichen. Um das gesamte System ehrlich zu halten, hat jeder Shard seine eigene Gruppe von Validatoren oder ein Komitee. Diese Validatoren werden oft zufällig ausgewählt und häufig rotiert, um Kollusion zu vermeiden. Eine Koordinierungsschicht oder Beacon-Chain überprüft, ob Shard-Blöcke gültig sind. Diese Schicht hilft auch, dass verschiedene Shards miteinander kommunizieren. Cross-Shard-Nachrichten ermöglichen es einem Smart Contract auf einem Shard, mit einem Vertrag auf einem anderen Shard zu interagieren. Cross-Shard-Übertragungen atomar erscheinen zu lassen, ist schwierig. Designer verwenden Techniken wie Quittungen, Transaktionsreihenfolge und Betrugsnachweise, um inkonsistente Zustände zu verhindern. Die Datenverfügbarkeit ist eine weitere Herausforderung, da Benutzer darauf vertrauen müssen, dass Shard-Daten veröffentlicht werden. Um das Risiko zu verringern, verwenden Netzwerke Sampling und Erasure-Coding, damit leichte Knoten Daten überprüfen können, ohne alles herunterzuladen. Sharding bringt deutliche Vorteile wie einen viel höheren Durchsatz und schnellere Bestätigungen, da jeder Shard nur einen Teil des Verkehrs bearbeitet. Es senkt auch die Einstiegshürde für den Betrieb eines Knotens, da jeder Teilnehmer weniger Daten speichert. Gleichzeitig bringt es jedoch neue Angriffsflächen mit sich. Kleine Komitees können in einem 51-Prozent-Angriff ins Visier genommen werden. Unabhängige Shards können divergieren und inkonsistente Geschichten schaffen. Komplexe Cross-Shard-Logik kann Fehler einführen, die schwer zu testen sind. Protokolle versuchen, diese Abwägungen mit größeren Komitees, optimistischen oder Zero-Knowledge-Beweisen und dynamischer Shard-Größenanpassung, die sich an die Last anpasst, auszubalancieren. Einige Designs kombinieren Sharding mit Layer-2-Lösungen wie Rollups. Rollups bündeln viele Transaktionen off-chain und posten komprimierte Daten zurück zur Haupt-Chain. Die Kombination von Sharding mit Rollups kann die Kapazität vervielfachen und gleichzeitig die Sicherheit bewahren. Kurz gesagt, Sharding ist ein leistungsstarkes Skalierungstool, das Zustand und Arbeit über viele parallele Chains verteilt. Es kann die Massenakzeptanz ermöglichen, wenn es sorgfältig mit starker Zufälligkeit, Datenverfügbarkeitsprüfungen und robusten Cross-Shard-Garantien implementiert wird.