Blockchain sharding

Sharding is een manier om een blockchain veel meer gebruikers en transacties te laten afhandelen door deze op te splitsen in kleinere blockchains, shards genaamd. Elke shard verwerkt zijn eigen transacties en draait zijn eigen staat. Nodes hoeven alleen gegevens op te slaan en te valideren voor hun toegewezen shards. Dit vermindert opslag- en rekeneisen voor individuele nodes. Het stelt het netwerk ook in staat om veel transacties tegelijk te verwerken. Wanneer shards parallel draaien, stijgt de totale doorvoersnelheid enorm. Sommige grote netwerken zijn van plan om sharding te gebruiken om veel hogere transacties per seconde te bereiken dan vandaag. Om het hele systeem eerlijk te houden, heeft elke shard zijn eigen groep validators of een commissie. Deze validators worden vaak willekeurig gekozen en regelmatig gerouleerd om samenspanning te voorkomen. Een coördinatielaag of beacon chain controleert of shard-blokken geldig zijn. Deze laag helpt ook verschillende shards om met elkaar te communiceren. Cross-shard messaging stelt een slim contract op de ene shard in staat om te interageren met een contract op een andere shard. Het gevoel van atomische cross-shard transfers is moeilijk. Ontwerpers gebruiken technieken zoals ontvangstbewijzen, transactie-ordering en fraude-bewijzen om inconsistente staten te voorkomen. Beschikbaarheid van gegevens is een andere uitdaging omdat gebruikers moeten vertrouwen dat shard-gegevens gepubliceerd worden. Om risico te verminderen, gebruiken netwerken sampling en erasure coding zodat lichte nodes gegevens kunnen verifiëren zonder alles te downloaden. Sharding biedt duidelijke voordelen zoals veel hogere doorvoersnelheid en snellere bevestigingen omdat elke shard slechts een deel van het verkeer afhandelt. Het verlaagt ook de drempel om een node te draaien, aangezien elke deelnemer minder gegevens opslaat. Maar het brengt ook nieuwe aanvalsvlakken met zich mee. Kleine commissies kunnen worden doelwit van een 51 procentstyle aanval. Onafhankelijke shards kunnen divergeren en inconsistente geschiedenissen creëren. Complexe cross-shard logica kan bugs introduceren die moeilijk te testen zijn. Protocollen proberen deze afwegingen in balans te brengen met grotere commissieformaties, optimistische of zero knowledge bewijzen en dynamische shard-vergroting die zich aanpast aan de belasting. Sommige ontwerpen combineren sharding met layer-two oplossingen zoals rollups. Rollups bundelen veel transacties off chain en plaatsen gecomprimeerde gegevens terug op de hoofdketen. Het combineren van sharding met rollups kan de capaciteit vermenigvuldigen terwijl de beveiliging behouden blijft. Kortom, sharding is een krachtig schaalinstrument dat staat en werk over veel parallelle ketens verdeeld. Het kan massale adoptie mogelijk maken als het zorgvuldig wordt geïmplementeerd met sterke willekeurigheid, gegevensbeschikbaarheidscontroles en robuuste cross-shard garanties.