Sharding

Qu'est-ce que le sharding ?

Le sharding est une méthode de mise à l'échelle des blockchains consistant à diviser le réseau en plusieurs « partitions » parallèles, permettant à chaque nœud de traiter et de stocker uniquement une partie des données et des transactions. Cette approche augmente le débit global de la chaîne.

Dans ce contexte, un nœud désigne un serveur ou un ordinateur participant au réseau et assurant la maintenance du registre de manière collective. Le sharding permet aux nœuds de se répartir les tâches, évitant à chacun de devoir traiter toutes les transactions, ce qui accélère et optimise les opérations du réseau. Afin de garantir la sécurité et la cohérence, le sharding nécessite une communication entre shards et une coordination du consensus à l'échelle du réseau.

Pourquoi le sharding est-il essentiel pour les blockchains ?

Le sharding résout les limites des architectures monolithiques, où chaque nœud doit traiter l'ensemble des transactions. En période de forte activité, cela crée des engorgements, entraînant des délais de confirmation plus longs et des frais plus élevés.

Par exemple, lors de congestions sur Ethereum, la capacité de la couche principale est limitée et les frais de transaction augmentent sensiblement. En répartissant le traitement et le stockage des données sur plusieurs partitions parallèles, le sharding améliore la bande passante du réseau, accélère les confirmations et stabilise les frais. Les développeurs bénéficient également d'une capacité de données supérieure, permettant des applications plus avancées comme la mise à jour d'états de jeux on-chain ou le stockage de messagerie sociale à grande échelle.

Comment fonctionne le sharding ?

Le principe du sharding repose sur le « partitionnement + comités + consensus réseau ». Chaque shard agit comme une sous-chaîne légère avec ses propres processus de production et de validation de blocs, tout en restant intégré au réseau principal.

Les validateurs sont des nœuds qui participent à la production et à la vérification des blocs en engageant des actifs pour être éligibles. Le réseau sélectionne aléatoirement des groupes de validateurs pour constituer des comités, qui supervisent la production et la validation des blocs pour des shards spécifiques durant des intervalles définis. Cette sélection aléatoire limite les risques de collusion.

La disponibilité des données signifie que « les données sont effectivement stockées par le réseau et accessibles à tous », à l'image d'une page de sauvegarde du registre public. Le sharding garantit cette disponibilité en publiant les données et en sollicitant de nombreux nœuds pour attester de leur existence, permettant ainsi leur validation et leur reconstruction ultérieures.

Pour assurer la cohérence finale, les blocs des shards sont confirmés via le consensus du réseau principal. Cette approche autorise le traitement parallèle des shards tout en maintenant un registre blockchain unifié et sécurisé.

Comment sont traitées les transactions inter-shards ?

Les transactions inter-shards reposent généralement sur un modèle de « messagerie asynchrone » : une transaction dans le shard source génère un message ou un reçu, qui est exécuté dans le shard cible après confirmation.

Étape 1 : Initier la transaction dans le shard source, générant un message vérifiable qui enregistre le transfert d'actif ou l'opération.

Étape 2 : Le message est enregistré via le consensus du réseau ; les autres shards peuvent détecter son existence. Le shard cible attend suffisamment de confirmations—appelées « finalité », ce qui signifie que l'enregistrement ne peut pas être annulé.

Étape 3 : Le shard cible reçoit et exécute le message, met à jour les soldes ou états et l'enregistre dans son propre bloc.

Ce modèle privilégie la scalabilité et la sécurité au détriment de l'atomicité synchrone (réalisation de toutes les étapes simultanément). Pour les utilisateurs, les opérations inter-shards peuvent être légèrement plus lentes que les transferts intra-shard, mais une fois la finalité atteinte, la sécurité et la traçabilité sont assurées.

Quel est l'état actuel du sharding sur Ethereum ?

La feuille de route du sharding sur Ethereum a évolué du « sharding de la couche d'exécution » vers le « sharding des données », la mise à l'échelle étant désormais coordonnée avec les Rollups. En mars 2024, la mise à jour Dencun a introduit l'EIP-4844 (Proto-Danksharding), ajoutant un canal de données « Blob » qui réduit significativement les coûts de publication des données des Rollups (Ethereum Foundation, mars 2024).

Suite à l'EIP-4844, les transferts simples sur différents réseaux Layer 2 sont tombés à quelques centimes de frais (L2Fees, mars–juin 2024). En octobre 2024, le Danksharding complet—qui étend les mécanismes de sharding et d'échantillonnage des données—est encore en développement, avec pour objectif d'augmenter la bande passante des données et d'améliorer les performances applicatives.

L'EIP-4844 désigne une mise à jour du protocole Ethereum ; Blob est un canal spécialisé pour les données volumineuses, principalement utilisé par les Rollups pour publier à moindre coût des preuves et des lots de transactions sur le mainnet.

Quelle est la relation entre le sharding et les Rollups ?

Le sharding et les Rollups fonctionnent en synergie : le sharding augmente la bande passante des données du mainnet et garantit leur disponibilité, tandis que les Rollups exécutent les transactions sur la Layer 2 et publient les données et preuves essentielles sur le mainnet.

Les Rollups regroupent de nombreuses transactions et soumettent les enregistrements critiques au mainnet. Le sharding assure une capacité de stockage suffisante pour ces enregistrements, les rendant téléchargeables et vérifiables par tous. Cette collaboration préserve la sécurité tout en réduisant fortement les coûts.

Quels sont les principaux cas d'usage du sharding ?

Pour les utilisateurs, le sharding apporte des confirmations plus stables et des frais réduits—particulièrement dans les écosystèmes basés sur les Rollups. Les usages typiques incluent les transferts, la mise à jour d'états de jeux blockchain, la preuve de messages sur les plateformes sociales et le minting massif de NFTs.

Les développeurs bénéficient d'une bande passante de données accrue, permettant des journaux d'événements denses, des carnets d'ordres par lots et des analyses on-chain avancées. Avec les Rollups, le calcul intensif est réalisé hors chaîne, tandis que les données essentielles sont publiées via les canaux de sharding du mainnet.

Pour profiter des avantages du sharding en termes de coût et de rapidité :

Étape 1 : Sélectionnez un réseau Layer 2 (par exemple Arbitrum, Optimism, Base), qui publie les données via le canal Blob d'Ethereum.

Étape 2 : Sur la page de dépôt ou de retrait ETH de Gate, choisissez le réseau souhaité. Tenez compte des indications du réseau et des variations de frais—évitez de transacter lors des périodes de forte congestion.

Étape 3 : Utilisez des portefeuilles et applications compatibles pour transférer des fonds, échanger ou jouer sur ces réseaux ; surveillez les confirmations de transaction et les détails des frais.

En quoi le sharding blockchain diffère-t-il du sharding des bases de données traditionnelles ?

Le sharding traditionnel des bases de données permet d'augmenter la capacité de systèmes centralisés gérés par une seule équipe. Les transactions inter-shards reposent sur des protocoles de cohérence stricte ou des engagements en deux phases pour garantir l'atomicité.

Le sharding blockchain doit préserver la sécurité dans un environnement ouvert et potentiellement hostile. Il utilise des comités aléatoires et des preuves cryptographiques pour empêcher des acteurs malveillants de contrôler des shards. Les messages asynchrones transfèrent les résultats entre shards, en l'absence de coordinateur central de confiance. Le sharding on-chain privilégie la finalité et la disponibilité des données, plutôt que des engagements atomiques globaux en temps réel.

Quels sont les risques liés au sharding ?

Les risques du sharding incluent les délais et la complexité de la communication inter-shards, les cas particuliers dans la conception des smart contracts et de rares défaillances de la disponibilité des données.

Pour la sécurité des actifs, les ponts inter-shards ou inter-chaînes impliquent des états intermédiaires en attente de confirmation ; attention aux faux messages ou enregistrements non encore finalisés. L'utilisation de protocoles éprouvés, la consultation de rapports d'audit et la diversification des risques sont des précautions courantes.

Les utilisateurs doivent vérifier la compatibilité de leurs portefeuilles et applications avec le sharding, suivre les annonces de mises à jour réseau et surveiller les fluctuations des frais ; les développeurs doivent gérer attentivement la logique asynchrone—éviter de supposer une atomicité stricte dans les environnements shardés et mettre en place des stratégies robustes de réessai et de rollback.

Points clés sur le sharding

Le sharding est une solution fondamentale de scalabilité pour les blockchains publiques. En parallélisant le traitement et le stockage des données, il accroît considérablement la capacité du réseau. L'approche dominante privilégie le sharding des données associé à l'exécution via les Rollups. L'EIP-4844 d'Ethereum a déjà permis de réduire sensiblement les frais ; le Danksharding complet augmentera encore la bande passante des données. À court terme, les utilisateurs bénéficient du sharding via les réseaux Layer 2 ; à long terme, les évolutions du protocole permettront le déploiement d'applications plus complexes, fonctionnant de façon fiable dans un écosystème shardé. Toutefois, il convient de rester vigilant quant à la communication inter-shard et à la sécurité des actifs.

FAQ

Quel est le rôle d'une Sharding Key ?

Une Sharding Key est un élément essentiel qui détermine la répartition des données entre les shards. Comparable à une étiquette de classification, le système hache cette clé pour acheminer automatiquement les transactions ou les données vers leur shard respectif. Le choix d'une Sharding Key adaptée assure une distribution équilibrée et évite la surcharge d'un shard.

Le sharding rend-il les transactions moins sûres ?

Le sharding ne réduit pas la sécurité, mais introduit de nouveaux risques à prendre en compte. Puisque chaque shard ne dispose que d'un sous-ensemble de validateurs, des attaquants peuvent cibler plus facilement un shard individuel (« attaque de shard »). Les architectures modernes allouent dynamiquement les validateurs via des chaînes beacon pour une coordination unifiée, maintenant une sécurité élevée sur l'ensemble du réseau.

Les utilisateurs de Gate doivent-ils se préoccuper du sharding lors de leurs transactions ?

Non. Le sharding est une optimisation blockchain sous-jacente, totalement transparente pour les utilisateurs finaux. Lors de toute transaction ou opération sur Gate, le système gère automatiquement l'allocation des données entre shards et la coordination inter-shards. Le sharding profite principalement aux développeurs qui créent des Dapps plus rapides et améliore le débit global du réseau.

Pourquoi toutes les blockchains n'adoptent-elles pas le sharding ?

Bien que le sharding augmente fortement le débit, il complexifie considérablement le réseau. Il requiert des protocoles robustes de communication inter-shards, une gestion cohérente des données entre shards et des défenses contre les attaques ciblant les shards. De nombreux projets privilégient des solutions de scalabilité plus simples comme les Rollups ; Ethereum adopte progressivement le sharding pour maximiser la compatibilité et la sécurité.

Comment les blockchains garantissent-elles l'ordre et la cohérence des transactions entre shards ?

Les transactions inter-shards utilisent des mécanismes d'engagement en deux phases ou de messagerie asynchrone pour assurer la cohérence. Concrètement, les résultats du shard A sont enregistrés ; les autres shards (comme le shard B) accèdent à ces résultats via des chaînes beacon avant d'exécuter les transactions dépendantes. Ce processus introduit de légers délais mais garantit la cohérence finale sur l'ensemble du réseau.