definição de shard

Blockchains modulares Tecnologia

A fragmentação é uma solução de escalabilidade para blockchain que divide a rede em várias sub-redes interligadas e distintas (shards), sendo que cada shard trata apenas uma fração das transações e dos dados da rede. Este modelo de partição possibilita o processamento paralelo de transações, elevando o desempenho da rede e diminuindo os recursos necessários para cada nó, superando de forma eficiente os desafios de escalabilidade das blockchains.

O sharding constitui uma solução técnica destinada a otimizar a escalabilidade das redes blockchain, ao segmentar a rede em unidades mais pequenas, denominadas 'shards'. Cada shard assume a responsabilidade pelo processamento de uma fração das transações e dos smart contracts, evitando que cada nó processe todas as operações da rede. Esta abordagem de partição permite o processamento paralelo das transações, aumentando de forma significativa o débito transacional, ao mesmo tempo que reduz os requisitos de recursos para cada nó, proporcionando assim maior escalabilidade às redes blockchain.

Origem do Sharding

A tecnologia de sharding tem raízes fora do universo blockchain, proveniente do setor tradicional das bases de dados. Nos sistemas de gestão de bases de dados, o sharding é amplamente utilizado para gerir conjuntos de dados de grande dimensão, dividindo as bases de dados em múltiplos segmentos distribuídos por diferentes servidores, otimizando a eficiência do processamento.

Com redes blockchain mainstream como Bitcoin e Ethereum a enfrentarem limitações de escalabilidade, nomeadamente quando a capacidade de processamento de transações não satisfaz as necessidades de aplicações de grande dimensão, investigadores começaram a introduzir o sharding no contexto blockchain. No plano de evolução do Ethereum 2.0, o sharding é um dos pilares essenciais para resolver os problemas de congestionamento da rede.

A adoção do sharding no blockchain representa uma transição importante do modelo de validação por nó completo único para uma arquitetura multicamada, mais escalável, que estabelece as bases para aplicações comerciais em larga escala da tecnologia blockchain.

Funcionamento: Como Opera o Sharding

O funcionamento do sharding nas redes blockchain envolve vários processos fundamentais:

Partição da Rede: A rede blockchain é segmentada em vários shards, cada um com o seu próprio conjunto de nós validadores.
Atribuição de Nós: Os nós da rede são distribuídos aleatoriamente por diferentes shards, normalmente através de mecanismos de consenso ou algoritmos de aleatorização. Esta aleatoriedade é crucial para mitigar riscos de segurança nos shards.
Divisão do Estado: O estado global da blockchain é fragmentado, permitindo que cada shard mantenha e valide apenas os dados de estado relevantes para si.
Comunicação entre Shards: Em transações que envolvem múltiplos shards, é necessária a utilização de protocolos específicos para comunicação e partilha de dados entre shards.
Consenso em Camadas: As arquiteturas shardizadas recorrem geralmente a um modelo de consenso em dois níveis – consenso interno em cada shard, seguido da submissão dos resultados à cadeia principal ou beacon chain para confirmação definitiva.
Garantia de Disponibilidade e Integridade dos Dados: Apesar da segmentação da rede, importa garantir a disponibilidade e integridade dos dados, normalmente recorrendo a técnicas como a verificação amostral de dados.

Riscos e Desafios do Sharding

Embora o sharding proporcione novas possibilidades para a escalabilidade do blockchain, acarreta também desafios técnicos e de segurança relevantes:

Redução da Segurança: Os requisitos de poder computacional ou staking num shard individual são inferiores aos da rede global, o que diminui o limiar para ataques a shards e aumenta o risco de "ataques de tomada de controlo de shard único".
Complexidade nas Transações entre Shards: Transações que envolvem múltiplos shards requerem mecanismos de coordenação sofisticados, podendo originar maior latência e menor débito transacional.
Problemas de Disponibilidade dos Dados: Assegurar que todos os dados relevantes se mantêm acessíveis após o sharding constitui um desafio técnico.
Explosão de Estado: Com o aumento do número de shards, a complexidade de gestão dos estados cruzados cresce exponencialmente.
Equilíbrio entre Descentralização e Número de Shards: Aumentar o número de shards potencia o débito transacional, mas reduzindo o número de validadores por shard compromete-se a segurança, exigindo uma gestão equilibrada destes fatores.
Complexidade de Implementação: Migrar blockchains existentes para uma arquitetura shardizada implica hard forks extensivos e reestruturação profunda do sistema, tornando todo o processo de implementação altamente complexo.

Estes desafios inerentes ao sharding estão na linha da frente da investigação blockchain, com diversos projetos dedicados à procura de soluções óptimas para estas questões.

O sharding representa um vetor fundamental para a escalabilidade do blockchain, com potencial para superar os atuais estrangulamentos de débito enfrentados pelas redes blockchain. Ao distribuir a carga de trabalho da rede por diferentes shards, as blockchains podem alcançar uma escalabilidade teoricamente linear, permitindo que a capacidade da rede evolua com o número de nós. Esta evolução é vital para a adoção generalizada da tecnologia blockchain, já que permite suportar volumes de transações equiparáveis aos sistemas financeiros tradicionais. À medida que plataformas mainstream como Ethereum implementam progressivamente soluções de sharding, esta tecnologia será sujeita a validação operacional nos próximos anos e poderá transformar-se num componente arquitetónico padrão para blockchains de elevado desempenho. O sharding não constitui apenas um avanço técnico; representa uma mudança paradigmática no design do blockchain – da busca pela segurança absoluta para o equilíbrio ótimo entre segurança, descentralização e escalabilidade.

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