Lo sharding è una tecnica di ridimensionamento della blockchain che divide la rete in segmenti paralleli più piccoli noti come shard. Ogni frammento funziona come una mini blockchain, elaborando le proprie transazioni e contratti intelligenti senza dipendere dalla catena principale per ogni attività. Questo design distribuito consente alla rete complessiva di gestire più attività contemporaneamente, aumentando sia la velocità che la capacità.
In questa guida spiegheremo cos’è lo sharding della blockchain, i tipi, i vantaggi e ogni altro dettaglio importante che c’è da sapere al riguardo.
1) Perché le blockchain hanno bisogno dello sharding
La maggior parte delle prime blockchain sono state costruite con ogni nodo che verificava ogni transazione per motivi di sicurezza. Sebbene questo modello sia affidabile, non si adatta bene una volta che migliaia di utenti si uniscono alla rete. Più nodi e transazioni vengono aggiunti, più lento diventa il sistema, con conseguenti tempi di conferma più lunghi e commissioni più elevate.
Sharding risolve questo problema distribuendo il lavoro di convalida su più gruppi di nodi. Invece di fare in modo che tutti i nodi elaborino la stessa transazione, ogni frammento gestisce una parte del carico di lavoro totale.
Questo design mantiene le blockchain decentralizzate ma efficienti, supportando volumi di transazioni più elevati senza sovraccaricare il sistema.
2) Come funziona lo sharding nella blockchain
In una blockchain frammentata, i dati della rete sono divisi orizzontalmente, con ogni frammento contenente il proprio set di conti, contratti e cronologia delle transazioni. Questi frammenti elaborano l’attività simultaneamente, quindi inviano gli aggiornamenti a una catena di coordinamento centrale nota come beacon o catena radice.
Ogni nodo in una rete frammentata viene assegnato a uno shard, memorizzando solo una frazione dei dati completi. Ciò riduce notevolmente i requisiti di archiviazione e calcolo necessari per partecipare alla rete. I validatori ruotano tra gli shard nel tempo, migliorando la sicurezza e impedendo a qualsiasi gruppo di controllare uno shard in modo permanente.
Elaborazione delle transazioni parallele
Il vantaggio principale dello sharding è il parallelismo. Poiché gli shard funzionano in modo indipendente, è possibile convalidare più transazioni contemporaneamente invece di attendere un’unica coda globale. Il risultato è un throughput notevolmente più elevato, spesso misurato in migliaia di transazioni al secondo, rispetto a poche dozzine nei sistemi non frammentati.
Comunicazione tra shard
Per mantenere la rete unificata, gli shard devono scambiare dati in modo sicuro attraverso un meccanismo di coordinamento. Quando una transazione coinvolge account su shard diversi, il sistema utilizza protocolli di comunicazione tra shard per instradare le informazioni in modo sicuro. Ciò impedisce la doppia spesa e garantisce che tutti gli shard siano d’accordo sullo stato globale.
3) Tipi di sharding blockchain
Gli sviluppatori utilizzano diversi tipi di sharding a seconda di ciò che desiderano ottimizzare. Ciascun approccio affronta diverse sfide legate all’archiviazione, al calcolo e alla convalida delle transazioni. I tre tipi principali sono sharding di rete, transazione e stato.
Sharding di rete
Lo sharding di rete divide i nodi in gruppi più piccoli che gestiscono sottoinsiemi specifici delle transazioni della rete. Ogni gruppo di shard convalida solo le attività assegnate, riducendo il carico di lavoro per nodo e aumentando l’efficienza. È una delle forme di sharding più semplici e comunemente utilizzate.
Tuttavia, lo sharding di rete richiede l’assegnazione sicura di un validatore per impedire ai nodi dannosi di prendere il controllo di uno shard. I meccanismi di randomizzazione e rotazione aiutano a garantire un’equa partecipazione e a mantenere la fiducia della rete.
Sharding delle transazioni
Nello sharding delle transazioni, le transazioni sono raggruppate in base a regole predefinite-come indirizzi di account o identificatori di contratti intelligenti-ed elaborate da shard specifici. Ciò mantiene insieme i dati correlati e aiuta la rete a elaborare migliaia di transazioni in parallelo. È particolarmente efficace per le blockchain con un’elevata attività degli utenti.
State sharding
State sharding è la forma più avanzata e si concentra sulla suddivisione dei dati archiviati nella blockchain stessa. Ogni frammento conserva solo una parte dello stato completo della rete, come i saldi dei conti o le informazioni sullo smart contract. Questo metodo riduce drasticamente le esigenze di archiviazione per nodo e migliora la scalabilità.
4) Vantaggi dello sharding
Il vantaggio principale dello sharding è la scalabilità. Elaborando più transazioni su shard contemporaneamente, le reti possono aumentare notevolmente il throughput mantenendo basse le tariffe. Ciò rende la tecnologia blockchain più pratica per i servizi finanziari, i giochi e le applicazioni aziendali che richiedono un volume elevato di transazioni.
Lo sharding migliora anche l’efficienza riducendo i requisiti hardware per gli operatori dei nodi. Poiché ciascun nodo memorizza meno dati, più utenti possono partecipare alla convalida della rete senza bisogno di apparecchiature costose. Ciò aiuta a mantenere la decentralizzazione espandendo al contempo l’accesso all’ecosistema.
5) Sfide e rischi per la sicurezza
Sebbene lo sharding migliori le prestazioni, introduce nuove sfide tecniche. La necessità di coordinare le transazioni tra gli shard aggiunge complessità e aumenta la possibilità di errori di sincronizzazione. Un sistema mal progettato potrebbe soffrire di mancate corrispondenze di dati o conferme ritardate.
La sicurezza è un’altra delle principali preoccupazioni perché ogni frammento rappresenta un sottoinsieme più piccolo della rete. Se gli aggressori controllassero un numero sufficiente di validatori in uno shard, potrebbero manipolarne i dati. Gli sviluppatori blockchain contrastano questo problema ruotando i validatori e utilizzando la casualità crittografica per proteggere le assegnazioni degli shard.
6) Esempi di sharding nella pratica
La roadmap di Ethereum include un importante aggiornamento noto come Danksharding, che espande la sua fase iniziale di sharding dei dati. Danksharding consentirà a Ethereum di elaborare grandi quantità di dati in modo efficiente supportando al tempo stesso i rollup Layer-2. Questo approccio ibrido mira a combinare la scalabilità con una solida decentralizzazione.
Altri progetti come NEAR Protocol e Zilliqa utilizzano già lo sharding con successo. NEAR utilizza lo sharding dello stato dinamico che si adatta in base al carico di rete, mentre Zilliqa è stata una delle prime blockchain pubbliche a dimostrare guadagni di throughput nel mondo reale utilizzando la convalida basata su shard.
7) Sharding rispetto ad altre soluzioni di scalabilità
Sharding differisce dai metodi di ridimensionamento fuori catena come rollup o sidechain. I rollup elaborano le transazioni al di fuori della catena principale e pubblicano periodicamente i risultati, mentre lo sharding ristruttura lo stesso livello di base. Ciò rende lo sharding una soluzione fondamentale che aumenta in modo permanente la capacità della rete.
In pratica, la maggior parte delle blockchain combinerà entrambi gli approcci. Lo sharding può gestire grandi volumi di dati a livello core, mentre le soluzioni Layer-2 gestiscono carichi di lavoro specifici dell’applicazione. Insieme, formano un sistema a più livelli in grado di soddisfare la domanda globale.
8) Il futuro dello sharding nella blockchain
Lo sharding continua ad evolversi man mano che gli sviluppatori ne perfezionano il design e migliorano la comunicazione tra shard. Le prossime innovazioni come Proto-Danksharding nell’EIP-4844 di Ethereum mirano a rendere la disponibilità dei dati più rapida ed economica. Questi aggiornamenti gettano le basi per un’adozione diffusa della blockchain su scala web.
Oltre Ethereum, la ricerca su prove a conoscenza zero e architetture modulari potrebbe migliorare ulteriormente l’efficienza dello sharding. La combinazione dello sharding con l’aggregazione di prove o i modelli di consenso ibrido può risolvere il trilemma blockchain di lunga data di scalabilità, sicurezza e decentralizzazione.
Concetti chiave
Lo sharding divide una blockchain in frammenti più piccoli che possono elaborare transazioni in parallelo, migliorando notevolmente la scalabilità. Consente velocità di transazione più elevate, tariffe più basse e una migliore distribuzione delle risorse senza sacrificare la decentralizzazione. Tuttavia, introduce anche complesse sfide di coordinamento e sicurezza che gli sviluppatori devono affrontare con attenzione.
Mentre progetti come Ethereum, NEAR e Zilliqa continuano a perfezionare le loro implementazioni, lo sharding sta emergendo come una pietra angolare della progettazione blockchain di prossima generazione. I progressi futuri promettono efficienza e flessibilità ancora maggiori, aprendo la strada a sistemi decentralizzati globali e scalabili.
