Was ist Sharding in Krypto?

28. Juli 2025 | 8 Minuten Lesezeit

Was ist Sharding in Krypto?

Sharding ist ein Konzept, das die Skalierbarkeit von Blockchains verbessert, indem große Blockchains in kleinere Teile (Shards) aufgeteilt werden. Durch Shards wird die Datenverarbeitung parallelisiert, sodass Informationen gleichzeitig verarbeitet werden können. Dies geschieht über mehrere parallele Ketten, die jeweils einen eigenen Datensatz (Subnetz) bearbeiten. Dieser Ansatz sorgt für mehr Skalierbarkeit, höhere Verarbeitungskapazität und mehr Transaktionen pro Sekunde (TPS).

Shards lösen ein grundlegendes Problem: dass jeder Node jede Transaktion verarbeiten muss, was zu hoher Belastung führt und das Netzwerk schlecht skalierbar macht. Stattdessen übernehmen Shards den Großteil der Arbeit, bevor die Daten an die Nodes weitergeleitet werden, um in die Blockchain aufgenommen zu werden.

Shards funktionieren ohne zentralisierte Systeme (wie zentrale Datenverarbeiter) oder Off-Chain-Lösungen, wodurch das Netzwerk vollständig dezentral bleiben kann.

Sharding ist eine Layer-1-Lösung, also eine Lösung auf der ersten Schicht. Blockchains bestehen oft aus dem Mainnet (Hauptkette), Layer 1 und Layer 2. Mainnet und Layer 1 sind voneinander abhängig. Layer 1 ist das technische Fundament einer Blockchain, und das Mainnet ist die Live-Ausführung davon. Alle echten Transaktionen finden im Mainnet statt, und jede Änderung an Layer 1 hat direkte Auswirkungen auf dessen Funktionsweise.

Beispiel: Stell dir ein Haus vor. Layer 1 ist das Fundament und das Grundgerüst: Wände, Rohrleitungen und Stromversorgung. Das Mainnet ist der Moment, in dem du tatsächlich darin wohnst. Wenn du etwas am Fundament änderst – etwa einen Anbau oder ein zusätzliches Badezimmer –, wirkt sich das auf dein Wohnerlebnis aus. Genau das macht Sharding in einer Blockchain: Wenn der Haushalt zu groß wird und alles überlastet ist, kannst du das Haus in gut organisierte Zimmer mit eigenen Einrichtungen aufteilen. Das ist Sharding: das Netzwerk in kleinere Einheiten (Shards) aufteilen, damit Transaktionen parallel verarbeitet werden können, ohne dass das ganze System überfordert wird.

Wichtigste Erkenntnisse

Sharding teilt eine Blockchain in parallel arbeitende Shards auf, wodurch Transaktionen gleichzeitig verarbeitet werden können. Das erhöht die Transaktionsgeschwindigkeit (TPS) erheblich.
Nodes müssen nur einen Teil der Blockchain verarbeiten statt die komplette Kette. Das verbessert die Effizienz und senkt die Hardware-Anforderungen.
Die Abstimmung von Transaktionen zwischen Shards erfordert komplexe Protokolle. Außerdem sind kleinere Shards anfälliger für Angriffe wie den 51%-Attack.
Als Layer-1-Lösung funktioniert Sharding innerhalb der Blockchain selbst, ohne die Dezentralisierung oder Sicherheit zu gefährden.

Wie funktioniert Sharding?

Sharding in Krypto funktioniert, indem die Blockchain in verschiedene Datenverarbeiter (Shards) aufgeteilt wird, die parallel zueinander laufen. Dank paralleler Datenverarbeitung kann mehr gleichzeitig verarbeitet werden, was zu einer höheren Transaktionsgeschwindigkeit (TPS) führt.

Jeder Shard enthält eine eigene Datenmenge und Smart Contracts. Die Validatoren oder Nodes innerhalb eines Shards sind dafür zuständig, Transaktionen zu verarbeiten und den Zustand der Blockchain aufrechtzuerhalten – auch „State“ genannt.

Die Funktionsweise der Shards wird von Koordinationsmechanismen überwacht. Diese sorgen dafür, dass Shards miteinander kommunizieren und Informationen austauschen können. So werden doppelte Ausgaben oder Konflikte vermieden, und Transaktionen können parallel statt linear verarbeitet werden – im Gegensatz zu traditionellen Blockchains.

Nicht jede Blockchain nutzt dasselbe Sharding-System. Ethereum 2.0 (wo Shards noch nicht implementiert sind) verwendet z. B. eine Beacon Chain zur Koordination der Shards und für die Konsensbildung. Polkadot nutzt ein ähnliches System, die Relay Chain, die die Parachains steuert und koordiniert.

Darüber hinaus gibt es Blockchains, die mit anderen Sharding-Modellen experimentieren, etwa mit autonomen Strukturen, bei denen Shards weitgehend unabhängig mit minimaler zentraler Koordination agieren.

Es existieren also verschiedene Modelle, die sich in der Umsetzung unterscheiden. Trotz dieser Unterschiede verfolgen alle dasselbe Ziel:

Doppelte Ausgaben verhindern
Den Status des digitalen Hauptbuchs aufrechterhalten
Transaktionen zwischen Shards korrekt abstimmen

Aufbau von Shards

Jeder Shard arbeitet für sich allein, das heißt, er ist für bestimmte Aufgaben zuständig – etwa die korrekte Datenweitergabe an andere Shards und den Rest der Blockchain. Jeder Shard:

Hält seinen eigenen Zustand, z. B. Wallet-Salden und Smart-Contract-Daten
Erhält und verarbeitet seinen eigenen Anteil an Transaktionsdaten
Wird von einer Gruppe Validatoren oder Nodes verwaltet, die diesem Shard zugewiesen sind

Cross-Shard-Kommunikation

Es kann vorkommen, dass Transaktionen Shards übergreifen. Zum Beispiel, wenn Nutzer A Tokens an Nutzer B senden möchte, während sich ihre Wallets in unterschiedlichen Shards befinden. Oder wenn ein Smart Contract Daten aus einem anderen Contract abrufen möchte, der in einem anderen Shard verarbeitet wird.

Solche Cross-Shard-Interaktionen stellen technische Herausforderungen dar, da Transaktionen oft in mehreren Schritten verarbeitet werden müssen. Mögliche Lösungen sind:

Asynchrone Verarbeitung, bei der eine Transaktion in mehreren Phasen zwischen Shards abläuft
Message-Passing-Protokolle, bei denen Shards sich über z. B. ein Koordinationssystem Nachrichten senden können

Verifizierungs- und Sicherheitstechniken im Sharding

Shards müssen auch Daten anderer Shards auf Richtigkeit und Integrität überprüfen. Deshalb wurden Mechanismen entwickelt, die für ein zuverlässiges System sorgen. Genutzte Techniken sind:

Fraud Proof
Ein Fraud Proof ist ein Nachweis, dass eine Transaktion oder ein Block ungültig ist. Wenn ein Shard einen Fehler macht, kann ein anderer dies mit einem Fraud Proof belegen. Solche Mechanismen sind typisch für Distributed-Ledger-Technologien, wo Transaktionen grundsätzlich als korrekt gelten, bis das Gegenteil bewiesen wird.
Validity Proof
Ein Validity Proof (z. B. ein zk-SNARK oder zk-STARK) ist ein kryptografischer Beweis dafür, dass eine Berechnung oder Transaktion korrekt ausgeführt wurde. Diese Methode ist effizienter als Fraud Proofs, da keine Fehler gefunden werden müssen. Validity Proofs werden häufig in ZK-Rollups (Layer-2-Lösungen) verwendet.
Data Availability Sampling
Dabei fordern Nodes zufällig ausgewählte Datenstücke eines Blocks an und prüfen, ob die vollständigen Daten für das Netzwerk verfügbar sind. So wird verhindert, dass ein Shard oder Rollup unvollständige, nicht überprüfbare Daten verbreitet.

Verwendet Ethereum Sharding?

Ja, Ethereum plant, Sharding künftig als Teil seiner Skalierungsstrategie zu implementieren. Zum jetzigen Zeitpunkt ist Sharding noch nicht aktiv. Es wurden jedoch bereits Komponenten eingeführt, die Sharding ermöglichen, etwa die Beacon Chain und die Einführung von Blobs über EIP-4844. Dadurch kann Datenverarbeitung effizienter erfolgen, ohne dass unnötige Informationen dauerhaft auf der Blockchain gespeichert werden müssen.

Mit der Einführung von Danksharding soll Ethereum in Zukunft Sharding einsetzen – mit großer Wirkung, da dies die Skalierbarkeit und Benutzerfreundlichkeit deutlich verbessern wird. Sharding ist ein zentraler Bestandteil der Ethereum-2.0-Roadmap, zu der auch der Wechsel von Proof of Work zu Proof of Stake und die Einführung von Rollups gehören.

Ziel von Ethereum 2.0 ist es, Tausende Transaktionen pro Sekunde durchzuführen, ohne Dezentralisierung oder Sicherheit zu gefährden. Damit soll eine weltweite Massenadoption erreicht werden und Ethereum schneller, günstiger und benutzerfreundlicher werden.

Welche Krypto nutzt Sharding?

Es gibt mehrere Blockchains, die Sharding verwenden – jeweils mit eigener Infrastruktur. Das bedeutet, dass Sharding überall etwas anders funktioniert. Ziel ist jedoch immer dasselbe: das Netzwerk effizienter zu machen. Beispiele:

Zilliqa: Eine der ersten Blockchains, die Sharding produktiv eingesetzt hat. Das Netzwerk verteilt Transaktionen auf mehrere Shards.
Elrond (MultiversX): Nutzt Adaptive State Sharding und gibt an, sehr hohe Transaktionsgeschwindigkeiten zu erreichen.
NEAR Protocol: Verwendet dynamisches Sharding, wobei sich die Anzahl der Shards an die Netzauslastung anpasst.

Was ist der Unterschied zwischen Sharding und Blockchain-Technologie?

Blockchain-Technologie ist das zugrunde liegende System, während Sharding eine Technik ist, die den Blockchain-Einsatz effizienter macht, indem sie eine Skalierungslösung bietet. Sharding wird auf Layer 1 – der funktionalen Schicht der Blockchain – implementiert. Diese Schicht sorgt für Konsens, Transaktionsvalidierung und Netzwerksicherheit.

Sharding unterstützt die Blockchain, indem es Daten effizienter verarbeitet. Es entlastet das Netzwerk, da Daten parallel in anderen Shards verarbeitet werden können. Ohne Sharding müsste ein Node die gesamte Blockchain verarbeiten. Mit Sharding reicht es, nur einen Teil des Netzwerks zu bearbeiten, was die Skalierbarkeit erhöht.

Mit anderen Worten: Blockchain ist das Fundament, Sharding ist die Bautechnik, die die Struktur effizienter macht.

Vorteile von Sharding

Sharding bietet zahlreiche Vorteile für Blockchain-Netzwerke:

Skalierbarkeit: Durch parallele Verarbeitung steigt die Skalierbarkeit deutlich – mit mehr Transaktionen pro Sekunde.
Effizienz: Nodes müssen weniger Daten verarbeiten und nicht die ganze Blockchain prüfen, was die Effizienz steigert und das Netzwerk entlastet.
Kostenreduktion: Weniger Netzwerkauslastung kann zu niedrigeren Transaktionskosten führen.
Zugänglichkeit: Da Nodes weniger Daten verarbeiten müssen, sind die Hardware-Anforderungen geringer. Das Netzwerk wird so für mehr Teilnehmende zugänglich.

Herausforderungen von Sharding

Trotz vieler Vorteile bringt Sharding auch komplexe Herausforderungen mit sich:

Sicherheit: Kleinere Shards sind anfälliger für Angriffe, weil es weniger Validatoren oder Nodes gibt. Es braucht weniger Ressourcen für einen 51%-Attack auf einen Shard.
Komplexität: Die Entwicklung eines zuverlässigen Sharding-Systems erfordert ausgeklügelte Protokolle für Kommunikation und Koordination zwischen Shards.
Cross-Shard-Kommunikation: Transaktionen zwischen Shards sind technisch anspruchsvoller als innerhalb einer einzigen Chain.
Datenverfügbarkeit: Es muss sichergestellt werden, dass Daten aus anderen Shards verfügbar und überprüfbar sind – besonders, weil Nodes oft nur einen Teil des Netzwerks verarbeiten.
Dezentralisierung: Durch die Aufteilung des Netzwerks in kleinere Shards können manche attraktiver oder einflussreicher werden. Das kann die Machtverteilung verzerren und die Dezentralisierung gefährden.

Fazit

Sharding ist eine vielversprechende Lösung für eines der größten Probleme der Blockchain-Technologie: Skalierbarkeit ohne Kompromisse bei Dezentralisierung oder Sicherheit. Durch die Aufteilung des Netzwerks in parallel arbeitende Shards können Blockchains wie Ethereum in Zukunft deutlich mehr Transaktionen mit geringerer Belastung pro Node abwickeln. Obwohl die Technik noch in Entwicklung ist und Herausforderungen bei Koordination und Sicherheit mit sich bringt, stellt Sharding ein zentrales Element der nächsten Generation dezentraler Netzwerke dar. Es handelt sich nicht um eine Übergangslösung, sondern um eine strukturelle Weiterentwicklung, die die Skalierbarkeit von Blockchains erheblich verbessern kann.

Was ist Sharding in Krypto?