Czym jest sharding w krypto?

28 lip 2025 | 8 min czytania

Czym jest sharding w krypto?

Sharding to koncepcja, która zwiększa skalowalność blockchainów poprzez podział dużych łańcuchów bloków na mniejsze części (shardy). W praktyce dane są rozdzielane między shardy, aby można je było przetwarzać jednocześnie. Odbywa się to za pomocą wielu równoległych łańcuchów, z których każdy przetwarza własny zestaw danych (subnet). Takie podejście zapewnia większą skalowalność, wyższą przepustowość przetwarzania i więcej transakcji na sekundę (TPS).

Shardy rozwiązują fundamentalny problem: każdy węzeł musi śledzić i przetwarzać każdą transakcję, co powoduje duże obciążenie i ogranicza skalowalność. W modelu shardów większość pracy jest obsługiwana przez shardy, zanim dane zostaną przesłane do węzłów w celu ostatecznego zapisania ich w blockchainie.

Shardy działają bez scentralizowanych systemów (takich jak scentralizowane procesory danych) i bez rozwiązań off-chain, dzięki czemu sieć pozostaje w pełni zdecentralizowana.

Sharding to rozwiązanie warstwy 1, nazywane też warstwą bazową. Blockchainy zazwyczaj składają się z mainnetu (głównego łańcucha), warstwy 1 i warstwy 2. Mainnet i warstwa 1 są od siebie współzależne. Warstwa 1 stanowi techniczny fundament blockchaina, a mainnet to jego działająca, produkcyjna implementacja. Wszystkie rzeczywiste transakcje odbywają się na mainnecie, a każda zmiana w warstwie 1 bezpośrednio wpływa na to, jak funkcjonuje mainnet.

Przykład: Wyobraź sobie dom. Warstwa 1 to fundament i konstrukcja: ściany, instalacje wodno-kanalizacyjne i elektryczne. Mainnet to moment, w którym w nim mieszkasz i wszystko działa. Jeśli wprowadzisz zmiany w fundamencie, na przykład dobudujesz nowe pomieszczenie albo dodatkową łazienkę, wpłynie to na to, jak korzystasz z domu. Podobnie działa sharding: jeśli gospodarstwo domowe stanie się zbyt duże, a wszystko zacznie działać zbyt wolno, możesz podzielić dom na kilka dobrze zorganizowanych pomieszczeń, z których każde ma własne udogodnienia. Tak właśnie sharding działa w blockchainie: dzieli sieć na mniejsze części (shardy), aby transakcje mogły być przetwarzane równolegle bez przeciążania systemu.

Najważniejsze informacje

Sharding dzieli blockchain na działające równolegle shardy, dzięki czemu transakcje mogą być przetwarzane jednocześnie. Znacznie zwiększa to szybkość transakcji (TPS).
Węzły muszą przetwarzać tylko część blockchaina, a nie całość. Poprawia to wydajność i obniża wymagania sprzętowe.
Koordynacja transakcji między shardami wymaga złożonych protokołów. Dodatkowo mniejsze shardy są bardziej podatne na ataki, takie jak atak 51%.
Jako rozwiązanie warstwy 1 sharding działa wewnątrz samego blockchaina, bez naruszania decentralizacji ani bezpieczeństwa.

Jak działa sharding?

Sharding w krypto polega na podziale blockchaina na różne procesory danych (shardy), które działają równolegle. Dzięki równoległemu przetwarzaniu danych można obsłużyć więcej danych jednocześnie, co przekłada się na większą szybkość przetwarzania transakcji, mierzoną w transakcjach na sekundę (TPS).

Każdy shard składa się z własnego podzbioru danych i smart kontraktów. Walidatorzy lub węzły w obrębie shardu odpowiadają za przetwarzanie transakcji i utrzymywanie stanu blockchaina, zwanego też „stanem”.

Działanie shardów nadzorują mechanizmy koordynacyjne. Odpowiadają one za współpracę shardów i ułatwiają wymianę informacji między nimi. Zapobiega to podwójnemu wydatkowi lub konfliktom i umożliwia przetwarzanie transakcji równolegle, a nie liniowo, jak ma to miejsce w tradycyjnych blockchainach.

Nie wszystkie blockchainy korzystają z tego samego systemu shardingowego. Na przykład Ethereum 2.0 (w którym shardy nie zostały jeszcze wdrożone) wykorzystuje Beacon Chain do koordynowania shardów i utrzymywania konsensusu. Polkadot stosuje podobny system, Relay Chain, który zarządza parachainami i je koordynuje.

Istnieją też blockchainy testujące inne modele shardingu, na przykład bardziej autonomiczne struktury, w których shardy działają niezależnie przy minimalnej centralnej koordynacji.

Modele te różnią się sposobem działania, ale mają wspólne cele:

Zapobieganie podwójnemu wydatkowi
Utrzymywanie stanu cyfrowego rejestru
Prawidłowa koordynacja transakcji między shardami

Struktura shardów

Każdy shard działa niezależnie, co oznacza, że odpowiada za określone zadania, takie jak prawidłowe przekazywanie danych do innych shardów i reszty blockchaina. Każdy shard:

Utrzymuje własny stan, taki jak salda portfeli i dane smart kontraktów
Odbiera i przetwarza własny podzbiór danych transakcyjnych
Jest utrzymywany przez grupę walidatorów lub węzłów przypisanych do tego shardu

Komunikacja między shardami

Niektóre transakcje mogą obejmować wiele shardów. Na przykład wtedy, gdy użytkownik A chce wysłać tokeny do użytkownika B, a ich portfele znajdują się na różnych shardach. Innym przypadkiem jest sytuacja, w której smart kontrakt potrzebuje informacji z innego smart kontraktu, a oba znajdują się na różnych shardach.

Takie interakcje między shardami wiążą się z wyzwaniami technicznymi, na przykład z koniecznością wieloetapowej obsługi transakcji. Istnieje kilka rozwiązań tego problemu, w tym:

Asynchroniczne przetwarzanie, w którym transakcja przebiega w kilku krokach między shardami.
Protokoły przekazywania wiadomości, które umożliwiają shardom wysyłanie do siebie wiadomości za pośrednictwem mechanizmu koordynacyjnego.

Techniki weryfikacji i bezpieczeństwa w shardingu

Shardy muszą również weryfikować poprawność i integralność danych z innych shardów. Dlatego opracowano mechanizmy, które mają zapewnić niezawodność systemu. Należą do nich:

Fraud proof

Fraud proof pokazuje, że transakcja lub blok jest nieprawidłowy. Jeśli shard popełni błąd, inna strona może to udowodnić za pomocą fraud proof. Jest to rozwiązanie spotykane w systemach takich jak technologia rozproszonego rejestru, gdzie wszystkie transakcje są uznawane za ważne, dopóki nie zostanie udowodnione inaczej.
Validity proof
Validity proof (na przykład zk-SNARK lub zk-STARK) to kryptograficzny dowód pokazujący, że obliczenie lub transakcja zostały wykonane poprawnie. Jest bardziej efektywny niż fraud proof, ponieważ nie trzeba wykrywać błędu. Validity proof są często wykorzystywane w ZK-rollupach (rozwiązaniach warstwy 2).
Data availability sampling
Ta technika polega na losowym sprawdzaniu przez węzły fragmentów bloku, aby potwierdzić, że pełne dane są dostępne dla sieci. Ma to kluczowe znaczenie, aby zapobiec sytuacji, w której shard lub rollup przekazuje niekompletne dane, których nie da się zweryfikować.

Czy Ethereum korzysta ze shardingu?

Tak, Ethereum planuje w przyszłości wdrożyć sharding jako element swojej strategii skalowania. W momencie pisania tego artykułu sharding nie został jeszcze zaimplementowany. Wprowadzono jednak już niektóre funkcje umożliwiające sharding w Ethereum, takie jak Beacon Chain oraz wprowadzenie blobów poprzez EIP-4844, co pozwala wydajniej obsługiwać dane i unikać trwałego przechowywania zbędnych informacji w blockchainie.

Wraz z wdrożeniem dankshardingu Ethereum ma w przyszłości stosować sharding, co znacząco wpłynie na użyteczność sieci, czyniąc ją znacznie bardziej skalowalną i przyjazną dla użytkownika. Sharding jest więc częścią mapy drogowej Ethereum 2.0, czyli harmonogramu obejmującego kilka aktualizacji, takich jak przejście z Proof of Work na Proof of Stake oraz wprowadzenie rollupów.

Celem Ethereum 2.0 jest obsługa tysięcy transakcji na sekundę bez naruszania decentralizacji ani bezpieczeństwa. Ma to wesprzeć masową adopcję przez miliony użytkowników na całym świecie oraz sprawić, że Ethereum będzie szybsze, tańsze i bardziej przyjazne w obsłudze.

Jakie kryptowaluty korzystają z shardingu?

Kilka blockchainów korzysta ze shardingu. Każdy z nich zbudował własną infrastrukturę, dlatego sharding działa w praktyce nieco inaczej na poszczególnych platformach. Cel wszędzie pozostaje ten sam: zwiększyć wydajność sieci. Przykłady obejmują:

Zilliqa: Jeden z pierwszych blockchainów, który wdrożył sharding w produkcji. Sieć rozdziela wszystkie transakcje między wiele shardów.
Elrond (MultiversX): Korzysta z Adaptive State Sharding i twierdzi, że osiąga bardzo wysokie prędkości transakcji.
NEAR Protocol: Stosuje dynamiczny sharding, w którym liczba shardów dostosowuje się do obciążenia sieci.

Jaka jest różnica między shardingiem a technologią blockchain?

Technologia blockchain jest systemem bazowym, a sharding to technika, która zwiększa efektywność korzystania z blockchaina, oferując rozwiązanie skalujące. Sharding działa na blockchainie, a dokładniej na warstwie 1. Ta warstwa zapewnia funkcjonowanie blockchaina, osiąganie konsensusu, weryfikację transakcji i bezpieczeństwo sieci.

Sharding wspiera blockchain, przetwarzając dane bardziej efektywnie. Odciąża blockchain, obsługując dane równolegle w shardach. Bez shardingu węzeł musi sprawdzić cały blockchain i zweryfikować wszystkie transakcje. Dzięki shardingowi węzeł przetwarza tylko część sieci, co prowadzi do większej skalowalności.

Innymi słowy: blockchain jest fundamentem, a sharding to technika konstrukcyjna, która zwiększa wydajność całej struktury.

Zalety shardingu

Sharding oferuje kilka zalet dla sieci blockchain:

Skalowalność: Równoległe przetwarzanie zwiększa skalowalność, co może znacząco podnieść liczbę transakcji na sekundę.
Wydajność: Sharding sprawia, że węzły przetwarzają mniej danych i nie muszą sprawdzać całego blockchaina, dzięki czemu system działa efektywniej i znacznie zmniejsza się ogólne obciążenie sieci.
Obniżenie kosztów: Mniejsze obciążenie sieci może prowadzić do niższych opłat transakcyjnych.
Dostępność: Ponieważ węzły przetwarzają mniej danych, niższe wymagania sprzętowe sprawiają, że sieć staje się bardziej dostępna dla uczestników.

Wyzwania związane z shardingiem

Mimo swoich zalet sharding wiąże się również z kilkoma złożonymi wyzwaniami:

Bezpieczeństwo: Mniejsze shardy mogą być bardziej podatne na ataki, ponieważ zabezpiecza je mniejsza liczba walidatorów lub węzłów. Ułatwia to przeprowadzenie ataku 51% w obrębie shardu.
Złożoność: Zaprojektowanie niezawodnego mechanizmu shardingu wymaga zaawansowanych protokołów komunikacji i koordynacji między shardami.
Komunikacja między shardami: Transakcje między shardami są technicznie trudniejsze do wykonania niż transakcje w obrębie jednego łańcucha.
Dostępność danych: Zapewnienie, że dane z innych shardów pozostają dostępne i możliwe do zweryfikowania, ma kluczowe znaczenie dla integralności sieci, zwłaszcza że węzły zazwyczaj przetwarzają tylko część sieci i nie widzą całego blockchaina.
Decentralizacja: Podział sieci na mniejsze shardy może sprawić, że niektóre z nich staną się bardziej atrakcyjne lub ważniejsze od innych. Może to prowadzić do nierównomiernego rozkładu władzy lub udziału, a w konsekwencji potencjalnie zagrozić ogólnej decentralizacji sieci.

Podsumowanie

Sharding oferuje obiecujące rozwiązanie jednego z największych wyzwań technologii blockchain: skalowalności bez kompromisów w zakresie decentralizacji i bezpieczeństwa. Dzięki podziałowi sieci na działające równolegle shardy blockchainy takie jak Ethereum będą w przyszłości mogły obsługiwać znacznie więcej transakcji przy mniejszym obciążeniu na węzeł. Choć technologia ta wciąż jest rozwijana i mierzy się z wyzwaniami związanymi z koordynacją i bezpieczeństwem, sharding stanowi fundamentalną innowację dla kolejnej generacji zdecentralizowanych sieci. To nie tymczasowe rozwiązanie, lecz zmiana strukturalna, która może znacząco zwiększyć skalowalność blockchaina.

Czym jest sharding w krypto?