O que é sharding em criptomoedas: um guia para principiantes

Se já andas há algum tempo pelo mundo das criptomoedas, provavelmente já te terás cruzado com o termo "sharding", frequentemente mencionado quando se fala do futuro do Ethereum ou da resolução do problema de escalabilidade da blockchain.

Pode parecer complicado, mas na sua essência trata-se de uma ideia muito simples. Neste artigo explicamos o que significa o sharding, como funciona e porque é importante para o futuro da tecnologia blockchain.

O problema que o sharding resolve: a escalabilidade

Para compreender o sharding, primeiro precisamos de compreender o problema que resolve.

Uma blockchain tradicional funciona de forma a que cada nó da rede tem de processar e armazenar cada transação que ocorre na rede.

Isto significa que toda a rede funciona como um enorme escritório em que cada funcionário tem de rever cada documento, independentemente de quantos existam.

Quando uma rede tem poucos utilizadores, isto não é um problema. Mas à medida que o número de utilizadores e transações aumenta, a rede torna-se cada vez mais lenta e dispendiosa de utilizar.

Isto é conhecido como o problema de escalabilidade, e é precisamente isso que o sharding tenta resolver.

O que é o sharding?

Imagina uma grande biblioteca com milhões de livros. Se apenas um bibliotecário tivesse de encontrar, verificar e arrumar cada livro, o sistema seria incrivelmente lento.

Mas se dividirmos a biblioteca em vários departamentos, cada um com o seu próprio bibliotecário responsável apenas pela sua secção, o trabalho é feito em paralelo e muito mais rapidamente.

O sharding funciona segundo o mesmo princípio.

A palavra "shard" significa "fragmento" ou "pedaço", e o sharding é o processo de dividir uma rede blockchain em partes mais pequenas e independentes, designadas shards.

Cada shard processa o seu próprio conjunto de transações e dados, em paralelo com os restantes shards, em vez de toda a rede processar todas as transações em conjunto.

Como funciona o sharding na prática

Aqui está uma visão geral simplificada do mecanismo:

1. Divisão da rede em shards

A rede blockchain é dividida em vários segmentos mais pequenos (shards). Cada shard contém o seu próprio subconjunto de nós, transações e, em alguns casos, o seu próprio estado (state) da rede.

2. Processamento paralelo

Em vez de cada nó processar cada transação em toda a rede, os nós de um determinado shard processam apenas as transações atribuídas a esse shard. Isto significa que centenas ou milhares de transações podem ser processadas simultaneamente, em vez de uma após a outra.

3. Comunicação entre shards

Os shards não estão completamente isolados; precisam de conseguir comunicar entre si para que a rede se mantenha unificada e segura. Esta é uma das partes tecnicamente mais exigentes de um sistema de sharding, uma vez que as transações que envolvem vários shards (por exemplo, a transferência de fundos de um shard para outro) exigem mecanismos de coordenação cuidadosamente concebidos.

4. Segurança do sistema

Para evitar que os fundos possam ser facilmente comprometidos por um ataque a um shard mais pequeno, o design do sistema tem de garantir que cada shard permaneça suficientemente descentralizado e seguro, muitas vezes através da distribuição aleatória dos validadores entre os shards.

Porque é que o sharding é importante: o exemplo do Ethereum

O sharding é um dos elementos-chave do plano de escalabilidade a longo prazo do Ethereum.

A ideia é que, em vez de processar todas as transações numa única cadeia, a carga seja distribuída por vários shards paralelos, o que aumentaria significativamente o número de transações que a rede consegue processar por segundo (TPS), ao mesmo tempo que reduz os custos das transações (gas fees).

Ao longo do tempo, a abordagem tem evoluído, desde os planos originais para o "execution sharding" (em que os shards executariam contratos inteligentes) até ao conceito conhecido como "danksharding", centrado principalmente no aumento da disponibilidade de dados (data availability) para apoiar as soluções Layer 2, como os rollups.

Vantagens do sharding

• Maior capacidade da rede: o processamento paralelo permite processar um número significativamente maior de transações no mesmo período de tempo.
• Custos de transação mais baixos: quando a carga da rede é distribuída por vários shards, a concorrência pelo espaço nos blocos e as taxas elevadas diminuem.
• Melhor escalabilidade sem centralização: contrariamente à solução simples de "aumentar o tamanho dos blocos", o sharding permite que a rede cresça sem aumentar drasticamente os requisitos de hardware para os nós individuais, o que ajuda a preservar a descentralização.

Desafios e desvantagens

O sharding não é uma solução simples e sem compromissos:

• Complexidade de segurança: os shards mais pequenos podem ser um alvo mais fácil para ataques se não estiverem suficientemente descentralizados, sendo necessária uma distribuição cuidadosa dos validadores.
• Complexidade da comunicação entre shards: as transações que atravessam os limites dos shards exigem protocolos sofisticados para garantir a consistência dos dados.
• Complexidade técnica da implementação: o sharding é uma das iniciativas tecnicamente mais exigentes no desenvolvimento de protocolos blockchain, razão pela qual a sua implementação demora muitas vezes anos.

O sharding e o futuro da escalabilidade

A indústria blockchain enfrenta há anos a mesma questão: como permitir que a rede cresça sem perder aquilo que a torna valiosa, a descentralização e a segurança.

O sharding não é a única tentativa de resposta a esta questão, mas é uma das mais ambiciosas, uma vez que ataca o problema ao nível da própria arquitetura da rede, em vez de através de soluções temporárias.

Por isso, vale a pena acompanhar a sua evolução.

À medida que soluções como o danksharding são desenvolvidas e implementadas, é possível que as transações hoje lentas ou dispendiosas em momentos de grande procura se tornem, com o tempo, mais rápidas e acessíveis.