Qu’est-ce que le sharding et comment aide-t-il une blockchain à évoluer ?

Comprendre le partage dans la technologie Blockchain

1. Le Sharding est une technique de partitionnement de bases de données adaptée par les réseaux blockchain pour améliorer l'évolutivité et le débit des transactions. Au lieu d'exiger que chaque nœud traite et stocke les données de l'ensemble de la chaîne, le partitionnement divise le réseau en segments plus petits appelés « fragments ». Chaque fragment gère un sous-ensemble unique de transactions et maintient son propre état, y compris les soldes des comptes et les contrats intelligents.

2. Ce changement architectural permet à plusieurs fragments de traiter les transactions simultanément, permettant ainsi des calculs parallèles sur le réseau. En conséquence, la blockchain peut gérer beaucoup plus d’opérations par seconde par rapport aux conceptions traditionnelles à chaîne unique où tous les nœuds valident chaque transaction.

3. Chaque fragment fonctionne avec son propre ensemble de validateurs, réduisant ainsi la charge de calcul sur les nœuds individuels. Les nœuds doivent uniquement vérifier les transactions au sein de la partition qui leur est attribuée, ce qui réduit les exigences matérielles et encourage une participation plus large au réseau.

4. La communication entre les fragments est facilitée par une chaîne de balises centrale ou un coordinateur, qui gère les transactions entre fragments, garantit le consensus et maintient l'intégrité globale du réseau. Cette couche de coordination évite les doubles dépenses et synchronise les états sur différentes partitions.

5. Le partage restructure fondamentalement la façon dont les blockchains traitent les données, permettant ainsi aux réseaux décentralisés de prendre en charge des applications à l'échelle mondiale sans sacrifier la sécurité ou la décentralisation.

Types d'implémentations de partage

1. Le partage du réseau consiste à diviser le réseau peer-to-peer en sous-réseaux distincts, chacun responsable d'un fragment. Cela réduit l'utilisation de la bande passante et permet une propagation plus rapide des blocs au sein de groupes localisés.

2. Le partitionnement d'état fait référence à la répartition du stockage des données d'état de la blockchain entre les fragments. Aucun nœud ne stocke l'état complet, ce qui réduit considérablement les besoins en mémoire et améliore l'efficacité.

3. Le partitionnement des transactions signifie que le traitement des transactions est divisé entre les fragments. Les utilisateurs envoient des transactions vers des fragments spécifiques en fonction de règles prédéfinies, telles que l'adresse de l'expéditeur ou le type d'actif, garantissant ainsi une répartition équilibrée de la charge de travail.

4. Certains systèmes avancés combinent les trois formes (partitionnement du réseau, de l'état et des transactions) pour une évolutivité maximale. Ethereum 2.0, par exemple, vise à intégrer ces couches à l'aide d'une chaîne de balises de preuve d'enjeu pour coordonner 64 fragments d'exécution.

5. La combinaison de ces types de partitionnement permet aux blockchains d'évoluer horizontalement, à l'instar des bases de données distribuées, tout en préservant la sécurité cryptographique et la validation sans confiance.

Défis et considérations de sécurité

1. L’une des principales préoccupations liées au partitionnement est le risque d’attaques au niveau des fragments, par exemple lorsqu’un acteur malveillant prend le contrôle d’un seul fragment. Pour contrer cela, de nombreux protocoles utilisent l’attribution aléatoire des validateurs et des remaniements fréquents pour empêcher les prises de contrôle ciblées.

2. La communication entre fragments introduit de la complexité, en particulier lorsqu'il s'agit de garantir l'atomicité dans les transactions qui s'étendent sur plusieurs fragments. Les protocoles mettent en œuvre des mécanismes tels que des validations ou des réceptions en deux phases pour maintenir la cohérence.

3. La disponibilité des données devient critique puisque les nœuds d'une partition doivent être sûrs que les autres partitions publient des mises à jour d'état valides. Des techniques telles que le codage d'effacement et l'échantillonnage de la disponibilité des données permettent de vérifier que les données des fragments restent accessibles sans réplication complète.

4. Le maintien de la décentralisation pendant la mise à l’échelle pose des compromis de conception. Si la gestion des fragments devient trop centralisée, le système risque de perdre les principes clés de la blockchain. Les algorithmes de coordination décentralisés sont essentiels pour préserver le manque de confiance.

5. Des preuves cryptographiques robustes et des structures d'incitation sont nécessaires pour garantir que même si des fragments individuels sont compromis, l'ensemble du réseau reste sécurisé et fonctionnel.

Foire aux questions

Que se passe-t-il si un fragment est hors ligne ? Si une partition ne répond plus, le réseau détecte l'échec grâce à des attestations manquées ou à des propositions de blocage. Les validateurs peuvent être réduits en cas d'inactivité, et le protocole peut lancer des procédures de récupération telles que la réaffectation des validateurs ou le déclenchement de mécanismes de consensus de secours pour restaurer la fonctionnalité.

Comment les utilisateurs interagissent-ils avec une blockchain fragmentée ? Les utilisateurs n'ont généralement pas besoin de sélectionner manuellement les fragments. Les portefeuilles et les dApps acheminent automatiquement les transactions en fonction des adresses ou des emplacements des contrats. Le protocole sous-jacent gère le routage entre fragments, rendant l'expérience transparente du point de vue de l'utilisateur.

Les contrats intelligents peuvent-ils fonctionner sur plusieurs fragments ? Oui, mais avec des limites. L'exécution de contrats intelligents entre fragments nécessite la transmission de messages ou des appels asynchrones. Certaines plates-formes permettent aux contrats de référencer des données provenant d'autres fragments via des reçus ou des preuves, bien que l'exécution synchrone directe soit généralement évitée en raison de problèmes de latence et de cohérence.