Fragmentação

O sharding é uma técnica de escalabilidade horizontal com ampla implementação em bases de dados e sistemas distribuídos, adotada por redes blockchain para superar os principais obstáculos de escalabilidade. Este método reparte o processamento da rede blockchain em segmentos menores e paralelizáveis, conhecidos como shards. Cada shard assume a responsabilidade de processar um subconjunto de transações ou dados de estado em toda a rede. Ao distribuir a carga de trabalho por vários grupos de nós, o sharding aumenta substancialmente o volume de transações processadas, preservando a descentralização e a segurança. Projetos de destaque, como Ethereum 2.0 e Near Protocol, reconhecem o sharding como uma estratégia fundamental de escalabilidade para responder à crescente procura da rede.

O sharding tem origem nos sistemas tradicionais de gestão de bases de dados, que segmentam conjuntos de dados de grande dimensão em partes mais pequenas e manejáveis para melhorar a performance. No universo blockchain, a ideia surgiu formalmente por volta de 2014 como solução à trilema da tecnologia – a dificuldade de conjugar escalabilidade, descentralização e segurança. As primeiras blockchains, como Bitcoin e Ethereum 1.0, baseavam-se em arquiteturas de cadeia única, obrigando cada nó a processar e validar todas as transações, o que limitava fortemente o desempenho. Com o agravamento da congestão das redes, o sharding evoluiu da teoria à implementação prática, consolidando-se como solução-padrão de escalabilidade em projetos de segunda e terceira geração.

O mecanismo de sharding integra quatro componentes essenciais: atribuição de shards, comunicação inter-shards, mecanismos de consenso e garantias de disponibilidade de dados. Na atribuição de shards, a rede distribui os participantes por shards específicos segundo regras predefinidas, como hashes de identidade dos nós. Cada shard valida e processa um segmento determinado de transações, preservando o seu próprio estado. Protocolos de comunicação inter-shards permitem a troca segura de informações entre shards, garantindo a consistência global do estado da rede. No consenso, cada shard executa internamente um algoritmo independente (como variantes de Proof of Stake ou Byzantine Fault Tolerance), podendo existir uma cadeia principal (beacon chain) que coordena todos os shards. A camada de disponibilidade de dados assegura que a informação de cada shard permaneça acessível e verificável pela rede, mesmo que alguns nós fiquem offline, habitualmente recorrendo a redundância e verificação por amostragem.

Embora o sharding proporcione melhorias significativas na escalabilidade, acarreta também vários desafios e riscos. O principal problema de segurança está nos ataques aos shards individuais, em que agentes maliciosos tentam obter controlo da maioria dos nós de um shard para manipular a validação de transações e alterações do estado. Para mitigar este risco, os modelos atuais de sharding recorrem a atribuição aleatória de nós e a redistribuições frequentes. A execução de transações entre shards representa outra complexidade, exigindo coordenação adicional e mecanismos de bloqueio que podem aumentar os tempos de processamento. Além disso, uma arquitetura sharded eleva a complexidade do sistema, abrindo espaço a novas vulnerabilidades e desafios de sincronização. A conformidade regulatória torna-se mais exigente, visto que os históricos completos de transações dispersam-se por múltiplos shards, dificultando auditorias e rastreamento. Finalmente, os modelos de sharding devem equilibrar o aumento do número de shards para potenciar o processamento com a necessidade de manter a segurança de cada shard, dependente de um número suficiente de nós validadores.